專利名稱：用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域和新能源領(lǐng)域，特別是涉及一種氫能的制取方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
環(huán)境保護(hù)和能源問題與人類息息相關(guān)，隨著化石燃料的日趨枯竭和全球環(huán)境的日益惡化，環(huán)境保護(hù)和能源問題越來越受到世界各國(guó)的關(guān)注和重視。氫能以其許多優(yōu)異的性能吸引著人們的研究和開發(fā)熱情，氫能的發(fā)熱值高，燃燒1公斤氫氣可放出142120kj的熱量，是汽油的三倍，而且氫燃燒后生成的是水，不污染環(huán)境，是一種非常潔凈的燃料；氫氣可通過燃料電池直接發(fā)電，理論上有100％的轉(zhuǎn)換效率，目前的技術(shù)達(dá)到了60～70％的轉(zhuǎn)換效率，氫氣用于燃料電池發(fā)電時(shí)沒有噪聲污染也沒有熱污染，排放的是水，氫能發(fā)電是屬于環(huán)境友好的發(fā)電項(xiàng)目；氫能可用于現(xiàn)在所有消耗燃料的燃燒工藝過程，用能設(shè)備無需作很大的改動(dòng)就可適用，可以取代絕大部分化石能源。目前已有儲(chǔ)氫合金問世，氫氣可以充入合金以固體形態(tài)進(jìn)行儲(chǔ)存，需要使用時(shí)再放出來，有了儲(chǔ)氫合金，儲(chǔ)運(yùn)氫氣可以象儲(chǔ)運(yùn)煤炭那樣方便和安全。當(dāng)前，制約氫能應(yīng)用的因素主要是氫氣的制造及儲(chǔ)運(yùn)成本過高，超過了常規(guī)能源的好幾倍，一旦可以在工業(yè)上大量、廉價(jià)地制造和儲(chǔ)運(yùn)氫氣，將會(huì)對(duì)人類的能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)重大的變革。
垃圾隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大而迅速增加，并且其有害成分的含量也越來越高，如處理不好，將會(huì)污染環(huán)境，影響到人們的生活。采用填埋法處理城市生活垃圾，不但需占用大量的土地、浪費(fèi)資源，而且容易造成二次污染；采用焚燒法處理城市生活垃圾，可以做到無害化、減量化、資源化處理，回收的熱能用于發(fā)電或供熱，因此，焚燒法是各國(guó)所采用的處理城市生活垃圾的主要方法。但現(xiàn)有的焚燒垃圾設(shè)備不能回收氫氣，其資源化利用僅局限于回收焚燒過程中的熱能，并且垃圾需經(jīng)過破碎、烘干或脫水等多道工序才能入爐焚燒，增加了設(shè)備投資及運(yùn)行成本，焚燒的煙氣排入大氣，容易發(fā)生二次污染。
生物質(zhì)能是太陽能通過光合作用轉(zhuǎn)化而來的，主要以農(nóng)林作物的形式存在，是一種唯一可再生的碳源。我國(guó)生物質(zhì)資源十分豐富，有大量的農(nóng)業(yè)廢棄物、薪柴林、木材加工廢料可供使用，僅秸稈、谷殼之類的農(nóng)業(yè)廢棄物就有7億多噸，折合標(biāo)準(zhǔn)煤3億多噸，而其它的生物質(zhì)資源尚無統(tǒng)計(jì)。目前，這些生物質(zhì)資源未能得到有效利用，除小部分農(nóng)村用來發(fā)酵生產(chǎn)沼氣外，大部分都被直接燃燒、填埋掉了。近幾年來，隨著常規(guī)能源緊張的加劇，人們把目光投向了新的可再生能源，生物質(zhì)能被列入新的可再生能源之中，對(duì)其進(jìn)行研究開發(fā)，公開了許多有關(guān)生物質(zhì)氣化制氫方面的專利，這些專利技術(shù)可以有效地利用生物質(zhì)能，提高生物質(zhì)的應(yīng)用品位，但對(duì)生物質(zhì)的預(yù)處理要求較高，要把生物質(zhì)預(yù)先干燥、粉碎至小于一定粒度的顆粒才能使用，因而增加了設(shè)備投資和運(yùn)行成本，不能實(shí)現(xiàn)廉價(jià)制氫。
經(jīng)檢索專利文獻(xiàn)，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所的專利號(hào)為ZL 01129931.2的“用等離子體熱解氣化生物質(zhì)制取合成氣的方法”和專利號(hào)為ZL 02250661.6的“高分子廢棄物的等離子體熱解氣化裝置”公開了應(yīng)用等離子體技術(shù)制取合成氣的方法及裝置。前一件專利發(fā)明的目的是提供一種可提高氣化效率和氣體品位，徹底消除焦油，提高原料利用價(jià)值，消除環(huán)境污染和降低能耗的用等離子體熱解氣化生物質(zhì)-動(dòng)植物干燥粉末制取合成氣的方法。后一件專利的發(fā)明目的是提供一種等離子體熱解氣化裝置，用于高分子廢棄物的等離子體熱解氣化，獲得有價(jià)值的氫氣或合成氣。這二件專利仍存在需把原料預(yù)先進(jìn)行干燥、粉碎到小于一定粒度的苛刻要求，還需較高的生產(chǎn)成本。
目前，工業(yè)上制氫的方法主要有電解制氫、天然氣催化分解、重油的氫化、水煤氣反應(yīng)、鋼鐵和化工生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，其中電解制氫耗能太多，天然氣、重油、水煤氣制氫要消耗化石能源，鋼鐵和化工生產(chǎn)中的副產(chǎn)品氫源產(chǎn)量太低，因而，目前工業(yè)上還不能實(shí)現(xiàn)大量、廉價(jià)地制取氫氣。
為了把垃圾的無害化、減量化、資源化處理與利用生物質(zhì)制氫結(jié)合起來，變廢為寶，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)上廉價(jià)地制取氫氣，本發(fā)明提供一種用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法及設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要實(shí)現(xiàn)工業(yè)上廉價(jià)制氫，采用垃圾、生物質(zhì)和水為原料，所述的垃圾為人畜糞便、動(dòng)物皮毛內(nèi)臟、動(dòng)物尸骨、食品類及菜場(chǎng)的廢棄物、生活垃圾、醫(yī)療垃圾、工業(yè)高分子廢棄物、建筑垃圾中的含碳廢料、污泥等有機(jī)質(zhì)垃圾；所述的生物質(zhì)為秸稈、谷殼、花生殼、稻草、麥草等農(nóng)業(yè)廢棄物及薪柴、樹枝、樹皮、木屑、鋸末、木材加工下腳料等林業(yè)廢棄物；所述的水包括淡水、海水和水蒸汽。所述的有機(jī)質(zhì)垃圾、生物質(zhì)原料，包括原生垃圾、原生生物質(zhì)的其中一種或幾種，原料不需經(jīng)過干燥也不需粉碎即可直接入爐。本發(fā)明在隔離空氣的環(huán)境下把水蒸汽作為工作氣體送入等離子體發(fā)生器中進(jìn)行活化和分解，把有機(jī)質(zhì)垃圾或生物質(zhì)作為吸氧或吸氫元件，用垃圾或生物質(zhì)的燃燒來把水分子分解出來的氧消耗掉，用垃圾炭或生物質(zhì)炭在≥1200℃的條件下與水分子分解出來的氫氣化合成甲烷，以阻止水分子的分解物進(jìn)行逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效率地制取富氫合成氣，同時(shí)用垃圾或生物質(zhì)自身燃燒的熱能來對(duì)垃圾或生物質(zhì)進(jìn)行烘干和熱解氣化，在1100℃±50℃的環(huán)境下裂解焦油和甲烷；對(duì)反應(yīng)爐中產(chǎn)生的富氫合成氣進(jìn)行余熱回收降溫及除塵后在催化劑存在的條件下將富氫合成氣中的一氧化碳與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣，再將以氫氣和二氧化碳為主要成分的富氫合成氣進(jìn)行凈化吸收處理，精制氫氣，回收或排放二氧化碳。