[發明專利]一種太陽能耦合生物質能的熱氫聯產系統及方法

在審

• 申請號: 202211512752.7
• 申請日: 2022-11-28
• 公開（公告）號: CN115869877A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 鄒立;趙欽新;鄧世豐;董凱;邵懷爽;梁志遠;高云龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;C01B32/39;C01B32/336;C01B3/16;C10J3/72;C10J3/00;C10B53/02;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/02;C10B57/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開一種太陽能耦合生物質能的熱氫聯產系統及方法，系統包括微波反應器、生物質氣化爐、燃燒反應器、空氣預熱器、催化重整反應器、光熱介質儲能系統、CO₂分離裝置和活性炭制備裝置。采用微波烘焙預處理、生物質氣化制氫以及化學鏈燃燒相結合，解決了合成氣中焦油含量高的問題，提高了合成氣品質，并實現了CO₂的高效分離；利用光熱介質儲能系統中的高溫熔融鹽為合成氣的催化重整反應提供熱能，降低了催化重整反應能耗；系統既可以實現制氫，又可以實現CO₂近零排放；系統中輸入的能量生物質能和太陽能均屬于可再生能源，在實現生物質資源及太陽能高效清潔利用的同時，也避免了生物質原料大規模收集及儲存的費用。

技術領域

本發明涉及氫氣制備技術領域，具體涉及一種太陽能耦合生物質能的熱氫聯產系統及方法。

背景技術

化石能源供應不足、液體和氣體燃料對外依存度過大、化石燃料應用造成的環境污染、CO₂減排壓力以及邊遠地區能源短缺等問題在我國日趨嚴重，因此，積極開發和利用可再生的清潔能源已成為解決我國能源問題、實現綠色可持續發展的必然選擇。氫能是一種清潔、高效、無碳的能源，具有來源多樣、能量密度大、應用范圍廣等優點。化石能源的熱化學制氫(約占總產量的96％)和電解水制氫(約占4％)是目前主要的制氫方式。化石能源制氫過程中會排放大量NO_x和SO_x等污染氣體，顯著威脅著環境安全，而且化石能源屬于不可再生能源；電解水制氫具有工藝流程簡單、污染小以及氫氣純度高等優點，但其耗電量較大，且對水質要求較高，在經濟性方面受到限制?；茉粗茪涞沫h境污染和不可持續性問題，以及電解水制氫的高能耗問題，促使可再生清潔能源制取氫氣成為未來氫能技術發展的必經之路。

生物質能是由植物光合作用固定于地球上的太陽能，開發潛力巨大。在整個碳循環過程中，生物質能的碳源沒有增加大氣中的碳總量，是國際上公認的零碳可再生能源。若與BECCS(生物能源與碳捕獲和儲存)技術相結合，生物質能將實現負碳排放。生物質能的開發利用在替代化石燃料、減少溫室氣體排放、實現全球能源可持續發展戰略等方面將起到重要和不可替代的作用。據估計，到本世紀中葉，采用新工藝生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40％以上。因此，基于低碳、可再生生物質能源的制氫路線是真正意義上的綠氫技術。

生物質制氫主要分為熱化學法制氫和生物法制氫。其中生物質熱化學法制氫是通過熱化學方法，將生物質原料轉化為富氫氣體，然后通過分離提純來制取氫氣的技術。熱化學法制氫主要包括氣化、超臨界水氣化、生物油重整和生物質熱解-蒸汽重整制氫等；生物法制氫則是利用微生物代謝來制取氫氣的一項生物工程技術，主要包括厭氧發酵制氫和光合生物制氫。與熱化學方法相比，生物制氫具有節能、可再生和不消耗礦物資源等優點。但生物法制氫的反應速率緩慢，產氫效率很低，而且微生物對環境的要求較為苛刻，這是制約生物法制氫的主要因素。在現有的生物質制氫工藝中，生物質氣化制氫技術受到學者們的廣泛關注。“一種生物質氣化制氫系統及方法”(201010118131.1)采用生物質氣化制氫與化學鏈燃燒相結合的方法，可以在利用系統制氫的同時實現CO₂的近零排放。然而該系統未考慮生物質氣化過程中焦油產量高的問題，易造成管道堵塞問題；熱載體的多級輸送及分離也會造成大量的熱量損失；采用氫氣分離裝置從可燃氣(包括H₂、CO、CH₄、CO₂、H₂O和少量烴化物)中分離出H₂的方案也需要消耗大量能量。另外，生物質氣化制氫工藝還存在催化劑成本高、易失活等問題。因此，現有的生物質氣化制氫系統需要不斷完善，也需要不斷提出新型工藝，以早日實現生物質制氫技術高效率、低成本的規模化應用。

發明內容