一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法和裝置，該裝置包括：生物質(zhì)熱解系統(tǒng)，用于制備生物油和生物氣；化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)，用于分離CO2和制備氫氣；固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，用于接收化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)制備的氫氣和欠氧空氣，產(chǎn)生電能；燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，接收固體氧化物燃料電池系統(tǒng)未完全反應(yīng)的氣體在燃燒室內(nèi)燃燒做功發(fā)電。方法包括如下步驟：生物質(zhì)進(jìn)行熱解獲得生物油和生物氣，通入化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)分離CO2并制備氫氣；化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)生成的高溫氫氣和欠氧空氣進(jìn)入燃料電池反應(yīng)；高溫燃料電池未完全反應(yīng)的氣體通入燃燒室中混合燃燒，燃燒室出口高溫氣體通過(guò)透平膨脹做功，高溫乏氣余熱回收，提高能源利用率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源利用、燃料電池聯(lián)合發(fā)電和二氧化碳捕集領(lǐng)域，涉及一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)家大力提倡能源的高效清潔利用。生物質(zhì)能是唯一一種可以轉(zhuǎn)化為氣體、固體以及液體燃料的、實(shí)現(xiàn)化石能源全替代的“多功能型”可再生能源，重點(diǎn)發(fā)展可替代石油基液體燃料與化學(xué)品的生物質(zhì)基高端產(chǎn)能源安全，符合我國(guó)國(guó)家發(fā)展重大戰(zhàn)略需求。生物質(zhì)通過(guò)熱解可以獲得生物油和生物氣。目前，生物油a通過(guò)化學(xué)鏈方法制氫已經(jīng)得到理論驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其轉(zhuǎn)化效率也比較高。
[0003]燃料電池是直接將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，而不受卡諾循環(huán)的限制，其中，固體氧化物燃料電池具有高效、低污染、模塊化設(shè)計(jì)以及沒(méi)有融鹽腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，極大地收到人們的關(guān)注。在過(guò)去十幾年中，燃料電池的研究在技術(shù)上有了革命性的突破，并且由于其利用效率高，人們開(kāi)始研究燃料電池聯(lián)合循環(huán)，希望等到其技術(shù)成熟后，能夠取代現(xiàn)有火力發(fā)電機(jī)組，充分發(fā)揮它的潛在優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)今，固體氧化物高溫燃料電池SOFC與燃?xì)廨啓C(jī)GT聯(lián)合循環(huán)的技術(shù)也取得重大突破。
[0004]因此，從現(xiàn)有的【背景技術(shù)】出發(fā)，本發(fā)明旨在通過(guò)生物質(zhì)熱解獲得生物油和生物氣，在通過(guò)化學(xué)鏈的方法制備氫氣，作為燃料電池聯(lián)合循環(huán)的燃料。整合出這樣一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)能源的清潔高效利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種工藝成本低、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以生物質(zhì)為原料，同時(shí)捕集二氧化碳，提高了發(fā)電效率和整體熱效率，實(shí)現(xiàn)能源高效利用和環(huán)境保護(hù)的生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法，同時(shí)提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的裝置，包括:生物質(zhì)熱解系統(tǒng)，用于制備生物油和生物氣；
[0007]化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)，用于接收所述生物質(zhì)熱解系統(tǒng)制備的生物油和生物氣，分離CO2和制備氫氣；