由于反應(yīng)是在隔離空氣的環(huán)境中進(jìn)行的，所以制取的富氫氣體中氮組分極低，到了后級(jí)的富氫氣體基本上由氫氣和二氧化碳組成，其中氫氣與二氧化碳的摩爾比為3～4∶1，即氫氣占60～80％，這與原料中碳水化合物與碳?xì)浠衔锏谋壤嘘P(guān)。其中的二氧化碳容易分離，可以使后級(jí)的凈化工序簡(jiǎn)單化，制得的氫氣純度好品質(zhì)高，不含焦油，分離的二氧化碳進(jìn)行回收用作化工原料，余熱回收用于發(fā)電或供熱，燃燼的灰渣可作肥料或建筑材料，整個(gè)過程沒有污染物排放，真正實(shí)現(xiàn)了垃圾廢物的無害化處理。
等離子體是在電離層或放電現(xiàn)象下所形成的正離子和電子的數(shù)量大體相同并且以相當(dāng)大的濃度存在的一種狀態(tài)，伴隨著放電現(xiàn)象將會(huì)生成了激發(fā)原子、激發(fā)分子、離解原子、游離原子團(tuán)、原子或分子離子群的活性化學(xué)物以及它們與其它的化學(xué)物碰撞而引起的反應(yīng)。在等離子體發(fā)生器中，放電作用使得水分子失去外層電子而形成離子狀態(tài)，經(jīng)相互碰撞而分解為氫和氧，同時(shí)產(chǎn)生高溫，溫度可達(dá)幾百萬度。用這種方法來活化分解水分子，效率高、能耗低。本發(fā)明用垃圾、生物質(zhì)和水為原料，應(yīng)用等離子體技術(shù)和熱化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方法來制取氫氣，可以節(jié)約大量的電能。
在等離子體發(fā)生器中，水分子生成活性化學(xué)物及分解的主要方程式是
…………
在以水蒸汽為工作氣體的等離子體發(fā)生器中，水分子被生成活性化學(xué)物H2O*、H2O+、H2*、O2*、H2、O2、H*、O*、H+、O+、HO*、HO+、HO、H、O。
本發(fā)明的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法是這樣的設(shè)計(jì)一個(gè)富氫合成氣反應(yīng)爐，爐內(nèi)分隔為主反應(yīng)區(qū)和燃燼區(qū)，有機(jī)質(zhì)垃圾或生物質(zhì)物料從反應(yīng)爐的上部通過隔離式進(jìn)料閥進(jìn)入到反應(yīng)爐的主反應(yīng)區(qū)內(nèi)，物料在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)垂直向下移動(dòng)，在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)按物料的運(yùn)行方向從上到下依次分為烘干區(qū)、熱解區(qū)、燃燒區(qū)，燃燒區(qū)的下部與燃燼區(qū)相通，未燃盡的生物質(zhì)炭將進(jìn)入燃燼區(qū)完成燃燒；燃燼區(qū)按煙氣流程從下往上分為燃燼段、除灰渣段、裂解段；在主反應(yīng)區(qū)的頂部形成熱解氣集聚區(qū)，熱解氣集聚區(qū)有出口與裂解段相通；在反應(yīng)爐的下部設(shè)置等離子體發(fā)生器，當(dāng)反應(yīng)爐內(nèi)經(jīng)過預(yù)燃升溫過程燃燒區(qū)的燃燒趨于穩(wěn)定時(shí)，把水蒸汽作為工作氣體送入等離子體燃燒器中，水分子將被活化或分解為H2O*、H2O+、H2*、O2*、H2、O2、H*、O*、H+、O+、HO*、HO+、HO、H、O，與等離子體弧炬一起噴進(jìn)反應(yīng)爐內(nèi)的燃燒區(qū)，水分子分解出來的氧與垃圾炭或生物質(zhì)炭發(fā)生劇烈氧化而燃燒，在燃燒區(qū)的溫度達(dá)到1200℃以上時(shí)，水分子分解出來的氫則與炭發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，利用垃圾炭或生物質(zhì)炭的燃燒來消耗氧和吸收氫，可以減少氫氣發(fā)生逆反應(yīng)的機(jī)率，提高氫氣的產(chǎn)出率；如有氫氣逆反應(yīng)生成的水分子及部分還沒有分解為氫氣和氧氣的水分子將與生物質(zhì)炭發(fā)生氧化一還原反應(yīng)，生成氫氣、一氧化碳及二氧化碳；燃燒區(qū)的含有氫氣、甲烷、一氧化碳及二氧化碳的熱氣流向上升騰，將熱解區(qū)的有機(jī)質(zhì)垃圾或生物質(zhì)進(jìn)行熱解氣化，分解為半焦炭、炭、一氧化碳、氫氣、焦油及CnHm，部分炭又與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成一氧化碳，其中半焦炭、炭、液態(tài)焦油下行進(jìn)入到燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒，一氧化、氫氣、汽態(tài)焦油、氣態(tài)CnHm將隨著熱氣流上升；上升的熱氣流進(jìn)入到烘干區(qū)，對(duì)新加入到爐內(nèi)的含水垃圾、生物質(zhì)進(jìn)行烘干，烘干的垃圾、生物質(zhì)物料將下行，烘出的水蒸汽將與含有汽態(tài)焦油、一氧化碳、氫氣、甲烷、CnHm的熱解氣相混合，到達(dá)主反應(yīng)區(qū)頂部的熱解氣集聚區(qū)，再由通道進(jìn)入到燃燼區(qū)上部的裂解段；從燃燒區(qū)上升經(jīng)過熱解區(qū)到達(dá)烘干區(qū)的熱氣流的溫度是逐級(jí)降低的，在主反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的熱解氣中的甲烷、汽態(tài)焦油、CnHm只能在燃燼區(qū)的裂解段進(jìn)行裂解和轉(zhuǎn)化。從等離子體發(fā)生器噴嘴噴出的等離子體弧炬把大顆粒或塊狀的垃圾生物質(zhì)炭破碎成小顆粒，其弧焰還產(chǎn)生氣力輸送作用，把破碎的未燃盡的生物質(zhì)炭由燃燒區(qū)送入到燃燼區(qū)繼續(xù)燃燒，燃盡的灰渣在除灰渣區(qū)被除去，高于1050℃的熱氣流上升進(jìn)入到裂解段，在這里，用1050～1150℃的高溫把熱解氣中的甲烷、汽態(tài)焦油、CnHm進(jìn)行裂解為碳和氫，碳再與水蒸汽進(jìn)行化合反應(yīng)，生成為氫氣和一氧化碳，這時(shí)，到達(dá)反應(yīng)爐出口處的高溫氣體是不含焦油的以氫氣和一氧化碳為主要成分的富氫合成氣體，整個(gè)反應(yīng)過程是在隔離空氣的環(huán)境中進(jìn)行，所以氮組分極低，合成氣的品位很高。
上述過程中，在燃燒區(qū)進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)的主要方程式為
……
……在熱解區(qū)有機(jī)質(zhì)垃圾、生物質(zhì)被分解為半焦炭、炭、焦油、H2、CH4、CnHm、……，分解的炭與燃燒區(qū)來的二氧化碳進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)
