一种超高温废弃物转化制氢油的方法及系统

摘要

本发明公开了一种超高温废弃物转化制氢油的方法及系统，本发明所提供的超高温废弃物转化制氢油系统用于将废弃物在超高温气化生成混合气，混合气在高选择性反应催化剂作用下经重整、水气变换生成氢气和二氧化碳，氢气经过气体净化工段得制到净化氢气，净化氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。本申请的超高温废弃物转化制氢油系统不仅可以从根本上杜绝废弃物处理过程中产生的各类污染源，满足目前世界上所有环保标准的要求，而且可以将废弃物转化为氢能源及各类有用的物质，具有良好的环保及经济价值。

说明书

技术领域

本发明属于氢能源技术领域，特别涉及一种超高温废弃物转化制氢油的方法。

背景技术

随着我国社会经济的快速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的迅速提高，废弃物的排放量逐年增加，废弃物成为了城市发展急需要解决的污染问题，废弃物包括城市垃圾、工业垃圾和生物质。生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。

城市垃圾主要为有机垃圾以及五大类生活塑料垃圾(聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料)，现有技术中对城市垃圾的处理主要有垃圾填埋或者垃圾焚烧发电。垃圾填埋大量占用土地资源，导致大量细菌病毒残留及沼气重金属污染，垃圾渗漏液还会污染地下水资源，破坏生态环境，因此这类垃圾处理方法逐渐被各国所淘汰。我国现有垃圾焚烧技术大多存在严重缺陷，由于焚烧温度不高，容易产生二噁英和呋喃等致癌物质，并且垃圾焚烧产生的飞灰中含有较高浓度且容易被水浸出的重金属，容易造成地下水污染，此外，垃圾焚烧产生的大量残留物也需要占用大量土地填埋。这些都可能导致严重的二次污染。

垃圾转化技术是近年来发展起来的一种垃圾处理新技术，目前主流的垃圾转化技术包括垃圾热解气化和等离子气化等，采用高温垃圾转化技术处理垃圾，为垃圾的无害化、减量化和资源化处理开拓了一条新的途径，有望替代传统的垃圾焚烧技术，已成为当前垃圾处理领域一个新的发展趋势。虽然高温垃圾转化技术能量利用效率高、排放低，但是由于高温垃圾转化技术相对于其他垃圾处理技术要复杂，操作成本相应较高，投资也更高，导致项目的经济性略差。

氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车及移动装置等领域有着广泛的应用前景。近10年来，美国、欧洲、日本等发达国家以及我国政府部门和企业投入了巨额资金来发展“氢能经济”，在大规模化氢制备、氢燃料电池等领域都有所突破。2015年世界主要汽车厂商(包括上汽)将批量生产氢燃料电池车。据美国能源部和美国工程院的预测，氢燃料电池车将在15年至20年之内取代现有燃油车及混合动力车，在全球汽车市场居主导地位。此外，氢能技术还可用于备用电源、储能、削峰填谷式并网发电及分布式供能、助燃及环境保护等领域。可以预见，当氢能技术迅速完成市场化进程融入人们的生活后，国家的能源危机以及环境压力将得到极大缓解。

氢能技术包括氢的规模制备、储存和运输、高效率使用以及配套基础设施的建设等环节，其中储存和运输是制约氢能技术应用发展的最大挑战和瓶颈。目前，工业上主要采用在-253℃的液化氢或350～700个大气压下高压氢等储运技术，高压氢或液化氢技术及其应用所需能耗是制氢成本的20倍以上，且存在泄漏或储氢罐压力过高等安全隐患。如果能够将氢分子吸附在某种载体上，实现常温常压下的安全储存，待使用时，能将氢在温和条件下，可控地释放，则可有效地、安全使用氢能。因此，全球主要的工业国家都在研发基于常温常压的液态有机储氢技术。以德国为例，开发的液态有机储氢技术能够实现较温和条件下的吸、放氢循环，但释放的氢气时含有毒害燃料电池的副产物气体产生，同时存在容量低及使用不方便等重要缺陷；日本目前正在研发基于甲苯等传统有机材料的储氢技术，但脱氢温度过高(大于300℃)，且同样存在副产物毒化燃料电池的问题。因而这两种常温常压液态有机储氢技术规模化应用受到制约。

