[发明专利]一种基于生物质气化的负碳排放电-热-氢三联供装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于生物质气化的负碳排放电‑热‑氢三联供装置及方法，该装置包括：生物质气化单元、化学链制氢‑制氧单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电‑供热单元以及管线。本发明相对于传统的固体燃料气化制氢装置，流程简单，只需经过气化、燃烧及水分解制氢三个阶段，且Hsubgt;2/subgt;纯度高达99％以上；通过高纯度COsubgt;2/subgt;捕集实现负碳排放；通过旁路控制阀调控制氢‑制氧单元中Hsubgt;2/subgt;和Osubgt;2/subgt;的生成量；通过调节进入化学链制氢‑制氧单元和燃气轮机单元合成气的比例来调控制氢量和发电量的比例，通过调节蒸汽轮机抽汽量或者抽汽点位置满足供热需求并调控发电量和供热量的比例；从而在实现负碳排放的同时灵活调控装置发电、供热和制氢三者间的比例。

技术领域

本发明涉及生物质为能源来源的分布式供能领域，尤其是一种基于生物质气化的负碳排放电-热-氢三联供装置及方法。

背景技术

我国是农业大国，广阔的耕地和经济林面积每年会产生大量农林生物质废弃物；生物质能是一种CO₂零排放的可再生能源，将其作为能源来源不仅能实现生物质废弃物的有效处置，还有助于降低对化石燃料的依赖。

生物质资源具有来源多样、能量密度较低及分布分散等特点，这些特点决定了因地制宜和分布式利用是发展生物质能产业的必然要求。工业园区具有能源密度大、用能形式多样、用能需求相对稳定的特点，是开展分布式能源应用的最佳应用场景之一。电和热是工业园区需求最为广泛的能量形式；此外，氢气是一种理想燃料，其在空气中的主要燃烧产物为水，不会造成环境污染，同时大大降低温室气体的排放。氢气是现代工业的重要原料，主要用于石油精炼和石化工业如合成氨和甲醇，也被用作航空工业中火箭燃料及冶金工业中的还原气，在现代社会中具有举足轻重的地位。氢能是未来我国重点发展的一种能量载体，其将在用能终端绿色低碳转型中扮演重要角色。因此，开展以生物质为能源来源的含氢多联供系统研究具有重要意义。生物质气化技术是以生物质为原料通过热化学的方式将其转化为有价值的气体产物和固体产物的过程，也是生产电力和热量、氢气和第二代生物燃料等的有效工艺。结合工业园区的用能的多样化需求，开展基于生物质气化的电-热-氢三联供装置及方法具有良好应用前景。

此外，考虑到CO₂是一种主要的温室气体，有必要在燃料利用过程中对CO₂进行捕集封存，以实现CO₂减排。因此，在对生物质进行能源化利用的同时进行CO₂捕集具有重要意义。

现有的生物质气化技术需要高耗能的深冷空气制氧过程，且生物质气化制高纯氢气需经历气化、脱硫、重整、变换、酸性气体脱除和变压吸附等过程。虽然技术相对成熟，但工艺复杂、耗能高、制氢效率低；此外，基于生物质气化的多联供技术目前主要局限于电-热联供，且较少考虑CO₂的捕集封存，对以生物质为能源来源的含氢多联供系统，特别是针对多种能量形式间输出比例可灵活调节的含氢多联供系统还未有较为成熟的技术。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于生物质气化的负碳排放电-热-氢三联供装置及方法，在避免高耗能的空分制氧的同时，采用简单流程生产纯度高达99％的氢气，并有效调节电-热-氢三者间的输出比例，且可实现生物质的负碳排放。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于生物质气化的负碳排放电-热-氢三联供装置及方法，包括生物质气化单元、化学链制氢-制氧单元、燃气轮机发电单元、蒸汽轮机发电-供热单元以及管线；

生物质气化单元由气化炉、第一余热锅炉合成气侧、除尘脱硫器、分流器组成；第一余热锅炉合成气侧串接于气化炉出口并与除尘脱硫器相连；分流器串接于除尘脱硫器出口，分流器出口管路一分为二，一路与化学链制氢-制氧单元燃料反应器相连，另一路与燃气轮机发电单元燃料压缩机相连；