在裂解段進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)的主要方程式為
……本發(fā)明對(duì)收集來的有機(jī)質(zhì)垃圾或生物質(zhì)可直接送入反應(yīng)爐中，運(yùn)行時(shí)，可通過向反應(yīng)爐內(nèi)噴入水蒸汽來調(diào)控爐內(nèi)的溫度，噴入的水蒸汽將與生物質(zhì)炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被還原成氫氣。本發(fā)明還可用煤炭代替垃圾或生物質(zhì)為原料生產(chǎn)富氫合成氣，其工藝流程是一樣的。當(dāng)原料中含有塑料及橡膠類的工業(yè)垃圾、醫(yī)療垃圾或煤時(shí)，熱解氣中將存在氯組分或硫組分，氯組分容易生成劇毒物二惡英，硫組分則易生成對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕及破壞環(huán)境的硫化氫、二氧化硫等含硫化合物。所以，當(dāng)原料中含有工業(yè)垃圾、醫(yī)療垃圾或煤時(shí)，在主反應(yīng)區(qū)的出口至裂解段之間設(shè)置脫氯/脫硫裝置，用脫氯/脫硫劑來除去熱解氣中的氯組分和硫組分。
本發(fā)明的在反應(yīng)爐中制取的富氫合成氣溫度在1050℃以上，可以有三種后級(jí)工藝流程進(jìn)行處理A.通入二次風(fēng)直接燃燒；B.把高溫的富氫合成氣進(jìn)行余熱回收降溫及除塵器除去灰塵后，再通過壓縮及冷卻工序把富氫合成氣壓進(jìn)氣柜，供應(yīng)給燃?xì)庠O(shè)備或燃?xì)庥脩舢?dāng)作燃?xì)馐褂?；C.把高溫的富氫合成氣進(jìn)行余熱回收降溫及除塵器除塵后，再通過一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，在催化劑存在的環(huán)境下，用水蒸汽和一氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣，再把以氫氣和二氧化碳為主要成分的富氫合成氣進(jìn)行凈化吸收處理，精制氫氣，將二氧化碳回收或排放。
在一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置中，一氧化碳和水蒸汽進(jìn)行的氧化一還原反應(yīng)方程式是
本發(fā)明的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫系統(tǒng)，由等離子體發(fā)生器(13)、反應(yīng)爐(12)、上料機(jī)構(gòu)(15)、余熱回收利用裝置(11)、蒸汽過熱器(10)、除塵器(9)、一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)、引風(fēng)機(jī)(8)、凈化吸收裝置(5)、蒸汽發(fā)電機(jī)組/或熱能終端設(shè)備(2)、蒸汽管道(1)、富氫合成氣管道(3)、電源控制柜(14)組成。其中等離子體發(fā)生器(13)在反應(yīng)爐(12)的下部；反應(yīng)爐(12)的出口接到余熱回收裝置(11)，余熱回收裝置(11)接到蒸汽過熱器(10)，蒸汽過熱器(10)接到除塵器(9)，除塵器(9)通過富氫合成氣管道(3)連接到一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)，一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)通過管道連接到引風(fēng)機(jī)(8)的吸入口，引風(fēng)機(jī)(8)的出口通過管道連接到凈化吸收裝置(5)；余熱回收裝置(11)的蒸汽輸出接口通過蒸汽管道(1)連接到蒸汽過熱器(10)的蒸汽入口，蒸汽過熱器(10)的蒸汽出口通過蒸汽管道連接到蒸汽發(fā)電機(jī)組/或熱能終端設(shè)備(2)；凈化吸收裝置(5)的上部有氫氣輸出接口(6)，下部有二氧化碳輸出接口(7)；電源控制柜(14)各輸出端分別通過導(dǎo)線連接到等離子體發(fā)生器(13)陰極和陽極、上料機(jī)構(gòu)(15)的馬達(dá)、引風(fēng)機(jī)(8)的馬達(dá)；垃圾或生物質(zhì)原料通過上料機(jī)構(gòu)(15)進(jìn)入到反應(yīng)爐(12)的料斗內(nèi)。
本發(fā)明的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫系統(tǒng)中的前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備，由等離子體發(fā)生器(13)、反應(yīng)爐(12)、隔離式進(jìn)料閥(19)、進(jìn)料斗(20)組成。當(dāng)制氫固態(tài)原料是農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物或木材加工廢棄物時(shí)，反應(yīng)爐(12)由熱解氣集聚區(qū)(VII)、烘干區(qū)(VI)、熱解區(qū)(V)、燃燒區(qū)(IV)構(gòu)成主反應(yīng)區(qū)及由燃燼段(III)、灰渣分離段(II)、裂解段(I)構(gòu)成燃燼區(qū)，主反應(yīng)區(qū)與燃燼區(qū)之間用耐火隔墻(17)隔開，其中熱解氣集聚區(qū)(VII)、烘干區(qū)(VI)、熱解區(qū)(V)、燃燒區(qū)(IV)之間相通，主反應(yīng)區(qū)的最下部是燃燒區(qū)(IV)，燃燒區(qū)(IV)的上面是熱解區(qū)(V)，熱解區(qū)(V)的上面是烘干區(qū)(VI)，烘干區(qū)(VI)的上面為熱解氣集聚區(qū)(VII)；燃燼區(qū)的燃燼段(III)、灰渣分離段(II)、裂解段(I)相互間連通，燃燼區(qū)的最下部是燃燼段(III)，燃燼段(III)的上面是灰渣分離段(II)，灰渣分離段(II)的上面是裂解段(I)；燃燼段(III)的下部與燃燒區(qū)(IV)的下部連通，熱解氣集聚區(qū)(VII)與裂解段(I)之間有通道(22)連通；主反應(yīng)區(qū)的燃燒區(qū)(IV)底部及燃燼區(qū)的燃燼段(III)底部有布風(fēng)板(30)，布風(fēng)板(30)的底下有多只噴嘴組合而成的多噴嘴等離子體燃燒器(29)；反應(yīng)爐(12)的爐墻(28)和隔墻(17)使用耐火材料，爐墻(28)與外殼(34)之間為保溫層(31)；在燃燼段(III)入口處裝有光敏元件(24)；在烘干區(qū)(VI)沿爐墻裝有低料位傳感器(32)和高料位傳感器(33)；在裂解段(I)處裝有溫度傳感器(21)。當(dāng)制氫固態(tài)原料是工業(yè)固體廢物或城市垃圾時(shí)，在反應(yīng)爐(12)的熱解區(qū)(V)的爐墻上還裝有溫度傳感器(21b)及在熱解氣通道(22)的入口處還設(shè)置有脫氯/脫硫裝置(35)，在運(yùn)行中，把熱解氣的溫度控制在600～700℃之間，讓熱解氣通過脫氯/脫硫后再進(jìn)入到裂解段(I)。
