本發(fā)明屬于能源與化工技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的枯竭和市場(chǎng)供應(yīng)的匱乏，尋求新能源成為人類(lèi)當(dāng)前共同努力的任務(wù)之一。氫能是公認(rèn)的清潔能源，它最有希望成為21世紀(jì)人類(lèi)所企求的清潔能源，人們對(duì)氫能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用寄于極大的熱忱和希望。氫具有燃燒熱值高，其燃燒產(chǎn)物為水，不會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染，氫通過(guò)燃料電池可以把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，氫的資源極其豐富，取之不盡、用之不竭。但是要把期望變成現(xiàn)實(shí)，人們還要解決許多難題，其中如何制取大量、廉價(jià)的氫氣是最主要的一個(gè)難題。

隨著我國(guó)城市化的迅猛發(fā)展，城市固廢產(chǎn)量與日俱增，固體廢棄物圍城的環(huán)境現(xiàn)狀日益嚴(yán)重，對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境造成了惡劣影響。如何妥善處理城市固廢，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的無(wú)害化、資源化處理成為了亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。

目前，如何將垃圾變?yōu)榍鍧嵞茉礆錃馐乾F(xiàn)如今研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)和方法。采用該系統(tǒng)可以將垃圾變?yōu)槿紵蹈咔仪鍧嵉臍錃猓⑶覛錃獾漠a(chǎn)率可達(dá)90％以上，純度達(dá)99％以上。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述系統(tǒng)包括：

熱解裝置，所述熱解裝置具有垃圾入口、熱解油氣出口和熱解炭出口；

裂解裝置，所述裂解裝置具有熱解油氣入口、催化劑入口、裂解氣出口和失活催化劑出口，所述熱解油氣入口與所述熱解油氣出口相連；

冷卻裝置，所述冷卻裝置具有裂解氣入口、冷卻裂解氣出口和冷卻水出口，所述裂解氣入口與所述裂解氣出口相連；

氫氣分離提純裝置，所述氫氣分離提純裝置具有冷卻裂解氣入口、氫氣出口和尾氣出口，所述冷卻裂解氣入口與所述冷卻裂解氣出口相連。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)通過(guò)將垃圾送至熱解裝置，在高溫條件下，垃圾被熱解，產(chǎn)生大量富含氫氣的熱解油氣，然后將該熱解油氣直接熱送至裂解裝置與催化劑接觸進(jìn)行裂解，一方面可省去復(fù)雜的油氣水分離設(shè)備，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的處理工藝；另一方面充分利用了熱解油氣中的熱量，有助于降低裂解裝置的能耗；再一方面可消除焦油帶來(lái)的負(fù)面影響，提高裂解氣中氫氣的含量，在裂解裝置高溫、高壓的環(huán)境氛圍，熱解油氣中的cnhm在催化劑的作用下與其攜帶的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，裂解為ch4、h2等小分子氣體，其中的co、co2等小分子與水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)生成h2等氣體，所得的裂解氣經(jīng)冷卻裝置后裂解氣被冷卻降溫，裂解氣中的水分被去除，經(jīng)冷卻后裂解氣中氫氣的含量在55％以上。冷卻裂解氣再經(jīng)過(guò)氫氣分離提純裝置，得到氫氣和尾氣，其中氫氣的產(chǎn)率可達(dá)90％以上，氫氣的純度可達(dá)99％以上。如此，本系統(tǒng)將垃圾與氫氣生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了固廢處理與新能源開(kāi)發(fā)利用的雙贏效果，也實(shí)現(xiàn)了熱解氣的多途徑利用。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述熱解裝置為旋轉(zhuǎn)床熱解爐。由此，因旋轉(zhuǎn)床熱解爐具有連續(xù)式進(jìn)料功能，使得垃圾在熱解過(guò)程中不會(huì)翻動(dòng)，可避免產(chǎn)生飛灰，從而減少了所得熱解油氣中的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述氫氣分離提純裝置包括氫氣變壓吸附塔，所述氫氣變壓吸附塔包括多個(gè)并聯(lián)的吸附床。由此，可顯著提高氫氣的產(chǎn)率和純度。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：催化劑再生裝置，所述催化劑再生裝置具有失活催化劑入口、再生催化劑出口和雜質(zhì)出口，所述失活催化劑入口與所述失活催化劑出口相連，所述再生催化劑出口與所述催化劑入口相連。由此，可顯著提高裂解裝置的裂解效率，提高氫氣的產(chǎn)出率和產(chǎn)量。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述熱解裝置分別與所述催化劑入口和所述失活催化劑出口相連。由此，可提高該系統(tǒng)的熱利用率，實(shí)現(xiàn)催化劑的重復(fù)利用，減少本系統(tǒng)的原料成本。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述尾氣出口與所述熱解裝置和所述裂解裝置中的至少一個(gè)相連。由此，有利于降低利用垃圾制備氫氣系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的熱利用率，實(shí)現(xiàn)尾氣的回收再利用。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：熄焦裝置，所述熄焦裝置具有熱解炭入口、冷卻水入口和冷卻熱解炭出口，所述熱解炭入口與所述熱解炭出口相連，所述冷卻水入口與所述冷卻水出口相連。由此，可實(shí)現(xiàn)冷卻水的回收再利用，降低系統(tǒng)的能耗。