发明内容

本发明的目的是为了针对现有技术的缺陷，提供一种经济安全、能效高、清洁程度高，且资源化效果好、节能环保的废弃物转化制氢油的方法及系统。

为了实现上述内容，本发明采用以下技术方案：一种超高温废弃物转化制氢油的方法，包括以下步骤：

将废弃物在超高温下气化，生成混合气；

混合气在高选择性反应催化剂作用下先经过重整反应生成粗合成气，再经水气变换反应制得氢气和二氧化碳；

氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，所述净化氢气纯度为75％～99.9％；

净化氢气和液体有机储氢载体在高选择性加氢催化剂作用下进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油；

所述高选择性反应催化剂为负载型催化剂，活性组份为Fe、Co、Ni、Mn、Cr中的一种或两种以上的混合物，或者为Fe

所述高选择性加氢催化剂为负载型催化剂，活性组份为Ru、Pt、Pd中的一种或两种以上的混合物，载体为SiO

所述废弃物为生活垃圾、工业固废或生物质。

进一步的，超高温气化的气化温度大于1000℃，小于等于1600℃。

进一步的，水气变换反应温度为250～600℃。

进一步的，气体净化工序在净化装置中进行，包括脱硫工序、脱硝工序和周期性吹扫工序，所述周期性吹扫工序对气体中的杂质进行放空、吸附或燃烧，每1～10次脱硫工序、脱硝工序后进行一次吹扫工序。

进一步的，储氢载体为液态，包括至少两种不同的储氢组分，储氢组分为不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物，且至少一种储氢组分为低熔点化合物，低熔点化合物的熔点低于80℃。

进一步的，加氢反应在加氢反应釜中进行，反应条件为：氢气压力为2～10MPa，加氢反应空速为0.2～2.5h

一种用于超高温废弃物转化制氢油的系统，包括：超高温气化炉、重整装置、水气变换装置、气体净化装置和加氢反应釜；

所述超高温气化炉用于将处理后的废弃物进行超高温气化，生成混合气；

所述重整装置用于将混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应生成粗合成气；

所述水气变换装置用于将粗合成气经水气变换反应制得氢气和二氧化碳；

所述气体净化装置用于将水气变换反应制得的氢气进行脱硫、脱硝处理及周期性吹扫后制得净化氢气，每1～10次脱硫、脱硝处理后进行一次周期性吹扫，所述净化氢气纯度为75％～99.9％；

所述加氢反应釜用于将氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。

进一步的，加氢反应釜为固定床冷管反应器、固定床列管式反应器、固定床冷激反应器、流化床反应器、输送床反应器或浆态床反应器；采用水浴、油浴、通入冷氢气或者通入惰性气体为加氢反应釜保持反应温度在80～200℃。

进一步的，气体净化装置包括脱硫装置、脱硝装置和周期性吹扫装置。

超高温废弃物转化制氢油的方法将废弃物在1000以上℃高温条件下作为资源处理，没有烟囱，没有排放，没有填埋物，大幅提高了垃圾作为资源的利用价值。高温废弃物转化技术借鉴了现代高温煤转化的生产工艺，在经纯氧燃烧所产生的1000℃以上的高温下在转化炉中将垃圾直接转化为合成气，然后在高选择性催化剂作用下先经过重整、水气变换，再通过气体净化工序，获得净化氢气，再利用液体有机储氢技术，将制取的氢气以氢油的形式在常温常压下安全高效地储存和运输并应用于广泛的工业领域如氢燃料电池汽车、储能、分布式发电、数据中心备用电源等。本发明制备氢油不需要高纯度的氢气，在催化剂及反应控制下，氢气纯度在75％～85％即可实现加氢反应。这一废弃物综合利用技术无需将废弃物分类，不仅可以从根本上杜绝废弃物处理过程中产生的各类污染源，满足目前世界上所有环保标准的要求，而且可以将废弃物转化为氢能源及各类有用的物质，具有良好的环保及经济价值。

