阅读说明：本技术 一种多气氛上下进风气化制氢实验装置 (Multi-atmosphere upper and lower air inlet gasification hydrogen production experimental device ) 是由 张俊霞 王泽华 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多气氛上下进风气化制氢的实验装置,属于生物质气化制氢技术领域。本发明通过设置相连的蒸汽发生器,蒸汽过热器,气化管,高温气氛炉和冷凝器,实现生物质在包含水蒸气在内的多种气氛中的气化进而制得氢气的目的。本发明通过设置蒸汽过热器和分气管,得到多气氛过热蒸气,多气氛过热蒸汽通过蒸汽接管II和下进气管同时通入气化管中,提供生物质气化反应条件,产物通过冷凝器,将其中的水蒸汽转变为液态水,并收集氢气。本发明公开的在水蒸汽气氛下利用生物质气化制氢的装置,装置中各反应环节设计合理,连接紧凑,减少了不必要的能量损失,在生物质气化制氢技术领域中具有很高的应用价值。(The invention discloses an experimental device for multi-atmosphere up-and-down air inlet gasification hydrogen production, and belongs to the technical field of biomass gasification hydrogen production. According to the invention, the purposes of gasifying biomass in various atmospheres including water vapor and further preparing hydrogen are realized by arranging the steam generator, the steam superheater, the gasification pipe, the high-temperature atmosphere furnace and the condenser which are connected. According to the biomass gasification device, the steam superheater and the gas distribution pipe are arranged to obtain multi-atmosphere superheated steam, the multi-atmosphere superheated steam is simultaneously introduced into the gasification pipe through the steam connecting pipe II and the lower gas inlet pipe to provide biomass gasification reaction conditions, the product passes through the condenser to convert the steam in the product into liquid water, and the hydrogen is collected. The device for producing hydrogen by gasifying biomass in the water vapor atmosphere has the advantages of reasonable design of each reaction link in the device, compact connection, reduction of unnecessary energy loss and high application value in the technical field of biomass gasification hydrogen production.)

一种多气氛上下进风气化制氢实验装置

技术领域

本发明属于生物质等复合燃料气化制氢技术领域，具体涉及一种多气氛上下进风气化制氢实验装置。

背景技术

氢气作为一种清洁二次能源，其用量和应用范围日益增加。由于自然界中不存在纯氢，只能通过其他化学物质转化、分解和分离得到纯氢，但该过程需要耗费大量能源。制氢技术有很多种，根据所使用的原料可分为化石燃料制氢、可再生能源制氢和水电解制氢三种。然而，化石燃料制氢具有能耗高，污染物生成量大的缺点。水电解制氢约占世界产氢量的4％，但是需要消耗大量电能。而采用太阳能光热和高温热化学分解水制氢涉及太阳能聚焦装置、高温反应器及产物分离等，设备复杂，对材料要求苛刻，研究所需投入大，相关研究需要在国家层面组织联合攻关。

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。相比较之下，我国的生物质资源种类繁多、数量巨大、绝大多数分布在郊区或农村。据统计，我国每年可利用的生物质资源约30亿吨。生物质是能量和氢的双重载体，氢质量含量约6％，生物质自身能量足以将氢气分解出来。生物质是低硫和二氧化碳零排放的洁净能源，可避免常规能源制氢过程对环境的污染，对开辟能源新领域、保持国民经济可持续性发展有重要意义。因此，生物质制氢具有巨大的发展潜力。

然而，现有气化制氢多采用氧气、空气等气氛，而且气化炉的进风多为侧面或下进风的方式，单一的氧气或空气气氛尽管可以提供较好的物料自燃所需热量，然而产氢量不高，下进风或侧面进风多真多填料固定床层，内部中心物料无法较好接触到气氛气体。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多气氛上下进风气化制氢的实验装置，该装置设计紧凑，实现了合理利用包括水蒸汽在内的多种气氛和生物质等复合物料均匀混合进而气化产生氢气的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种多气氛上下进风气化制氢实验装置，包括蒸汽发生器，蒸汽过热器，气化管，高温气氛炉和冷凝器；