在本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種采用上述利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)利用垃圾制備氫氣的方法，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

(1)將垃圾供給至所述熱解裝置中進(jìn)行熱解處理，以便得到熱解油氣和熱解炭；

(2)將所述熱解油氣供給至所述裂解裝置中與催化劑進(jìn)行催化裂解處理，以便得到裂解氣和失活催化劑；

(3)將所述裂解氣供給至所述冷卻裝置中進(jìn)行冷卻處理，以便得到冷卻水和冷卻裂解氣；

(4)將所述冷卻裂解氣供給至所述氫氣分離提純裝置中進(jìn)行分離提純處理，以便得到氫氣和尾氣。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法通過(guò)將垃圾送至熱解裝置，在高溫條件下，垃圾被熱解，產(chǎn)生大量富含氫氣的熱解油氣，然后將該熱解油氣直接熱送至裂解裝置與催化劑接觸進(jìn)行裂解，一方面可省去復(fù)雜的油氣水分離設(shè)備，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的處理工藝；另一方面充分利用了熱解油氣中的熱量，有助于降低裂解裝置的能耗；再一方面可消除焦油帶來(lái)的負(fù)面影響，提高裂解氣中氫氣的含量，在裂解裝置高溫、高壓的環(huán)境氛圍，熱解油氣中的cnhm在催化劑的作用下與其攜帶的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，裂解為ch4、h2等小分子氣體，其中的co、co2等小分子與水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)生成h2等氣體，所得的裂解氣經(jīng)冷卻裝置后裂解氣被冷卻降溫，裂解氣中的水分被去除，經(jīng)冷卻后裂解氣中氫氣的含量在55％以上。冷卻裂解氣再經(jīng)過(guò)氫氣分離提純裝置，得到氫氣和尾氣，其中氫氣的產(chǎn)率可達(dá)90％以上，氫氣的純度可達(dá)99％以上。如此，本方法將垃圾與氫氣生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了固廢處理與新能源開(kāi)發(fā)利用的雙贏效果，也實(shí)現(xiàn)了熱解氣的多途徑利用。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：將所述失活催化劑供給至所述催化劑再生裝置中進(jìn)行催化再生處理，以便得到再生催化劑，并將所述再生催化劑返回至步驟(2)中的所述裂解裝置。由此，可顯著提高裂解裝置的裂解效率，提高氫氣的產(chǎn)出率和產(chǎn)量。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：將所述失活催化劑供給至步驟(1)中的所述熱解裝置進(jìn)行高溫煅燒處理，以便得到再生催化劑，并將所述再生催化劑返回至步驟(2)中的所述裂解裝置。由此，可提高該系統(tǒng)的熱利用率，實(shí)現(xiàn)催化劑的重復(fù)利用，減少本系統(tǒng)的原料成本。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：將步驟(4)得到的所述尾氣供給至步驟(1)中的熱解裝置和步驟(2)中的裂解裝置中的至少之一作為燃料使用。由此，有利于降低利用垃圾制備氫氣系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的熱利用率，實(shí)現(xiàn)尾氣的回收再利用。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：將步驟(1)得到的熱解炭和步驟(3)的得到的冷卻水供給至所述熄焦裝置進(jìn)行熄焦處理，以便得到冷卻熱解炭。由此，可實(shí)現(xiàn)冷卻水的回收再利用，降低系統(tǒng)的能耗。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法流程示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法流程示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法流程示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法流程示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法流程示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考圖1，該系統(tǒng)包括：熱解裝置100、裂解裝置200、冷卻裝置300和氫氣分離提純裝置400。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，熱解裝置100具有垃圾入口101、熱解油氣出口102和熱解炭出口103，且適于將垃圾進(jìn)行熱解處理，以便得到熱解油氣和熱解炭。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將垃圾送至熱解裝置，在高溫條件下，垃圾被熱解，產(chǎn)生大量富含氫氣的熱解油氣，由此，有利于提高氫氣的產(chǎn)率。具體的，該處的垃圾可以為有機(jī)垃圾，或者由其他垃圾經(jīng)分選粉碎等處理后的得到的有機(jī)垃圾。