附图说明

图1是实施例1超高温废弃物转化制氢油的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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。

实施例1

如图1所示的高温废弃物转化制氢油的方法的流程图，先将废弃物进行压缩处理后，在超高温气化，生成混合气，气化温度为1600℃。

废弃物为城市垃圾、工业垃圾或生物质。

混合气在高选择性反应催化剂作用下先经过重整反应生成粗合成气，再经水气变换反应制得氢气和二氧化碳。粗合成气包括CO、H

高选择性反应催化剂为负载型催化剂，活性组份Ni和Cr的混合物，载体为TiO

氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，净化氢气纯度为85％。气体净化工序在净化装置中进行，包括脱硫工序、脱硝工序和周期性吹扫工序。周期性吹扫工序对气体中的杂质进行放空，每1～10次脱硫工序、脱硝工序后进行一次吹扫工序。

净化氢气和液体有机储氢载体在高选择性加氢催化剂作用下进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。加氢反应空速为2.0h

高选择性加氢催化剂为负载型催化剂，活性组份为Pt，载体为SiO

用于超高温废弃物转化制氢油的系统，包括超高温气化炉、重整装置、水气变换装置、气体净化装置和加氢反应釜。

超高温气化炉用于将处理后的废弃物进行超高温气化，生成混合气。重整装置用于将混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应生成粗合成气。水气变换装置用于将粗合成气经水气变换反应制得氢气和二氧化碳。

气体净化装置包括脱硫装置、脱硝装置和周期性吹扫装置，用于将水气变换反应制得的氢气进行脱硫、脱硝处理及周期性吹扫后制得净化氢气，每1～10次脱硫、脱硝处理后进行一次周期性吹扫。

加氢反应釜用于将氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。

加氢反应釜为固定床冷激反应器；采用油浴为加氢反应釜保持反应温度在200℃。

实施例2

先将废弃物在超高温气化，生成混合气，气化温度为1200℃。

废弃物为城市垃圾、工业垃圾或生物质。

混合气在高选择性反应催化剂作用下先经过重整反应生成粗合成气，再经水气变换反应制得氢气和二氧化碳。粗合成气包括CO、H

高选择性反应催化剂为负载型催化剂，活性组份为Co

氢气通过气体净化工序，制得净化氢气，净化氢气纯度为75％。气体净化工序在净化装置中进行，包括脱硫工序、脱硝工序和周期性吹扫工序。周期性吹扫工序对气体中的杂质进行放空，每1～10次脱硫工序、脱硝工序后进行一次吹扫工序。

净化氢气和液体有机储氢载体在高选择性加氢催化剂作用下进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。加氢反应空速为2.0h

高选择性加氢催化剂为负载型催化剂，活性组份为Pd，载体为TiO

用于超高温废弃物转化制氢油的系统，包括超高温气化炉、重整装置、水气变换装置、气体净化装置和加氢反应釜。

超高温气化炉用于将处理后的废弃物进行超高温气化，生成混合气。重整装置用于将混合气在高选择性反应催化剂作用下经过重整反应生成粗合成气。水气变换装置用于将粗合成气经水气变换反应制得氢气和二氧化碳。

气体净化装置包括脱硫装置、脱硝装置和周期性吹扫装置，用于将水气变换反应制得的氢气进行脱硫、脱硝处理及周期性吹扫后制得净化氢气，每1～10次脱硫、脱硝处理后进行一次周期性吹扫。

加氢反应釜用于将氢气和液体有机储氢载体进行加氢反应获得可在常温常压储存的氢油。

加氢反应釜为浆态床反应器，采用油浴为加氢反应釜保持反应温度在180℃。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。