[0008]固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，用于接收化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)中制備的氫氣和空氣，并在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的電能通過(guò)外電路送給用戶(hù)；
[0009]燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，用于接收固體氧化物燃料電池系統(tǒng)正極出口的未完全反應(yīng)的氫氣和負(fù)極出口的稀氧空氣，在燃燒器中進(jìn)一步混合燃燒，最后進(jìn)入透平中膨脹做功發(fā)電。
[0010]本發(fā)明的裝置中，生物質(zhì)熱解系統(tǒng)包括按反應(yīng)順序依次連接的熱解裝置、氣固分離器和冷凝裝置；
[0011]化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)包括按載氧體Fe2O3循環(huán)反應(yīng)方向依次連接的燃料反應(yīng)器、蒸汽反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器；燃料反應(yīng)器的氣體入口與冷凝裝置的氣體出口連接，燃料反應(yīng)器的液體入口與冷凝裝置的液體出口相連，空氣反應(yīng)器的物料出口與燃料反應(yīng)器的物料入口相連；
[0012]固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的負(fù)極氣體入口與空氣反應(yīng)器的氣體出口連接，正極氣體入口與蒸汽反應(yīng)器的氣體出口連接；
[0013]燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)包括按照工質(zhì)流動(dòng)方向依次連接的燃燒室、透平、空氣加熱器和蒸汽加熱器，以及與透平同軸聯(lián)動(dòng)的發(fā)電機(jī)和空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)的排氣口與空氣加熱器的空氣入口連接，空氣加熱器的空氣出口與空氣反應(yīng)器的空氣入口連接，蒸汽加熱器的蒸汽入口與外部蒸汽源連接，蒸汽出口與蒸汽反應(yīng)器的蒸汽入口連接。
[0014]本發(fā)明裝置的優(yōu)選方案中，生物質(zhì)熱解系統(tǒng)中熱解裝置的工作溫度為500?650°C，固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的工作溫度在800?1100°C ；
[0015]化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)采用鐵基載氧體Fe2O3在燃料反應(yīng)器中進(jìn)行還原反應(yīng)，燃料反應(yīng)器的工作溫度為800?1000°C;蒸汽反應(yīng)器的工作溫度為800?900°C;空氣反應(yīng)器的工作溫度為800?IOOO0C0
[0016]本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法，該方法基于上述裝置，包括如下步驟:
[0017]首先，生物質(zhì)在熱解裝置中熱解反應(yīng)，熱解產(chǎn)物依次經(jīng)過(guò)氣固分離裝置和冷凝裝置處理后得到生物油和生物氣；生成的生物油和生物氣進(jìn)入化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)中進(jìn)行化學(xué)鏈制氫反應(yīng)，在燃料反應(yīng)器中分離CO2,在蒸汽反應(yīng)器產(chǎn)生氫氣，在空氣反應(yīng)器產(chǎn)生溫度在800?1000°C的高溫欠氧空氣；蒸汽反應(yīng)器生成的氫氣進(jìn)入固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的陽(yáng)極，空氣反應(yīng)器產(chǎn)生的高溫欠氧空氣進(jìn)入固體氧化物燃料電池陰極，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能；
[0018]固體氧化物燃料電池系統(tǒng)中未完全反應(yīng)的氣體一并進(jìn)入燃燒室中混合燃燒，產(chǎn)生的高溫氣體通入透平做功，產(chǎn)生的能量一部分用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，一部分驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)，產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入空氣加熱器，經(jīng)透平排出的高溫乏氣預(yù)熱后進(jìn)入空氣反應(yīng)器參與化學(xué)鏈制氫反應(yīng)，外部蒸汽源進(jìn)入蒸汽加熱器，經(jīng)透平排出的高溫乏氣預(yù)熱后進(jìn)入蒸汽反應(yīng)器參與化學(xué)鏈制氫反應(yīng)。