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)熱解處理的條件進(jìn)行選擇。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，熱解裝置可以為旋轉(zhuǎn)床熱解爐。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，因旋轉(zhuǎn)床熱解爐具有連續(xù)式進(jìn)料功能，使得垃圾在熱解過(guò)程中不會(huì)翻動(dòng)，可避免產(chǎn)生飛灰，有利于降低熱解油氣中雜質(zhì)的含量。且整個(gè)熱解的過(guò)程在無(wú)氧的條件下進(jìn)行，可避免產(chǎn)生二噁英等二次污染物。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，裂解裝置200具有熱解油氣入口201、催化劑入口202、裂解氣出口203和失活催化劑出口204，熱解油氣入口201與熱解油氣出口102相連，且適于將熱解油氣與催化劑進(jìn)行催化裂解處理，以便得到裂解氣和失活催化劑。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將該熱解油氣直接熱送至裂解裝置與催化劑接觸進(jìn)行裂解，一方面可省去復(fù)雜的油氣水分離設(shè)備，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的處理工藝；另一方面充分利用了熱解油氣中的熱量，有助于降低裂解裝置的能耗；再一方面可消除焦油帶來(lái)的負(fù)面影響，提高裂解氣中氫氣的含量，在裂解裝置高溫、高壓的環(huán)境氛圍，熱解油氣中的cnhm在催化劑的作用下與其攜帶的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，裂解為ch4、h2等小分子氣體，其中的co、co2等小分子與水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)生成h2等氣體。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)裂解處理的條件以及催化劑進(jìn)行選擇。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，冷卻裝置300具有裂解氣入口301、冷卻裂解氣出口302和冷卻水出口303，裂解氣入口301與裂解氣出口203相連，且適于將裂解氣進(jìn)行冷卻處理，以便得到冷卻水和冷卻裂解氣。由此，裂解氣經(jīng)過(guò)冷卻裝置可去除裂解氣中的水分，經(jīng)冷卻后裂解氣中氫氣的含量在55％以上，有利于后續(xù)氫氣的分離提純。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)冷卻處理的條件進(jìn)行選擇。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，氫氣分離提純裝置400具有冷卻裂解氣入口401、氫氣出口402和尾氣出口403，冷卻裂解氣入口401與冷卻裂解氣出口302相連，且適于將冷卻裂解氣進(jìn)行分離提純處理，以便得到氫氣和尾氣。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將冷卻裂解氣進(jìn)行分離提純處理，可得到氫氣和尾氣，其中氫氣的回收率可達(dá)90％以上，氫氣的純度可達(dá)99％以上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，氫氣分離提純裝置可以包括氫氣變壓吸附塔，氫氣變壓吸附塔可以包括多個(gè)并聯(lián)的吸附床。由此，可顯著提高氫氣的分離提純效率。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)氫氣變壓吸附塔中的溫度和壓力等條件進(jìn)行選擇。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)通過(guò)將垃圾送至熱解裝置，在高溫條件下，垃圾被熱解，產(chǎn)生大量富含氫氣的熱解油氣，然后將該熱解油氣直接熱送至裂解裝置與催化劑接觸進(jìn)行裂解，一方面可省去復(fù)雜的油氣水分離設(shè)備，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的處理工藝；另一方面充分利用了熱解油氣中的熱量，有助于降低裂解裝置的能耗；再一方面可消除焦油帶來(lái)的負(fù)面影響，提高裂解氣中氫氣的含量，在裂解裝置高溫、高壓的環(huán)境氛圍，熱解油氣中的cnhm在催化劑的作用下與其攜帶的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，裂解為ch4、h2等小分子氣體，其中的co、co2等小分子與水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)生成h2等氣體，所得的裂解氣經(jīng)冷卻裝置后裂解氣被冷卻降溫，裂解氣中的水分被去除，經(jīng)冷卻后裂解氣中氫氣的含量在55％以上。冷卻裂解氣再經(jīng)過(guò)氫氣分離提純裝置，得到氫氣和尾氣，其中氫氣的產(chǎn)率可達(dá)90％以上，氫氣的純度可達(dá)99％以上。如此，本系統(tǒng)將垃圾與氫氣生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了固廢處理與新能源開(kāi)發(fā)利用的雙贏效果，也實(shí)現(xiàn)了熱解氣的多途徑利用。