本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)由交流電源、控制器直流工作電源、程序控制器、等離子體發(fā)生器工作電源、手動(dòng)開關(guān)、熱解區(qū)溫度傳感器、裂解區(qū)溫度傳感器、一氧化碳轉(zhuǎn)化檢測(cè)器件、比較電路、光敏元件、放大電路、高料位傳感器、低料位傳感器、自動(dòng)料位控制器、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、吹掃/噴燃切換開關(guān)、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路、引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件、凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件、進(jìn)料控制執(zhí)行元件組成，各執(zhí)行元件及調(diào)節(jié)電路的電源輸出端分別接到相應(yīng)的設(shè)備上。其中，程序控制器將按設(shè)定的運(yùn)行程序啟動(dòng)或關(guān)閉等離子體發(fā)生器及各輔機(jī)設(shè)備的電源，對(duì)等離子體發(fā)生器、冷卻劑循環(huán)泵、空壓機(jī)、點(diǎn)火燃料輸送裝置、蒸汽電磁閥、引風(fēng)機(jī)、凈化噴淋電磁閥進(jìn)行啟動(dòng)/停止操作；在運(yùn)行過程中，熱解區(qū)溫度傳感器、裂解區(qū)溫度傳感器、一氧化碳轉(zhuǎn)化檢測(cè)器件及光敏元件檢測(cè)信號(hào)通過比較電路及放大電路輸入到程序控制器，程序控制器根據(jù)信號(hào)情況來控制等離子體發(fā)生器工作電源、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路，對(duì)等離子體發(fā)生器、冷卻劑循環(huán)泵、蒸汽電磁閥的電源進(jìn)行接通/斷開操作及對(duì)熱解區(qū)蒸汽噴嘴電磁閥、一氧化碳轉(zhuǎn)化的蒸汽流量電動(dòng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)；高料位傳感器和低料位傳感器的信號(hào)輸入到自動(dòng)料位控制器，通過自動(dòng)料位控制器來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)爐內(nèi)料位高度的自動(dòng)控制。
本發(fā)明的有益效果是采用垃圾、生物質(zhì)、水為原料，應(yīng)用等離子體技術(shù)的電化學(xué)法和熱化學(xué)法相結(jié)合制取氫氣，不但能實(shí)現(xiàn)無害化、減量化、資源化處理垃圾，保護(hù)環(huán)境，而且能使垃圾、生物質(zhì)的資源化應(yīng)用提高品位，與用厭氧發(fā)酵法制取沼氣相比更具快速、高效、使用原料廣泛等優(yōu)點(diǎn)，比單用熱解氣化法有更高的效率和更高品質(zhì)，比單用等離子體制氫法能耗更低、可以節(jié)約更多的電能。我國(guó)生物質(zhì)資源豐富，因而應(yīng)用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)工業(yè)上廉價(jià)、大量地制取氫氣，使氫氣可以在能源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，以減少常規(guī)能源對(duì)環(huán)境的破壞作用。本發(fā)明屬于環(huán)境友好的項(xiàng)目，應(yīng)用生物質(zhì)制氫，還可為農(nóng)業(yè)和林業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造良好的機(jī)遇，將對(duì)大力發(fā)展薪柴林、綠化造林方面起到積極的促進(jìn)作用。本發(fā)明還可以在城市或農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)建燃?xì)夤?yīng)中心，把富氫合成氣通過管道或鋼瓶廉價(jià)地供應(yīng)給用戶使用，實(shí)現(xiàn)村莊整潔化，改善農(nóng)村的居住環(huán)境、美化景觀，為建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村創(chuàng)造有利的條件。


本發(fā)明提供下列附圖作進(jìn)一步的說明，但各附圖均不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制圖1是本發(fā)明的制取富氫合成氣的工藝流程方框圖。
圖2是本發(fā)明的精制氫氣的工藝流程方框圖。
圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖。
圖4是本發(fā)明的前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備的示意圖。
圖5是本發(fā)明的固態(tài)原料為生物質(zhì)時(shí)的前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明的固態(tài)原料中含有氯、硫物質(zhì)時(shí)的前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖7是A-A剖面圖。
圖8是B-B剖視圖。
圖9是本發(fā)明的富氫合成氣反應(yīng)爐排灰渣部位的剖面圖。
圖10是本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)方框圖。
圖中1.蒸汽管道，2.蒸汽發(fā)電機(jī)組/或熱能終端設(shè)備，3.富氫合成氣管道，4.一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，5.凈化吸收裝置，6.氫氣出口，7.二氧化碳出口，8.引風(fēng)機(jī)，9.除塵器，10.蒸汽過熱器，11.余熱回收利用裝置，12.富氫合成氣反應(yīng)爐，13.等離子體發(fā)生器，14.電源控制柜，15.上料機(jī)構(gòu)，16.富氫合成氣輸出接口，17.反應(yīng)爐內(nèi)的耐火隔墻，18.落灰槽，19.隔離式進(jìn)料閥，20.料斗，21.裂解段的溫度傳感器，21b.熱解區(qū)的溫度傳感器，22.熱解氣通道，23.燃燼區(qū)入口，24.光敏元件，25.等離子體工作氣體入口，26.冷卻劑入口，27.冷卻劑出口，28.耐火爐墻，29.多噴嘴等離子體燃燒器，30.布風(fēng)板，31.保溫層，32.低料位傳感器，33.高料位傳感器，34.外殼，35.脫氯/脫硫裝置，36.落灰通道，37.水封式出灰口，38.水封；I.裂解段，II.灰渣分離段，III.燃燼段，IV.燃燒區(qū)，V.熱解區(qū)，VI.烘干區(qū)，VII.熱解氣集聚區(qū)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法及設(shè)備所制取的富氫合成氣有三種后級(jí)處理工藝流程A.通入二次風(fēng)直接燃燒，使之成為一種熱能設(shè)備，本人將另案申請(qǐng)專利，在這里就不作描述了；B.如圖1方框圖所示的把高溫的富氫合成氣進(jìn)行余熱回收降溫及除塵器除去灰塵后，再通過壓縮及冷卻工序把富氫合成氣儲(chǔ)存在氣柜中，再用管道或鋼瓶供應(yīng)給燃?xì)庥脩舢?dāng)作燃?xì)馐褂?；C.如圖2所示的把高溫的富氫合成氣進(jìn)行余熱回收降溫及除塵器除塵后，通過一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，在催化劑存在的環(huán)境下，用水蒸汽和一氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣，再進(jìn)行凈化吸收處理，精制氫氣，將二氧化碳回收或排放，其中，在一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置出口處的位置進(jìn)行一氧化碳含量檢測(cè)(圖中未畫出)，根據(jù)檢測(cè)的信息來調(diào)節(jié)水蒸汽的輸入量。