[0019]本發(fā)明方法的優(yōu)選方案中，生物質(zhì)熱解系統(tǒng)中熱解裝置的工作溫度為500?650°C，固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的工作溫度在800?1100°C ；
[0020]化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)采用鐵基載氧體Fe2O3在燃料反應(yīng)器中進(jìn)行還原反應(yīng)，燃料反應(yīng)器的工作溫度為800?1000°C;蒸汽反應(yīng)器的工作溫度為800?900°C;空氣反應(yīng)器的工作溫度為800?IOOO0C0
[0021]有益效果:發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、與現(xiàn)有的生物質(zhì)氣化技術(shù)相比，本裝置中的熱解裝置在常壓下工作，只要將熱解裝置的工作溫度調(diào)節(jié)至500?650°C，就可以快速熱裂解，裝置簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)單，可以大大減少工藝成本，適合現(xiàn)場(chǎng)小規(guī)模的制備生物油和生物氣。而獲得的生物油相比于生物質(zhì)又具有運(yùn)輸方便等特點(diǎn)。
[0023]2、本發(fā)明裝置可以在生物質(zhì)原料產(chǎn)地運(yùn)行，獲得便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)纳镉秃蜕餁?，解決生物質(zhì)原料不便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存的問(wèn)題。同時(shí)，生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程是通過(guò)綠色植物的光合作用將CO2和H2O合成生物質(zhì)，本發(fā)明中的裝置和方法又實(shí)現(xiàn)CO2的捕集，形成CO2的循環(huán)排放過(guò)程，能有效減少溫室氣體的排放，滿(mǎn)足能源清潔利用的要求。
[0024]3、生物質(zhì)裂解后再通過(guò)化學(xué)鏈的方法制氫，從燃料反應(yīng)器氣體出口獲得的生成物經(jīng)過(guò)冷卻即為純凈的CO2，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 CO2的捕集，避免溫室氣體的排放。這一點(diǎn)，現(xiàn)有的生物質(zhì)氣化技術(shù)是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)闅饣癄t中通入空氣后，高溫下空氣中的氧氣就會(huì)與生物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成CO2，在隨后的反應(yīng)裝置中我們都很難分離出純凈的co2。并且，與傳統(tǒng)氣化制氫相比，本發(fā)明的化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)中通過(guò)水蒸氣與FeO以及Fe反應(yīng)生成氫氣，生成物經(jīng)冷卻即為純凈的氫氣，無(wú)需涉及O2與N2的分離、CO2和H2的分離、H2S和COS污染氣體的脫除工藝，減少實(shí)現(xiàn)以上工藝所涉及的能源消耗。
[0025]4、從生物質(zhì)熱解、化學(xué)鏈制氫到固體氧化物燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的過(guò)程中，先是生物質(zhì)熱解，然后在燃料反應(yīng)器中反應(yīng)，從燃料反應(yīng)器氣體出口獲得純凈的CO2,實(shí)現(xiàn)的CO2捕集；而后化學(xué)鏈方法制得的高溫氫氣作為固體氧化物燃料電池聯(lián)合循環(huán)的燃料，用于發(fā)電。在本發(fā)明中，由于化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)蒸汽反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器反應(yīng)溫度均在800 V以上，所以從化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)中出來(lái)的氫氣具有800?900°C的溫度，欠氧空氣具有800?1000°C的溫度，滿(mǎn)足燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的要求，保證了燃料電池反應(yīng)的效率，并沒(méi)有需要額外耗能對(duì)進(jìn)入燃料電池前的氣體加熱升溫，減少了能源消耗。燃料電池中未完全反應(yīng)的氫氣又會(huì)在燃燒室中進(jìn)一步燃燒，保證燃料的完全燃燒和充分利用。