[发明专利]生物质氢能发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质氢能发电的方法。

背景技术

随着矿物燃料短缺、能源供应形势的日益紧张，生物质能源的开发已引起高度 重视。生物质能具有资源丰富，储量巨大并且可再生的特点。生物质发电技术利用 秸秆等废弃生物质资源生产绿色电力，对于缓解电力供应紧张、保障能源安全具有 重要意义。目前发展的生物质发电技术主要有生物质直接燃烧发电和气化发电。直 接燃烧发电将生物质作为锅炉燃料，生产过热蒸汽，通过汽轮机、燃气轮机实现电 力生产；气化发电通过流化床、固定床等形式的气化器，将生物质原料转化为中低 热值燃气，然后在内燃机、燃气轮机中转化为电力。如专利“利用植物秸秆生物物 质进行发电的方法”(01129656.9)公开了一种利用80％-90％的植物秸秆生物物 质发电的方法，首先将生物物质在200-500℃进行裂解反应，产生混合裂解气，然 后对该混合裂解气进行净化、除焦油等处理后，再将其供给内燃机进行发电，或将 所述混合裂解气直接送到800-1000℃燃烧区，产生燃烧气，通过该燃烧气驱动燃 气轮机带动发电机发电，或将所述混合裂解气直接送到热电站锅炉燃烧，代替煤、 油发电。直接燃烧发电和气化发电技术都已有了工业应用，但是其中普遍存在的工 艺能量转化率低以及规模化利用中生物质原料收集储运成本较高等问题仍然不容 忽视。将生物质发电技术与氢能技术相结合，利用氢能作为生物质发电的中介，结 合燃料电池的高效和灵活性，将实现生物质向电力的清洁高效转化。燃料电池系统 不受热力学第二定律的限制，发电效率要远高于目前常规的火力发电、内燃机发电 等。因而，生物质氢能发电技术具有广阔的应用前景。发明专利“利用农作物生物 质制氢及氢能发电装置”(200410005733.0)，公开了一种利用农作物秸秆等生物质 通过微生物分解方法制取氢，并通过生物质分解、发酵制氢、反应液后处理、水封、 气体洗脱、气体干燥、储氢和燃料电池装置转化为电能。微生物转化方法，利用分 解微生物将各种农业秸秆和淀粉类物质分解为糖类物质，利用微生物发酵糖类物质 产氢；微生物转化周期较长，且微生物转化过程一般仅能利用原料中含糖组分，导 致生物质原料利用率低，产氢过程受到原料的限制；需要对氢气进行提纯，然后纯 氢用于低温的质子膜燃料电池发电。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备较高原料利用率和较高能量转化效率的生物质 氢能发电的方法。本发明提出的生物质氢能发电方法，通过先进的生物质热化学制 氢技术，将生物质转化为清洁的富氢燃气，高温富氢燃气不需提纯即可直接用于熔 融碳酸盐燃料电池，实现电力生产，可以获得较高的能量转化效率，同时原料的适 应性也大为扩展。

本发明的方案是通过以下步骤实现的：一种生物质氢能发电方法，其特征是通 过生物质热化学制氢方法将生物质转化为清洁的高温富氢燃气，高温富氢燃气不需 提纯直接应用于熔融碳酸盐燃料电池实现电力生产。

本发明的具体特点还有，所述生物质热化学制氢方法为在隔绝空气条件下使生 物质原料经550-650℃温度下热解转化为气相产物和残碳；将残碳从气相产物中分 离后移出反应系统，通过燃烧获取热量用于生物质氢能发电过程的能量损耗；对热 解后产生的气相产物在800-950℃条件下进行裂解，并结合白云石催化剂和水蒸气 的作用实现气相产物的裂解、重整，将分子量较大的重烃类组分焦油裂解、重整为 氢、甲烷和其他轻质烃类，消除焦油并降低甲烷等烃类含量，提高气体产物中氢的 含量和产量，制备氢气体积含量达30％-55％的气体产物，降温至300℃，进行热态 过滤和脱硫，脱除杂质后将气体产物送入一氧化碳变换反应器，在一氧化碳变换催 化剂和水蒸气作用下将一氧化碳进一步转化为氢，获得的富氢燃气直接应用于熔融 碳酸盐燃料电池中，通过燃料电池系统内部的电化学过程产生电力。

所述生物质热化学制氢方法为将含水量10％-20％的秸秆等生物质原料经破碎 后定量送入热解反应器；生物质原料在热解反应器内部由螺旋输送装置向热解反应 器后部输送的同时被间接加热，输送过程中发生隔绝空气条件下的生物质热解，热 解反应器温度由外部烟气加热和控制装置调节，热解温度550-650℃，热解反应时 间至少为5分钟，将占生物质原料重量60-75％的成分挥发分析出来成为气相产物， 该气相产物中包括氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等常温下不凝结的气体和焦油等 常温下凝结为液体的大分子化合物；