圖3所示的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫系統(tǒng)圖中，制氫系統(tǒng)由等離子體發(fā)生器(13)、反應(yīng)爐(12)、上料機(jī)構(gòu)(15)、余熱回收利用裝置(11)、蒸汽過熱器(10)、除塵器(9)、一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)、引風(fēng)機(jī)(8)、凈化吸收裝置(5)、蒸汽發(fā)電機(jī)組/或熱能終端設(shè)備(2)、蒸汽管道(1)、富氫合成氣管道(3)、電源控制柜(14)組成。其中等離子體發(fā)生器(13)在反應(yīng)爐(12)的下部；反應(yīng)爐(12)的出口接到余熱回收利用裝置(11)，余熱回收利用裝置(11)接到蒸汽過熱器(10)，蒸汽過熱器(10)接到除塵器(9)，除塵器(9)通過富氫合成氣管道(3)連接到一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)，一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)通過管道連接到引風(fēng)機(jī)(8)的吸入口，引風(fēng)機(jī)(8)的出口通過管道連接到凈化吸收裝置(5)；余熱回收利用裝置(11)的蒸汽輸出接口通過蒸汽管道連接到蒸汽過熱器(10)的蒸汽入口，蒸汽過熱器(10)的蒸汽出口通過蒸汽管道連接到蒸汽發(fā)電機(jī)組/或熱能終端設(shè)備(2)；凈化吸收裝置(5)的上部有氫氣輸出接口(6)，下部有二氧化碳輸出接口(7)；電源控制柜(14)各輸出端分別通過導(dǎo)線連接到等離子體發(fā)生器(13)陰極和陽極、上料機(jī)構(gòu)(15)的馬達(dá)、引風(fēng)機(jī)(8)的馬達(dá)。垃圾或生物質(zhì)固態(tài)原料的工藝流程為垃圾或生物質(zhì)原料通過上料機(jī)構(gòu)(15)進(jìn)入到反應(yīng)爐(12)的料斗，再通過隔離式進(jìn)料閥進(jìn)入到反應(yīng)爐(12)內(nèi)，原料在反應(yīng)爐(12)內(nèi)進(jìn)行烘干、熱解氣化、燃燒、燃燼、排出灰渣。水原料及氣(汽)化物質(zhì)的工藝流程為水原料通過汽化和過熱變成過熱的蒸汽作為工作氣體進(jìn)入到等離子體發(fā)生器(13)內(nèi)，水分子被活化和分解，活化了的水分子及由水分子分解生成的氫和氧噴入反應(yīng)爐(12)內(nèi)，與反應(yīng)爐(12)內(nèi)的有機(jī)質(zhì)垃圾或生物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成富氫合成氣；富氫合成氣通過余熱回收利用裝置(11)及蒸汽過熱器(12)進(jìn)入到除塵器(9)，除去灰塵后的富氫合成氣通過管道(3)進(jìn)入到一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)中，在催化劑存在的環(huán)境下，富氫合成氣中的一氧化碳與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣；為了能達(dá)到一氧化碳全部轉(zhuǎn)化為二氧化碳，應(yīng)使進(jìn)入一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)內(nèi)的水蒸汽稍有過量，這可以通過在一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)的出口處檢測(cè)一氧化碳含量，然后按檢測(cè)的信息來進(jìn)行調(diào)節(jié)進(jìn)入裝置內(nèi)的水蒸汽流量的措施來實(shí)現(xiàn)；這時(shí)富氫合成氣的主要成分是氫氣和二氧化碳，其中，氫氣的摩爾比將按原料中碳?xì)浠衔锱c碳水化合物的比例在60～80％之間；主要成分為氫氣和二氧化碳的富氫合成氣通過引風(fēng)機(jī)(8)進(jìn)入到凈化吸收裝置(5)，對(duì)富氫合成氣進(jìn)行分離、凈化、吸收，精制氫氣、回收或排放二氧化碳。系統(tǒng)中，余熱回收利用裝置(11)、蒸汽過熱器(10)、除塵器(9)、一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)、凈化吸收裝置(5)均采用公知?jiǎng)蛹夹g(shù)制造。
圖4所示的示意圖中，前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備由反應(yīng)爐(12)、隔離式進(jìn)料閥(19)、料斗(20)和等離子體發(fā)生器(13)組成，其中，反應(yīng)爐(12)內(nèi)用耐火隔墻(17)把反應(yīng)爐分隔為主反應(yīng)區(qū)和燃燼區(qū)，主反應(yīng)區(qū)按功能由下而上分為燃燒區(qū)(IV)、熱解區(qū)(V)、烘干區(qū)(VI)、熱解氣集聚區(qū)(VII)，燃燼區(qū)按其功能由下而上分為燃燼段(III)、灰渣分離段(II)、裂解段(I)；主反應(yīng)區(qū)的各功能區(qū)截面相等且相互之間相通，燃燼區(qū)的各功能段截面不等但相互之間相通，燃燒區(qū)(IV)的下部與燃燼段(III)的下部相通，熱解氣集聚區(qū)(VII)與裂解段(I)相通。
圖5和圖7、8、9所示的是制氫原料為農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物或木材類廢棄物之類的生物質(zhì)時(shí)，前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備由多噴嘴等離子體燃燒器(29)、布風(fēng)板(30)、反應(yīng)爐(12)、隔離式進(jìn)料閥(19)、料斗(20)、溫度傳感器(21)、光敏元件(24)、低料位傳感器(32)、高料位傳感器(33)組成，布風(fēng)板(30)在反應(yīng)爐(12)的下部，多噴嘴等離子體燃燒器(29)在布風(fēng)板(30)的底下，隔離式進(jìn)料閥(19)在反應(yīng)爐(12)的上部，隔離式進(jìn)料閥(19)的上面是料斗(20)，溫度傳感器(21)在反應(yīng)爐(12)的裂解段位置，光敏元件(24)在反應(yīng)爐(12)的燃燼區(qū)入口(23)位置，低料位傳感器(32)和高料位傳感器(33)在反應(yīng)爐(12)的烘干區(qū)位置。其中，多噴嘴等離子體燃燒器(29)上有工作氣體輸入接口(25)、冷卻劑輸入接口(26)、冷卻劑出口(27)、陰極電源接頭和陽極電源接頭(圖中未示出)；布風(fēng)板(30)上有冷卻劑輸入和輸出接口(圖中未示出)；反應(yīng)爐(12)由外殼(34)、保溫層(31)、耐火爐墻(28)、耐火隔墻(17)、落灰槽(18)、熱解氣通道(22)、燃燼區(qū)入口(23)、落灰通道(36)、水封式出灰口(37)、水封(38)、富氫合成氣輸出接口(16)組成。