并且，在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中對(duì)膨脹做功后的尾氣的熱量進(jìn)行了回收利用，用于加熱化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)中壓縮空氣和水蒸氣，提高了系統(tǒng)整體的熱效率。整個(gè)系統(tǒng)中，生物質(zhì)熱解的燃料能源轉(zhuǎn)化率最高可以達(dá)到95.5%，采用鐵基載氧體的化學(xué)鏈方法制氫的理論效率也可以達(dá)到90%以上，固體氧化物燃料電池聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率可以達(dá)到60%，把這樣的一系列系統(tǒng)整合起來(lái)，便可以獲得一個(gè)能源高效利用的新系統(tǒng)。目前，火力發(fā)電效率在45%，固體氧化物燃料電池聯(lián)合循環(huán)可以達(dá)到60%，發(fā)電效率的提高，使得這種方式發(fā)電可以減少15%的燃料使用量，這對(duì)燃料的高效利用具有重大的意義。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法和裝置的示意圖。
[0027]圖中有:生物質(zhì)熱解系統(tǒng)1、化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)I1、固體氧化物燃料電池系統(tǒng)II1、燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)IV ;熱解裝置1、氣固分離器2、冷凝裝置3、燃料反應(yīng)器4、蒸汽反應(yīng)器5、空氣反應(yīng)器6、燃燒室8、透平9、空氣壓縮機(jī)10、空氣加熱器11和蒸汽加熱器12。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明:
[0029]本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，裝置包括四個(gè)系統(tǒng):生物質(zhì)熱解系統(tǒng)1、化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)I1、固體氧化物燃料電池系統(tǒng)III和燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)IV。
[0030]聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以生物質(zhì)為原料，其中熱解裝置I的出口與氣固分離器2的入口相連，氣固分離器2的出口分別于冷凝裝置3還有燃料反應(yīng)器4相連；燃料反應(yīng)器4的物料出口與蒸汽反應(yīng)器5的物料入口相連，蒸汽反應(yīng)器5的物料出口與空氣反應(yīng)器6的物料入口相連，空氣反應(yīng)器6的物料出口與燃料反應(yīng)器4的物料入口相連；固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的負(fù)極、正極分別與空氣反應(yīng)器6的氣體出口及蒸汽反應(yīng)器5的氣體出口相連接，固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的負(fù)極和正極出口的氣體一同進(jìn)入燃燒室8 ;燃燒室8的出口與透平9的入口相連，透平9與發(fā)電機(jī)還有空氣壓縮機(jī)10同軸聯(lián)動(dòng)，透平9的出口與空氣加熱器11的工質(zhì)入口相連，空氣加熱器11的工質(zhì)出口與蒸汽加熱器12的工質(zhì)入口相連，空氣壓縮機(jī)10的出口與空氣加熱器11的空氣入口相連，空氣加熱器11的空氣出口和空氣反應(yīng)器6的空氣入口相連，蒸汽加熱器12的蒸汽出口與蒸汽反應(yīng)器5的蒸汽入口相連。
[0031]系統(tǒng)的工作過(guò)程:生物質(zhì)原料從熱解裝置I的頂部加入，作為熱裂解熱源的載熱體與生物質(zhì)自混合并加熱生物質(zhì)，當(dāng)加熱到500?650°C后生物質(zhì)發(fā)生快速熱裂解反應(yīng)；熱解裝置I與氣固分離器2相連，熱裂解產(chǎn)物經(jīng)氣固分離器2將固體顆粒和油氣分離，純凈的油氣通入冷凝裝置3，經(jīng)冷凝后的生物油a與生物氣b —同進(jìn)入燃料反應(yīng)器4，在800?IOOO0C的工作溫度下，氧化鐵與生物油a和生物氣b發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并被還原成高溫金屬單體鐵或氧化亞鐵A，且燃料反應(yīng)器4的氣體出口排出CO2和水蒸汽m，將混合氣體m冷凝即獲得純凈的CO2 ;燃料反應(yīng)器4物料出口與蒸汽反應(yīng)器5物料入口相連接，高溫金屬單體鐵或氧化亞鐵A與水蒸氣分別被送入蒸汽反應(yīng)器5，兩者充分混合并發(fā)生反應(yīng)，并控制反應(yīng)溫度在800?900°C，生成的四氧化三鐵B隨物料循環(huán)進(jìn)入到空氣反應(yīng)器6中，而生成的氫氣和未完全反應(yīng)的水蒸氣c被送入固體氧化物燃料電池的正極；從蒸汽反應(yīng)器5隨物料流動(dòng)過(guò)來(lái)的四氧化三鐵B與送入的空氣中的氧氣在空氣反應(yīng)器6發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)溫度800?1000°C，生成高價(jià)金屬氧化物C，再被送入到燃料反應(yīng)器4中，完成物料的循環(huán)使用；