為了提高催化劑的利用率，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考圖2，熱解裝置100分別與催化劑入口202和失活催化劑出口204相連，且適于將裂解裝置中的失活催化劑進(jìn)行高溫煅燒處理，以便得到再生催化劑，并將再生催化劑返回至裂解裝置。由此，通過(guò)將失活催化劑送至熱解裝置進(jìn)行高溫煅燒處理得到再生催化劑有利于提高熱解裝置中的熱利用率，同時(shí)省去了外加對(duì)失活催化劑進(jìn)行高溫煅燒處理的設(shè)備，節(jié)約了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備成本和能耗。

或者為了提高催化劑的利用率，根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例，參考圖3，在圖1所示結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中布置催化劑再生裝置500。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，催化劑再生裝置500具有失活催化劑入口501、再生催化劑出口502和雜質(zhì)出口503，失活催化劑入口501與失活催化劑出口204相連，再生催化劑出口502與催化劑入口202相連，且適于將失活催化劑進(jìn)行催化再生處理，以便得到再生催化劑，并將再生催化劑返回至裂解裝置。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)催化劑再生裝置對(duì)失活催化劑進(jìn)行再生處理，實(shí)現(xiàn)催化劑的重復(fù)利用，有利于降低催化劑的原料成本，提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了提高尾氣的利用率，可以將氫氣分離提純裝置400中的尾氣供給至熱解裝置100和裂解裝置200中的至少之一作為燃料使用，例如如圖4所示，在圖2的基礎(chǔ)上，尾氣出口403與熱解裝置100和裂解裝置200中的至少一個(gè)相連，且適于將氫氣分離提純裝置得到的尾氣供給至熱解裝置和裂解裝置中的至少之一作為燃料使用。由此，可顯著提高整個(gè)系統(tǒng)的熱利用率，減少熱解裝置和裂解裝置的外加燃料，有利于降低整個(gè)系統(tǒng)的燃料成本，同時(shí)使得氫氣分離提純裝置中的尾氣得到很好的再利用，提高了整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括熄焦裝置600。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖5所示，熄焦裝置600具有熱解炭入口601、冷卻水入口602和冷卻熱解炭出口603，熱解炭入口601與熱解炭出口103相連，冷卻水入口602與冷卻水出口303相連，且適于將上述熱解裝置得到的熱解炭和上述冷卻裝置的得到的冷卻水進(jìn)行熄焦處理，以便得到冷卻熱解炭。由此，可實(shí)現(xiàn)冷卻水的回收再利用，降低系統(tǒng)的能耗。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)可具有選自下列的優(yōu)點(diǎn)至少之一：

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)提供了一種新的氫氣生產(chǎn)技術(shù)，為氫氣的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支持；

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)將垃圾與氫氣生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了垃圾與新能源開(kāi)發(fā)利用的雙贏效果；

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)通過(guò)直接將垃圾熱解產(chǎn)生的熱解油氣進(jìn)行催化裂解得到裂解氣，提高了裂解氣含量及其中氫氣的含量，避免了產(chǎn)生焦油及焦油帶來(lái)的管路堵塞等問(wèn)題；

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)通過(guò)將裂解氣中的氫氣分離提純，實(shí)現(xiàn)了裂解氣的多途徑利用。