圖6和圖7、8、9所示的是制氫原料為工業(yè)固體廢物或城市垃圾時(shí)，前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備由多噴嘴等離子體燃燒器(29)、布風(fēng)板(30)、反應(yīng)爐(12)、隔離式進(jìn)料閥(19)、料斗(20)、溫度傳感器(21)、熱解區(qū)的溫度傳感器(21b)、光敏元件(24)、低料位傳感器(32)、高料位傳感器(33)、脫氯/脫硫裝置(35)組成，布風(fēng)板(30)在反應(yīng)爐(12)的下部，多噴嘴等離子體燃燒器(29)在布風(fēng)板(30)的底下，隔離式進(jìn)料閥(19)在反應(yīng)爐(12)的上部，隔離式進(jìn)料閥(19)的上面是料斗(20)，溫度傳感器(21)在反應(yīng)爐(12)的裂解段位置，熱解區(qū)的溫度傳感器(21b)在反應(yīng)爐(12)的熱解區(qū)位置，光敏元件(24)在反應(yīng)爐(12)的燃燼區(qū)入口(23)位置，低料位傳感器(32)和高料位傳感器(33)在反應(yīng)爐(12)的烘干區(qū)位置，脫氯/脫硫裝置(35)在反應(yīng)爐(12)的熱解氣通道(22)入口。其中，多噴嘴等離子體燃燒器(29)上有工作氣體輸入接口(25)、冷卻劑輸入接口(26)、冷卻劑出口(27)、陰極電源接頭和陽極電源接頭(圖中未示出)；布風(fēng)板(30)上有冷卻劑輸入和輸出接口(圖中未示出)；反應(yīng)爐(12)由外殼(34)、保溫層(31)、耐火爐墻(28)、耐火隔墻(17)、落灰槽(18)、熱解氣通道(22)、燃燼區(qū)入口(23)、落灰通道(36)、水封式出灰口(37)、水封(38)、富氫合成氣輸出接口(16)組成。在運(yùn)行中，通過溫度傳感器(21b)反饋到程序控制器的信息，程序控制器將調(diào)整噴入反應(yīng)爐(12)內(nèi)水蒸汽的量來把熱解區(qū)(V)的溫度控制在600～700℃之間，以保護(hù)脫氯劑及有利于脫氯/脫硫，讓熱解氣通過脫氯/脫硫后再進(jìn)入到裂解段(I)。
圖10所示的電氣控制系統(tǒng)由交流電源、控制器直流工作電源、程序控制器、等離子體發(fā)生器工作電源、手動(dòng)開關(guān)、一氧化碳轉(zhuǎn)化檢測(cè)器件、熱解區(qū)溫度傳感器、裂解區(qū)溫度傳感器、比較電路、光敏元件、放大電路、高料位傳感器、低料位傳感器、自動(dòng)料位控制器、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、吹掃/噴燃切換開關(guān)、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路、引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件、凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件、進(jìn)料控制執(zhí)行元件組成，各執(zhí)行元件及調(diào)節(jié)電路的電源輸出端分別接到相應(yīng)的設(shè)備上。其中，交流電源連接到控制器直流工作電源、等離子體發(fā)生器工作電源、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、吹掃/噴燃切換開關(guān)、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路、引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件、凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件、進(jìn)料控制執(zhí)行元件的交流輸入端；控制器直流工作電源的直流輸出端連接到程序控制器和自動(dòng)料位控制器的工作電源輸入端；手動(dòng)開關(guān)連接到程序控制器；一氧化碳轉(zhuǎn)化檢測(cè)器件連接到比較器A，比較器A連接到程序控制器；熱解區(qū)溫度傳感器連接到比較器B，比較器B連接到程序控制器；裂解段溫度傳感器連接到比較器C，比較器C連接到程序控制器，光敏元件連接到放大電路，放大電路連接到程序控制器；高料位傳感器、低料位傳感器分別連接到自動(dòng)料位控制器的二個(gè)輸入端，自動(dòng)料位控制器的控制輸出端連接到進(jìn)料控制執(zhí)行元件的控制功能輸入端，進(jìn)料控制執(zhí)行元件的交流輸出端連接到上料機(jī)的馬達(dá)；程序控制器的各功能輸出控制端分別連接到等離子體發(fā)生器工作電源、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、吹掃/噴燃切換開關(guān)、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路、引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件、凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件；等離子體發(fā)生器工作電源的正、負(fù)極分別連接到等離子發(fā)生器的陽極和陰極；等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件的交流輸出端連接到冷卻劑循環(huán)泵的馬達(dá)；吹掃/噴燃切換開關(guān)的二個(gè)交流輸出端分別連接到空壓機(jī)的馬達(dá)和點(diǎn)火燃料輸送裝置的馬達(dá)或電磁線圈；等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件的交流輸出端連接到蒸汽電磁閥的線圈；熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的交流輸出端連接到熱解工蒸汽噴嘴電磁閥的線圈；一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路的交流輸出端連接到蒸汽電動(dòng)閥的馬達(dá)；引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件的交流輸出端連接到引風(fēng)機(jī)的馬達(dá)；凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件的交流輸出端連接到凈化噴淋電磁閥的線圈。
權(quán)利要求