[0032]空氣反應(yīng)器6中反應(yīng)后的欠氧空氣d從氣體出口流入固體氧化物燃料電池的負(fù)極，與進(jìn)入正極的氫氣在燃料電池內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)溫度在800?1100°C，在固體氧化物燃料電池出口陽(yáng)極和陰極反應(yīng)后的氣體混合起來(lái)，殘留的氫氣會(huì)在燃燒室8中繼續(xù)燃燒，經(jīng)燃燒加熱成高溫高壓氣體g ;最后，燃燒室8出口的高溫氣體g通入透平做功，透平產(chǎn)生的能量一部分用來(lái)發(fā)電，一部分帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)10壓縮化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)II空氣反應(yīng)器6的進(jìn)口空氣，而透平出口流出的尾氣預(yù)熱化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)II空氣反應(yīng)器6進(jìn)口的壓縮空氣i和蒸汽反應(yīng)器5進(jìn)口的水蒸汽k，回收熱量。
[0033]本實(shí)施例中生物質(zhì)原料為小于2mm的秸桿顆粒，熱解的燃料能源轉(zhuǎn)化率可達(dá)70%?；瘜W(xué)鏈制氫系統(tǒng)中載氧體采用Fe2O3，制氫效率大概在70%左右。燃料電池負(fù)正極氣體入口的溫度為900°C，燃料和空氣在燃料電池中的利用率為60%和50%，系統(tǒng)工作壓力為常壓；固體氧化物燃料電池的理論工作電壓為0.91V，蒸汽加熱器和空氣加熱器的換熱效率為98 %，通過(guò)燃?xì)馔钙綆?dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其發(fā)電效率為25 % ;對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱平衡分析，固體氧化物燃料電池的發(fā)電效率為50%，系統(tǒng)整體的熱效率為80% (包含余熱利用)。
[0034]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干可以預(yù)期的改進(jìn)和等同替換，這些對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的裝置，其特征在于，該裝置包括:生物質(zhì)熱解系統(tǒng)(I )，用于制備生物油a和生物氣b; 化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)(II )，用于接收所述生物質(zhì)熱解系統(tǒng)(I )制備的生物油和生物氣，分離CO2和制備氫氣； 固體氧化物燃料電池系統(tǒng)(III)，用于接收化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)(II )中制備的氫氣和空氣，并在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的電能通過(guò)外電路送給用戶(hù)； 燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(IV)，用于接收固體氧化物燃料電池系統(tǒng)(III)正極出口的未完全反應(yīng)的氫氣和負(fù)極出口的稀氧空氣，在燃燒器中進(jìn)一步混合燃燒，最后進(jìn)入透平中膨脹做功發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的裝置，其特征在于: 所述生物質(zhì)熱解系統(tǒng)(1)包括按反應(yīng)順序依次連接的熱解裝置(I)、氣固分離器(2)和冷凝裝置(3)； 所述化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)(II )包括按載氧體Fe2O3循環(huán)反應(yīng)方向依次連接的燃料反應(yīng)器(4)、蒸汽反應(yīng)器(5)和空氣反應(yīng)器(6);所述燃料反應(yīng)器(4)的氣體入口與冷凝裝置(3)的氣體出口連接，燃料反應(yīng)器(4)的液體入口與冷凝裝置(3)的液體出口相連，空氣反應(yīng)器(6)的物料出口與燃料反應(yīng)器⑷的物料入口相連； 