在本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種利用上述利用垃圾制備氫氣的系統(tǒng)利用垃圾制備氫氣的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考圖6，該方法包括：

s100：將垃圾供給至熱解裝置中進(jìn)行熱解處理

該步驟中，將垃圾供給至熱解裝置中進(jìn)行熱解處理，以便得到熱解油氣和熱解炭。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將垃圾送至熱解裝置，在高溫條件下，垃圾被熱解，產(chǎn)生大量富含氫氣的熱解油氣，由此，有利于提高氫氣的產(chǎn)率。具體的，該處的垃圾可以為有機(jī)垃圾，或者由其他垃圾經(jīng)分選粉碎等處理后的得到的有機(jī)垃圾。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)熱解處理的條件進(jìn)行選擇。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，熱解裝置可以為旋轉(zhuǎn)床熱解爐。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，因旋轉(zhuǎn)床熱解爐具有連續(xù)式進(jìn)料功能，使得垃圾在熱解過(guò)程中不會(huì)翻動(dòng)，可避免產(chǎn)生飛灰，有利于降低熱解油氣中雜質(zhì)的含量。且整個(gè)熱解的過(guò)程在無(wú)氧的條件下進(jìn)行，可避免產(chǎn)生二噁英等二次污染物。

s200：將熱解油氣供給至裂解裝置中與催化劑進(jìn)行催化裂解處理

該步驟中，將熱解油氣供給至裂解裝置中與催化劑進(jìn)行催化裂解處理，以便得到裂解氣和失活催化劑。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將該熱解油氣直接熱送至裂解裝置與催化劑接觸進(jìn)行裂解，一方面可省去復(fù)雜的油氣水分離設(shè)備，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的處理工藝；另一方面充分利用了熱解油氣中的熱量，有助于降低裂解裝置的能耗；再一方面可消除焦油帶來(lái)的負(fù)面影響，提高裂解氣中氫氣的含量，在裂解裝置高溫、高壓的環(huán)境氛圍，熱解油氣中的cnhm在催化劑的作用下與其攜帶的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，裂解為ch4、h2等小分子氣體，其中的co、co2等小分子與水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)生成h2等氣體。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)裂解處理的條件以及催化劑進(jìn)行選擇。

s300：將裂解氣供給至冷卻裝置中進(jìn)行冷卻處理

該步驟中，將裂解氣供給至冷卻裝置中進(jìn)行冷卻處理，以便得到冷卻水和冷卻裂解氣。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，裂解氣經(jīng)過(guò)冷卻裝置可去除裂解氣中的水分，經(jīng)冷卻后裂解氣中氫氣的含量在55％以上，有利于后續(xù)氫氣的分離提純。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)冷卻處理的條件進(jìn)行選擇。

s400：將冷卻裂解氣供給至氫氣分離提純裝置中進(jìn)行分離提純處理

該步驟中，將冷卻裂解氣供給至氫氣分離提純裝置中進(jìn)行分離提純處理，以便得到氫氣和尾氣。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將冷卻裂解氣進(jìn)行分離提純處理，可得到氫氣和尾氣，其中氫氣的回收率可達(dá)90％以上，氫氣的純度可達(dá)99％以上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，氫氣分離提純裝置可以包括氫氣變壓吸附塔，氫氣變壓吸附塔可以包括多個(gè)并聯(lián)的吸附床。由此，可顯著提高氫氣的分離提純效率。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)氫氣變壓吸附塔中的溫度和壓力等條件進(jìn)行選擇。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用垃圾制備氫氣的方法通過(guò)將垃圾送至熱解裝置，在高溫條件下，垃圾被熱解，產(chǎn)生大量富含氫氣的熱解油氣，然后將該熱解油氣直接熱送至裂解裝置與催化劑接觸進(jìn)行裂解，一方面可省去復(fù)雜的油氣水分離設(shè)備，簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的處理工藝；另一方面充分利用了熱解油氣中的熱量，有助于降低裂解裝置的能耗；再一方面可消除焦油帶來(lái)的負(fù)面影響，提高裂解氣中氫氣的含量，在裂解裝置高溫、高壓的環(huán)境氛圍，熱解油氣中的cnhm在催化劑的作用下與其攜帶的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，裂解為ch4、h2等小分子氣體，其中的co、co2等小分子與水蒸氣發(fā)生重整反應(yīng)生成h2等氣體，所得的裂解氣經(jīng)冷卻裝置后裂解氣被冷卻降溫，裂解氣中的水分被去除，經(jīng)冷卻后裂解氣中氫氣的含量在55％以上。冷卻裂解氣再經(jīng)過(guò)氫氣分離提純裝置，得到氫氣和尾氣，其中氫氣的產(chǎn)率可達(dá)90％以上，氫氣的純度可達(dá)99％以上。如此，本方法將垃圾與氫氣生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了固廢處理與新能源開(kāi)發(fā)利用的雙贏效果，也實(shí)現(xiàn)了熱解氣的多途徑利用。

