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专利号: 2021108879820
申请人: 辽宁科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,基于双塔板化学链制氢装置实现,所述双塔板化学链制氢装置包括塔体、上层塔板、下层塔板、低温等离子体发生器、旋风分离器及气体分离器;所述塔体的中部设上层塔板,下部设下层塔板;上层塔板分隔出的塔体的上层空间为化学链制氢反应区,下层塔板与上层塔板之间的塔体内部空间为低温等离子体反应区,上层塔板上平铺载氧体;化学链制氢反应区的上部设含尘气体出口,下部设载氧体进料口及固体颗粒返回口,其中含尘气体出口连接旋风分离器的含尘气体入口,固体颗粒返回口连接旋风分离器底部排灰管的出口;旋风分离器顶部设混合气出口及外排氢气出口,其中混合气出口通过混合气管道连接气体分离器的混合气入口,外排氢气出口连接外排氢气管道;所述低温等离子体反应区的上部一侧设固废燃料入口,低温等离子体反应区的外围设低温等离子体发生器;下层塔板下方的塔体内部空间为进风排灰室,进风排灰室的一侧设工作气入口,底部设排灰口;工作气入口通过工作气管道分别连接空气管道、水蒸气管道及氩气管道,其中氩气管道与气体分离器的氩气出口相连;

双塔板化学链制氢方法分为三个反应阶段,具体如下:

第一阶段为燃料反应阶段,采用氩气作为工作气;该阶段开启氩气阀门及低温等离子体发生器,将氩气导入低温等离子体反应区与固废燃料进行热解氧化反应,生成包括CO、H2和CH4在内的合成气,合成气与和未电离的氩气通过上层塔板进入化学链制氢反应区,与载氧体发生还原反应,生成CO2和H2O,携带小部分载氧体颗粒的含尘气体进入旋风分离器,将气流中携带的固体颗粒分离下来送回化学链制氢反应区重新参与反应;净化后的混合气进入气体分离器分离出氩气,剩余气体排入后续的CO2捕集系统;分离出的氩气作为工作气循环利用;第一阶段反应结束后关闭氩气阀门及低温等离子体发生器;

第二阶段为制氢反应阶段,采用水蒸气作为工作气;该阶段开启水蒸气发生器、水蒸气阀门及氢气阀门,关闭混合气阀门;将水蒸气导入化学链制氢反应区,与第一阶段还原后的载氧体充分接触进行氧化反应,制取的氢气通过外排氢气管道进入后续氢气收集系统;第二阶段反应结束后,关闭水蒸气发生器、水蒸气阀门及氢气阀门;

第三阶段为氧化反应阶段,采用空气作为工作气;该阶段开启空气阀门,将空气导入化学链制氢反应区,与部分氧化后的载氧体充分接触进行氧化反应;第三阶段反应结束后,关闭空气阀门;

上述三个阶段循环反复进行。

2.根据权利要求1所述的一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,所述低温等离子体发生器为板式介质阻挡放电反应器,由介质一、介质二、高压电极、接地电极及交流高压电发生器组成;介质一、介质二相对设于塔体两侧,高压电极设于介质一的外侧,接地电极设于介质二的外侧,高压电极和接地电极分别连接交流高压电发生器;

介质一和介质二均为石英材质。

3.根据权利要求1所述的一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,所述上层塔板为多孔钢板,其上均匀设置多个风帽;风帽由帽头及插接管组成,插接管的底端与上层塔板上的插孔插接,插接管的顶端与帽头相连,插接管与帽头之间沿环向设有一圈出风孔,出风孔的出风方向朝向外下方倾斜。

4.根据权利要求1所述的一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,所述下层塔板为多孔钢板;低温等离子体反应区与化学链制氢反应区之间设渐扩段,渐扩段的横截面自下至上逐渐扩大,渐扩段的塔体侧壁倾斜角为30°~60°;进风排灰室的底板倾斜设置,工作气入口及排灰口均设于底板较低的一端。

5.根据权利要求2所述的一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,所述板式介质阻挡放电反应器的外部设保护罩,保护罩采用聚四氟乙烯材料制作。

6.根据权利要求1所述的一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,所述空气管道上设空气阀门;所述水蒸气管道连接水蒸气发生器,水蒸气管道上设水蒸气阀门;所述氩气管道上沿氩气流动方向依次设氩气气瓶及氩气阀门;所述混合气管道上设混合气阀门;所述外排氢气管道上设氢气阀门。

7.根据权利要求1所述的一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,所述固废燃料的粒径在8mm以下。

8.根据权利要求1所述的一种处理污泥生物质固废的双塔板化学链制氢方法,其特征在于,板式介质阻挡放电反应器的接地端串联无损耗标准电容器,采用CTP‑2000K型低温等离子体实验电源调整频率,电参数由TBS1052B泰克示波器采集;低温等离子体实验电源的压力调节范围为0~220V,输出频率的调节范围为5~20kHz。