1.用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法，是應(yīng)用等離子體技術(shù)將水蒸汽進(jìn)行活化和加熱分解后，再噴進(jìn)反應(yīng)爐與垃圾或生物質(zhì)發(fā)生燃燒而進(jìn)行氧化一還原反應(yīng)，制取富氫合成氣，其特征是在隔離空氣的環(huán)境下把水蒸汽作為工作氣體送入等離子體發(fā)生器中進(jìn)行活化和分解，把有機(jī)質(zhì)垃圾或生物質(zhì)作為吸氧或吸氫元件，用垃圾或生物質(zhì)的燃燒來把水分子分解出來的氧消耗掉，用垃圾炭或生物質(zhì)炭在≥1200℃的條件下與水分子分解出來的氫化合成甲烷，以阻止水分子的分解物進(jìn)行逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效率地制取富氫合成氣，同時(shí)用垃圾或生物質(zhì)自身燃燒的熱能來對(duì)垃圾或生物質(zhì)進(jìn)行烘干和熱解氣化，在1100℃±50℃的環(huán)境下裂解焦油和甲烷；對(duì)反應(yīng)爐中產(chǎn)生的富氫合成氣進(jìn)行余熱回收降溫及除塵后在催化劑存在的條件下將富氫合成氣中的一氧化碳與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣，再將以氫氣和二氧化碳為主要成分的富氫合成氣進(jìn)行凈化吸收處理，精制氫氣，回收或排放二氧化碳；或者對(duì)反應(yīng)爐中產(chǎn)生的富氫合成氣進(jìn)行余熱回收降溫及除塵后，通過壓縮、冷卻，把富氫合成氣儲(chǔ)存在氣柜內(nèi)，再通過管道或鋼瓶供應(yīng)給燃?xì)庥脩羰褂谩?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法，其特征是垃圾或生物質(zhì)固態(tài)物料的工藝流程為物料從反應(yīng)爐的上部進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)，由上往下移動(dòng)，先進(jìn)行烘干，再進(jìn)行熱解，再在隔離空氣的環(huán)境下完成燃燒，燃燼的灰渣排入灰槽；氣(汽)化物在反應(yīng)爐中的流程為蒸汽進(jìn)入到等離子體發(fā)生裝置中，經(jīng)活化及加熱分解后噴進(jìn)反應(yīng)爐，與垃圾或生物質(zhì)炭發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而燃燒，反應(yīng)生成的氣化物及燃燒的熱能向上運(yùn)動(dòng)，把垃圾或生物質(zhì)物料進(jìn)行熱解氣化，再往上運(yùn)動(dòng)，對(duì)新加入的垃圾或生物質(zhì)物料進(jìn)行烘干，熱解氣和物料烘出的水蒸汽相混合進(jìn)入到裂解段，完成焦油和甲烷的裂解及轉(zhuǎn)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法，其特征是收集來的生活垃圾可直接送入反應(yīng)爐中，而不需經(jīng)過烘干、粉碎工序；垃圾生物質(zhì)的烘干、熱解、燃燒過程均在同一個(gè)與空氣隔離的反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行。
4.用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法，其特征是可以用煤或炭代替垃圾、生物質(zhì)原料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法，其特征是制氫系統(tǒng)由等離子體發(fā)生器(13)、反應(yīng)爐(12)、上料機(jī)構(gòu)(15)、余熱回收利用裝置(11)、蒸汽過熱器(10)、除塵器(9)、一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)、引風(fēng)機(jī)(8)、凈化吸收裝置(5)、蒸汽發(fā)電機(jī)組/或熱能終端設(shè)備(2)、蒸汽管道(1)、富氫合成氣管道(3)、電源控制柜(14)組成，其中等離子體發(fā)生器(13)在反應(yīng)爐(12)的下部；反應(yīng)爐(12)的出口接到余熱回收裝置(11)，余熱回收裝置(11)接到蒸汽過熱器(10)，蒸汽過熱器(10)接到除塵器(9)，除塵器(9)通過富氫合成氣管道(3)連接到一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)，一氧化碳轉(zhuǎn)化裝置(4)通過管道連接到引風(fēng)機(jī)(8)的吸入口，引風(fēng)機(jī)(8)的出口通過管道連接到凈化吸收裝置(5)；余熱回收裝置(11)的蒸汽輸出接口通過蒸汽管道(1)連接到蒸汽過熱器(10)的蒸汽入口，蒸汽過熱器(10)的蒸汽出口通過蒸汽管道連接到蒸汽發(fā)電機(jī)組/或熱能終端設(shè)備(2)；凈化吸收裝置(5)的上部有氫氣輸出接口(6)，下部有二氧化碳輸出接口(7)；電源控制柜(14)各輸出端分別通過導(dǎo)線連接到等離子體發(fā)生器(13)陰極和陽極、上料機(jī)構(gòu)(15)的馬達(dá)、引風(fēng)機(jī)(8)的馬達(dá)；垃圾或生物質(zhì)原料通過上料機(jī)構(gòu)(15)進(jìn)入到反應(yīng)爐(12)的料斗內(nèi)。
6.用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫設(shè)備，其特征是前級(jí)富氫合成氣制取設(shè)備至少由等離子體發(fā)生器(13)、反應(yīng)爐(12)、隔離式進(jìn)料閥(19)、進(jìn)料斗(20)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫設(shè)備，其特征是等離子體發(fā)生器還可由多只等離子噴嘴組合成多噴嘴等離子體燃燒器(29)，多噴嘴等離子體燃燒器(29)置于布風(fēng)板(30)底下。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫設(shè)備，當(dāng)制氫固態(tài)原料是農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物或木材加工廢棄物時(shí)，其特征是富氫合成氣反應(yīng)爐(12)由熱解氣集聚區(qū)(VII)、烘干區(qū)(VI)、熱解區(qū)(V)、燃燒區(qū)(IV)構(gòu)成主反應(yīng)區(qū)及由燃燼段(III)、灰渣分離段(II)、裂解段(I)構(gòu)成燃燼區(qū)，主反應(yīng)區(qū)與燃燼區(qū)之間用耐火隔墻(17)隔開，其中熱解氣集聚區(qū)(VII)、烘干區(qū)(VI)、熱解區(qū)(V)、燃燒區(qū)(IV)之間相通，主反應(yīng)區(qū)的最下部是燃燒區(qū)(IV)，燃燒區(qū)(IV)的上面是熱解區(qū)(V)，熱解區(qū)(V)的上面是烘干區(qū)(VI)，烘干區(qū)(VI)的上面為熱解氣集聚區(qū)(VII)；燃燼區(qū)的燃燼段(III)、灰渣分離段(II)、裂解段(I)相互間連通，燃燼區(qū)的最下部是燃燼段(III)，燃燼段(III)的上面是灰渣分離段(II)，灰渣分離段(II)的上面是裂解段(I)；燃燼段(III)的下部與燃燒區(qū)(IV)的下部連通，熱解氣集聚區(qū)(VII)與裂解段(I)之間有通道(22)連通；主反應(yīng)區(qū)的燃燒區(qū)(IV)底部及燃燼區(qū)的燃燼段(III)底部有布風(fēng)板(30)，布風(fēng)