為了提高催化劑的利用率，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考圖7，上述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：

s500：將失活催化劑供給至s100中的熱解裝置進(jìn)行高溫煅燒處理

該步驟中，將失活催化劑供給至s100中的熱解裝置進(jìn)行高溫煅燒處理，以便得到再生催化劑，并將再生催化劑返回至s200中的裂解裝置。由此，通過(guò)將失活催化劑送至熱解裝置進(jìn)行高溫煅燒處理得到再生催化劑有利于提高熱解裝置中的熱利用率，同時(shí)省去了外加對(duì)失活催化劑進(jìn)行高溫煅燒處理的設(shè)備，節(jié)約了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備成本和能耗。

或者為了提高催化劑的利用率，根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例，參考圖8，上述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：

s500a：將失活催化劑供給至催化劑再生裝置中進(jìn)行催化再生處理，并將再生催化劑返回至s200中的裂解裝置

該步驟中，將失活催化劑供給至催化劑再生裝置中進(jìn)行催化再生處理，以便得到再生催化劑，并將再生催化劑返回至s200中的裂解裝置。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)催化劑再生裝置對(duì)失活催化劑進(jìn)行再生處理，實(shí)現(xiàn)催化劑的重復(fù)利用，有利于降低催化劑的原料成本，提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

為了提高尾氣的利用率，參考圖9，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：

s600：將s400得到的尾氣供給至s100中的熱解裝置和s200中的裂解裝置中的至少之一作為燃料使用

該步驟中，將s400得到的尾氣供給至s100中的熱解裝置和s200中的裂解裝置中的至少之一作為燃料使用。由此，可顯著提高整個(gè)系統(tǒng)的熱利用率，減少熱解裝置和裂解裝置的外加燃料，有利于降低整個(gè)系統(tǒng)的燃料成本，同時(shí)使得氫氣分離提純裝置中的尾氣得到很好的再利用，提高了整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

參考圖10，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述利用垃圾制備氫氣的方法進(jìn)一步包括：

s700：將s100得到的熱解炭和s300的得到的冷卻水供給至熄焦裝置進(jìn)行熄焦處理

該步驟中，將s100得到的熱解炭和s300的得到的冷卻水供給至熄焦裝置進(jìn)行熄焦處理，以便得到冷卻熱解炭。由此，可實(shí)現(xiàn)冷卻水的回收再利用，降低系統(tǒng)的能耗。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說(shuō)明的是，這些實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實(shí)施例1