蒸汽发生器出口与蒸汽过热器进口相连，蒸汽过热器出口通过蒸汽接管II与气化管进口连接，气化管出口与冷凝器进口连接，冷凝器出口上设有排气管；

所述气化管出口接有下进气管，下进气管的另一端接至蒸汽接管II上；所述蒸汽过热器上安装有分气管；

所述气化管置于高温气氛炉中，气化管内装有用于气化制氢的反应物料。

优选地，所述蒸汽发生器侧壁上设有进水管，进水管与进水泵连接，进水泵接有加水管，加水管上设有进水阀；所述冷凝器上设有冷凝水排放管。

优选地，所述蒸汽过热器通过蒸汽接管II与气化管连接，蒸汽接管II上设有温度计I，蒸汽流量计和蒸汽阀。

优选地，所述高温气氛炉上设有压力表II和温度计II。。

优选地，所述高温气氛炉壁面内装有多晶莫来石纤维。

优选地，所述排气管上设有湿式气体流量计和排气阀。

优选地，所述蒸汽发生器的功率为3000～6000W，能够产生0.1～0.4MPa压力的饱和蒸汽，所产生的蒸汽质量流量0.7～1.4g/s。

优选地，所述蒸汽过热器的功率为1000W，用于将饱和蒸汽过热到150℃。

优选地，所述高温气氛炉的加热功率为8kW，升温速率为10℃/min，气化温度在200～1200℃之间调节。

优选地，所述冷凝器为套管式冷凝器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的一种多气氛上下进风气化制氢的实验装置，通过设置蒸汽发生器，能够将水转变为饱和水蒸气，通过设置蒸汽过热器，并在蒸汽过热器上设置分气管，能够使得从蒸汽发生器中制得的饱和水蒸气转变为过热蒸气，同时引入其他气体组分，形成多气氛过热蒸汽，通过设置气化管，用于提供生物质等反应物料在包含过热蒸汽的气体混合物中气化制氢的反应场所，通过设置下进气管和蒸汽接管II，分别接入气化管两端，能够实现气化管头尾两端同时进气，使物料和气体均匀接触，气化反应更加充分，提高制氢反应效率，通过设置高温气氛炉，能够维持气化反应过程所需的温度条件，并大幅度降低过热蒸汽的热量损失；通过设置冷凝器，能够将生物质等物料经过气化反应生成的气体混合物冷却，将其中的水蒸汽转变为液态水，确保氢气产物的纯度。本发明公开的在多气氛下利用生物质等物料气化制氢的装置，设计合理，实现了在包含过热蒸汽等多气氛中的生物质等物料的气化反应，从而得到氢气产物，装置中各反应环节连接紧凑，减少了不必要的能量损失，在生物质等复合燃料气化制氢技术领域，具有很高的应用价值。

进一步地，通过在蒸汽接管II上设有温度计I，蒸汽流量计和蒸汽阀，能够测量通入气化管的多组分过热蒸汽的蒸汽温度和质量流量，提高气化反应效率。

进一步地，通过在高温气氛炉上设置压力表II和温度计II，能够得到高温气氛炉内的温度和压力的实时信息，有效保证气化反应条件的控制。

进一步地，通过在高温气氛炉内部装有多晶莫来石纤维，能够有效提高炉体内的保温效果。

进一步地，通过在排气管上设有湿式气体流量计和排气阀，能够测得氢气产物脱除水蒸汽后的质量流量，开关排气阀，能够根据实际的收集情况控制氢气产物的流出。

进一步地，所述蒸汽发生器的功率为3000～6000w，能够产生0.1～0.4MPa压力的饱和蒸汽，所产生的蒸汽质量流量0.7～1.4g/s。

进一步地，所述蒸汽过热器的功率为1000w，能够将多组分蒸汽过热到150℃，利于生物质等物料的高温气化反应。

进一步地，所述高温气氛炉的加热功率为8kW，最高加热温度能够达到1200℃，利于维持气化所需的高温条件。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