所述固體氧化物燃料電池系統(tǒng)(III)的負(fù)極氣體入口與空氣反應(yīng)器(6)的氣體出口連接，正極氣體入口與蒸汽反應(yīng)器(5)的氣體出口連接； 所述燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(IV)包括按照工質(zhì)流動(dòng)方向依次連接的燃燒室(8)、透平(9)、空氣加熱器(11)和蒸汽加熱器(12)，以及與所述透平(9)同軸聯(lián)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(G)和空氣壓縮機(jī)(10)，所述空氣壓縮機(jī)(10)的排氣口與空氣加熱器(11)的空氣入口連接，所述空氣加熱器(11)的空氣出口與空氣反應(yīng)器(6)的空氣入口連接，蒸汽加熱器(12)的蒸汽入口與外部蒸汽源連接，蒸汽出口與蒸汽反應(yīng)器(5)的蒸汽入口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的裝置，其特征在于: 所述生物質(zhì)熱解系統(tǒng)(I )中熱解裝置(I)的工作溫度為500~650°C，所述固體氧化物燃料電池系統(tǒng)(III)的工作溫度在800~1100°C ； 所述化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)(II )采用鐵基載氧體Fe2O3在燃料反應(yīng)器(4)中進(jìn)行還原反應(yīng)，所述燃料反應(yīng)器(4)的工作溫度為800~1000°C;所述蒸汽反應(yīng)器(5)的工作溫度為800~9000C ;所述空氣反應(yīng)器(6)的工作溫度為800~1000°C。
4.一種生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法，其特征在于，該方法基于權(quán)利要求1、2或3所述裝置，包括如下步驟: 首先，生物質(zhì)在熱解裝置(I)中熱解反應(yīng)，熱解產(chǎn)物依次經(jīng)過(guò)氣固分離裝置(2)和冷凝裝置(3)處理后得到生物油和生物氣；生成的生物油和生物氣進(jìn)入化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)(II )中進(jìn)行化學(xué)鏈制氫反應(yīng)，在燃料反應(yīng)器⑷中分離CO2,在蒸汽反應(yīng)器(5)產(chǎn)生氫氣,在空氣反應(yīng)器(6)產(chǎn)生溫度在800~1000°C的高溫欠氧空氣；蒸汽反應(yīng)器(5)生成的氫氣進(jìn)入固體氧化物燃料電池系統(tǒng)(III)的陽(yáng)極，空氣反應(yīng)器(6)產(chǎn)生的高溫欠氧空氣進(jìn)入固體氧化物燃料電池(III)的陰極，進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電倉(cāng)泛; 固體氧化物燃料電池系統(tǒng)(III)中未完全反應(yīng)的氣體一并進(jìn)入燃燒室(8)中混合燃燒，產(chǎn)生的高溫氣體通入透平(9)做功，產(chǎn)生的能量一部分用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，一部分驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)(10)，產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入空氣加熱器(11)，經(jīng)透平(9)排出的高溫乏氣預(yù)熱后進(jìn)入空氣反應(yīng)器(6)參與化學(xué)鏈制氫反應(yīng)，外部蒸汽源進(jìn)入蒸汽加熱器(12)，經(jīng)透平(9)排出的高溫乏氣預(yù)熱后進(jìn)入蒸汽反應(yīng)器(5)參與化學(xué)鏈制氫反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電并分離二氧化碳的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)熱解系統(tǒng)(I )中熱解裝置(I)的工作溫度為500~650°C，所述固體氧化物燃料電池系統(tǒng)(III)的工作溫度在800~1100°C ;所述化學(xué)鏈制氫系統(tǒng)(II )采用鐵基載氧體Fe2O3在燃料反應(yīng)器(4)中進(jìn)行還原反應(yīng)，所述燃料反應(yīng)器(4)的工作溫度為800~1000°C;所述蒸汽反應(yīng)器(5)的工作溫度為800~900°C;所述空氣反應(yīng)器(6)的工作溫度為 800 ~100 00Co
【文檔編號(hào)】H01M8/06GK103972559SQ201410196872
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】向文國(guó), 陳偉, 朱珉 申請(qǐng)人:東南大學(xué)