板(30)的底下有多只噴嘴組合而成的多噴嘴等離子體燃燒器(29)；反應(yīng)爐(12)的爐墻(28)和隔墻(17)使用耐火材料，爐墻(28)與外殼(34)之間為保溫層(31)；在燃燼段(III)入口處裝有光敏元件(24)；在烘干區(qū)(VI)沿爐墻裝有低料位傳感器(32)和高料位傳感器(33)；在裂解段(I)處裝有溫度傳感器(21)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫設(shè)備，當(dāng)制氫固態(tài)原料是工業(yè)固體廢物或城市垃圾時(shí)，其特征是在反應(yīng)爐(12)的熱解區(qū)(V)的爐墻上還裝有溫度傳感器(21b)及在熱解氣通道(22)的入口處還設(shè)置有脫氯/脫硫裝置(35)，在運(yùn)行中，把熱解氣的溫度控制在600～700℃之間，讓熱解氣通過脫氯/脫硫后再進(jìn)入到裂解段(I)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5、6、7、8或9所述的用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法及設(shè)備，其特征是電氣控制系統(tǒng)由交流電源、控制器直流工作電源、程序控制器、等離子體發(fā)生器工作電源、手動(dòng)開關(guān)、一氧化碳轉(zhuǎn)化檢測(cè)器件、熱解區(qū)溫度傳感器、裂解區(qū)溫度傳感器、比較電路、光敏元件、放大電路、高料位傳感器、低料位傳感器、自動(dòng)料位控制器、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、吹掃/噴燃切換開關(guān)、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路、引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件、凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件、進(jìn)料控制執(zhí)行元件組成，各執(zhí)行元件及調(diào)節(jié)電路的電源輸出端分別接到相應(yīng)的設(shè)備上，其中交流電源連接到控制器直流工作電源、等離子體發(fā)生器工作電源、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、吹掃/噴燃切換開關(guān)、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路、引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件、凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件、進(jìn)料控制執(zhí)行元件的交流輸入端；控制器直流工作電源的直流輸出端連接到程序控制器、自動(dòng)料位控制器的工作電源輸入端；手動(dòng)開關(guān)連接到程序控制器；一氧化碳轉(zhuǎn)化檢測(cè)器件連接到比較器A，比較器A連接到程序控制器；熱解區(qū)溫度傳感器連接到比較器B，比較器B連接到程序控制器；裂解段溫度傳感器連接到比較器C，比較器C連接到程序控制器；光敏元件連接到放大電路，放大電路連接到程序控制器；高料位傳感器、低料位傳感器分別連接到自動(dòng)料位控制器的二個(gè)輸入端，自動(dòng)料位控制器的控制輸出端連接到進(jìn)料控制執(zhí)行元件的控制功能輸入端，進(jìn)料控制執(zhí)行元件的交流輸出端連接到上料機(jī)的馬達(dá)；程序控制器的各功能輸出控制端分加緊連接到等離子體發(fā)生器工作電源、等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件、吹掃/噴燃切換開關(guān)、等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件、熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件、一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路、引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件、凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件；等離子體發(fā)生器工作電源的正、負(fù)極分別連接到等離子發(fā)生器的陽極和陰極；等離子體發(fā)生器冷卻控制執(zhí)行元件的交流輸出端連接到冷卻劑循環(huán)泵的馬達(dá)；吹掃/噴燃切換開關(guān)的二個(gè)交流輸出端分別連接到空壓機(jī)的馬達(dá)和點(diǎn)火燃料輸送裝置的馬達(dá)或電磁線圈；等離子體發(fā)生器噴蒸汽執(zhí)行元件的交流輸出端連接到蒸汽電磁閥的線圈；熱解區(qū)溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的交流輸出端連接到熱解區(qū)蒸汽噴嘴電磁閥的線圈；一氧化碳轉(zhuǎn)化蒸汽流量調(diào)節(jié)電路的交流輸出端連接到蒸汽電動(dòng)閥的線圈；引風(fēng)啟動(dòng)/停止執(zhí)行元件的交流輸出端連接到引風(fēng)機(jī)馬達(dá)；凈化系統(tǒng)噴淋執(zhí)行元件的交流輸出端連接到凈化噴淋電磁閥。
全文摘要
用垃圾、生物質(zhì)和水為原料的等離子體制氫方法及設(shè)備，采用有機(jī)質(zhì)垃圾、生物質(zhì)和水為原料，實(shí)現(xiàn)工業(yè)上大量、廉價(jià)地制取氫氣。所述的有機(jī)質(zhì)垃圾、生物質(zhì)原料，是指包括原生垃圾、生物質(zhì)的其中一種或幾種，原料不需經(jīng)過干燥也不需粉碎即可直接入爐。在隔離空氣的環(huán)境下應(yīng)用等離子體技術(shù)活化和分解水分子，把有機(jī)質(zhì)垃圾或生物質(zhì)作為吸氧和吸氫元件，以阻止水分子的分解物進(jìn)行逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效制取富氫合成氣，制得的氫氣純度好品質(zhì)高，不含焦油。整個(gè)過程沒有污染物排放，真正實(shí)現(xiàn)了垃圾廢物的無害化、減量化、資源化處理。本發(fā)明的等離子體制氫法具有制氫速度快、能耗低的特點(diǎn)。本發(fā)明還可以在城市或農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)建燃?xì)夤?yīng)中心，把富氫合成氣通過管道或鋼瓶廉價(jià)地供應(yīng)給用戶使用，實(shí)現(xiàn)村莊整潔化，改善農(nóng)村的居住環(huán)境、美化景觀，為建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村創(chuàng)造條件。
文檔編號(hào)C01B3/22GK1821054SQ20061005906
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月25日
發(fā)明者周開根 申請(qǐng)人:周開根