其中：1-蒸汽过热器；2-蒸汽接管I；3-压力表I；4-进水阀；5-加水管；6-进水泵；7-进水管；8-功率表；9-蒸汽发生器；10-下法兰；11-气阀；12-排气管I；13-冷凝器；14-湿式气体流量计；15-排气管II；16-排气阀；17-气化管；18-料盘；19-反应物料；20-高温气氛炉；21-温度计II；22-压力表II；23-上法兰；24-蒸汽阀；25-蒸汽流量计；26-温度计I；27-蒸汽接管II；28-冷凝水排放管；29-分气管；30-下进气管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明公开的一种多气氛上下进风气化制氢的实验装置，包含蒸汽发生器9、蒸汽过热器1、气化管17、高温气氛炉20和冷凝器13；在蒸汽发生器9上安装有功率表8和压力表I3，在蒸汽发生器9的左侧安装有进水管7，进水管7的另一端连接有进水泵6，进水泵6上还安装有加水管5，在加水管5上安装有进水阀4；蒸汽发生器9通过蒸汽接管2与蒸汽过热器1相互连接，在蒸汽过热器1上还安装有分气管29，蒸汽过热器1通过蒸汽接管II27与气化管17进口连接，在蒸汽接管II27上安装有温度计I26，蒸汽流量计25和蒸汽阀24；气化管17垂直安装在高温气氛炉20的顶盖23上，气化管17的上法兰23上，气化管17的中央放置有料盘18，料盘18上放置有生物质等复合燃料组成的反应物料19，高温气氛炉20上安装有压力表II22和温度计II21；气化管17与冷凝器13用排气管I12连接，排气管I12上安装有气阀11；冷凝器13的另一侧安装有排气管II15，排气管II15上安装有湿式气体流量计14和排气阀16；在气化管17的底部下法兰10上还安装有下进气管30，下进气管30的另一端分接在蒸汽接管II27上蒸汽流量计25后方。

优选地，所述蒸汽发生器9的功率为3000～6000w，能够产生0.1～0.4MPa压力的饱和蒸汽，所产生的蒸汽质量流量0.7～1.4g/s。

优选地，所述蒸汽过热器1的功率为1000w，可以将多组分蒸汽过热到150℃。

优选地，所述高温气氛炉的加热功率为8kw，最高加热温度为1200℃，升温速率为10℃/min，气化温度可从200～1200℃调节，保温时间也可以自行设定，可连续工作24h。

优选地，所述气化管垂直放置在该高温气氛炉的内部，该气化管的内径为100mm，长度为1m，它的上下端分别采用上法兰23和下法兰10进行密封，整个高温气氛炉20内部加装有多晶莫来石纤维。

优选地，所述冷凝器13为套管式，内管内径8mm，外管内径30mm，套管长为500mm。

优选地，所述高温气氛炉20的入口安装有蒸汽流量计25，该蒸汽流量计25属于MFC数字型质量流量计，用来测量通入高温气氛炉中的多组分过热蒸汽的质量流量，它的量程为0～100L/min，精确度为1％。

优选地，所述蒸汽发生器9的出口和高温气氛炉20的炉体上面分别安装有压力表I3和压力表II22，用来测量蒸汽和高温气氛炉中压力，压力表量程为0～0.6MPa，精度等级为0.5。

优选地，所述冷凝器13的末端安装有湿式气体流量计14，优先的选择LML型，最高流量可达到100m³/h。

反应物料可以选择生物质、以及生物质和塑料、生物质和煤的复合燃料。

分气管29可以通入多种气体，如氧气、空气、二氧化碳等。

本发明所述的多气氛上下进风气化制氢实验装置，在工作时：

参见图1，打开进水阀4，用进水泵6将实验室的自来水通过加水管5和进水管7泵送入到蒸汽发生器9中；打开蒸汽发生器9的电源开关，调节功率表8在指定功率值，为自来水加热，自来水转变为饱和水蒸汽；饱和水蒸汽的压力值可以从压力表I3上读出来；饱和水蒸汽被进一步送入到蒸汽过热器1中继续加热变为过热蒸汽，并通过分气管形成包括水蒸汽在内的多种气体混合组成的多气氛过热蒸汽，然后多气氛过热蒸汽通过蒸汽接管II和下进气管被送入到高温气氛炉20内的气化管17中，同时从气化管17的头尾两端进气，多气氛过热蒸汽与放置在料盘18架上的生物质等复合燃料组成的反应物料19一起发生气化反应，所产生的气体产物被送入到冷凝器13中，脱除水蒸汽，流入湿式流量计14中测得质量流量，然后被送入到气相色谱仪中检测气体成分含量；在蒸汽接管II27上安装有温度计I26和蒸汽流量计25，用来测量通入气化管17的多组分过热蒸汽的蒸汽温度和质量流量；在高温气氛炉20上安装有压力表II22和温度计II21，用来显示高温气氛炉20内的温度和压力。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。