參考圖11，將垃圾供給至熱解裝置(旋轉(zhuǎn)床熱解爐)中進(jìn)行熱解處理，旋轉(zhuǎn)床熱解爐采用燃?xì)廨椛涔苓M(jìn)行加熱，爐膛熱解溫度為900攝氏度，熱解2h后出料，產(chǎn)生的熱解油氣通過(guò)高溫油氣管路輸送至裂解裝置中，產(chǎn)生的熱解炭通過(guò)刮板排渣系統(tǒng)進(jìn)入熄焦裝置進(jìn)行熄焦處理。裂解裝置采用燃?xì)廨椛涔芗訜?，裂解裝置內(nèi)溫度維持在900～1000攝氏度，壓力在1.2～1.7mpa，熱解油氣停留時(shí)間為5～10s，裂解裝置內(nèi)盛放有白云石顆粒作為催化劑，當(dāng)催化劑失活后，送至熱解裝置內(nèi)高溫煅燒，使催化劑再生。裂解裝置出氣口設(shè)有壓力感應(yīng)出氣閥，當(dāng)裂解裝置內(nèi)壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，出氣閥打開(kāi)，裂解氣從出氣口流出進(jìn)入冷卻裝置。冷卻裝置采用間接換熱器，將裂解氣冷卻降溫至60攝氏度，回收的余熱用于熱解裝置助燃空氣預(yù)熱，回收的冷卻水用于熄焦裝置熄焦。冷卻后的裂解氣輸送至裂解氣緩沖罐中緩存。裂解氣緩沖罐緩存冷卻裂解氣，最大緩存體積為1000m³，同時(shí)期內(nèi)還安裝有氣體流量調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)進(jìn)入氫氣分離提純裝置的冷卻裂解氣的流量。氫氣分離提純裝置包括氫氣變壓吸附塔，氫氣變壓吸附塔利用吸附劑在不同分壓下對(duì)吸附質(zhì)有不同的吸附容量，并且在一定的吸附壓力下，對(duì)被分離的氣體混合物的各組份有選擇吸附的特性來(lái)提純氫氣。氫氣變壓吸附塔內(nèi)由4個(gè)吸附床并聯(lián)組成，吸附壓力范圍為1～3mpa，吸附劑采用活性炭，所得氫氣的產(chǎn)率在95％以上，氫氣的純度在99％以上。提純后的氫氣進(jìn)入氫氣高壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，剩余的尾氣回用于熱解裝置和裂解裝置作為輻射管燃?xì)馐褂谩⑸鲜鰺峤馓亢蜕鲜隼鋮s水供給至熄焦裝置進(jìn)行熄焦處理，得到冷卻熱解炭。

實(shí)施例2

參考圖12，將垃圾供給至熱解裝置(旋轉(zhuǎn)床熱解爐)中進(jìn)行熱解處理，旋轉(zhuǎn)床熱解爐采用燃?xì)廨椛涔苓M(jìn)行加熱，爐膛熱解溫度為900攝氏度，熱解2h后出料，產(chǎn)生的熱解油氣通過(guò)高溫油氣管路輸送至裂解裝置中，產(chǎn)生的熱解炭通過(guò)刮板排渣系統(tǒng)進(jìn)入熄焦裝置進(jìn)行熄焦處理。裂解裝置采用燃?xì)廨椛涔芗訜幔呀庋b置內(nèi)溫度維持在900～1000攝氏度，壓力在1.2～1.7mpa，熱解油氣停留時(shí)間為5～10s，裂解裝置內(nèi)盛放有白云石顆粒作為催化劑，當(dāng)催化劑失活后，送至催化劑再生裝置內(nèi)高溫煅燒，使催化劑再生，催化劑再生裝置內(nèi)裝有電加熱絲加熱，最高可升溫至1100攝氏度。裂解裝置出氣口設(shè)有壓力感應(yīng)出氣閥，當(dāng)裂解裝置內(nèi)壓力大于設(shè)定壓力時(shí)，出氣閥打開(kāi)，裂解氣從出氣口流出進(jìn)入冷卻裝置。冷卻裝置采用間接換熱器，將裂解氣冷卻降溫至60攝氏度，回收的余熱用于熱解裝置助燃空氣預(yù)熱，回收的冷卻水用于熄焦裝置熄焦。冷卻后的裂解氣輸送至裂解氣緩沖罐中緩存。裂解氣緩沖罐緩存冷卻裂解氣，最大緩存體積為1000m³，同時(shí)期內(nèi)還安裝有氣體流量調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)進(jìn)入氫氣分離提純裝置的冷卻裂解氣的流量。氫氣分離提純裝置包括氫氣變壓吸附塔，氫氣變壓吸附塔利用吸附劑在不同分壓下對(duì)吸附質(zhì)有不同的吸附容量，并且在一定的吸附壓力下，對(duì)被分離的氣體混合物的各組份有選擇吸附的特性來(lái)提純氫氣。氫氣變壓吸附塔內(nèi)由4個(gè)吸附床并聯(lián)組成，吸附壓力范圍為1～3mpa，吸附劑采用活性炭，所得氫氣的產(chǎn)率在96％以上，氫氣的純度在99％以上。提純后的氫氣進(jìn)入氫氣高壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，剩余的尾氣回用于熱解裝置和裂解裝置作為輻射管燃?xì)馐褂?。將上述熱解炭和上述冷卻水供給至熄焦裝置進(jìn)行熄焦處理，得到冷卻熱解炭。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。