本实用新型专利技术提供了一种生物质联合循环发电并分离二氧化碳的装置，包括：生物质热解系统，用于制备生物油和生物气；化学链制氢系统，用于分离CO2和制备氢气；固体氧化物燃料电池系统，用于接收化学链制氢系统制备的氢气和欠氧空气，产生电能；燃气轮机系统，接收固体氧化物燃料电池系统未完全反应的气体在燃烧室内燃烧做功发电。本实用新型专利技术装置中，生物质进行热解获得生物油和生物气，通入化学链制氢系统分离CO2并制备氢气；化学链制氢系统生成的高温氢气和欠氧空气进入燃料电池反应；高温燃料电池未完全反应的气体通入燃烧室中混合燃烧，燃烧室出口高温气体通过透平膨胀做功，高温乏气余热回收，提高能源利用率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种生物质联合循环发电并分离二氧化碳的装置，包括：生物质热解系统，用于制备生物油和生物气；化学链制氢系统，用于分离CO2和制备氢气；固体氧化物燃料电池系统，用于接收化学链制氢系统制备的氢气和欠氧空气，产生电能；燃气轮机系统，接收固体氧化物燃料电池系统未完全反应的气体在燃烧室内燃烧做功发电。本技术装置中，生物质进行热解获得生物油和生物气，通入化学链制氢系统分离CO2并制备氢气；化学链制氢系统生成的高温氢气和欠氧空气进入燃料电池反应；高温燃料电池未完全反应的气体通入燃烧室中混合燃烧，燃烧室出口高温气体通过透平膨胀做功，高温乏气余热回收，提高能源利用率。【专利说明】一种生物质联合循环发电并分离二氧化碳的装置
本技术属于生物质资源利用、燃料电池联合发电和二氧化碳捕集领域，涉及一种生物质联合循环发电并分离二氧化碳的装置。
技术介绍
国家大力提倡能源的高效清洁利用。生物质能是唯一一种可以转化为气体、固体以及液体燃料的、实现化石能源全替代的“多功能型”可再生能源，重点发展可替代石油基液体燃料与化学品的生物质基高端产能源安全，符合我国国家发展重大战略需求。生物质通过热解可以获得生物油和生物气。目前，生物油a通过化学链方法制氢已经得到理论验证和实验验证，其转化效率也比较高。 燃料电池是直接将燃料的化学能直接转化为电能，而不受卡诺循环的限制，其中，固体氧化物燃料电池具有高效、低污染、模块化设计以及没有融盐腐蚀等优点，极大地收到人们的关注。在过去十几年中，燃料电池的研究在技术上有了革命性的突破，并且由于其利用效率高，人们开始研究燃料电池联合循环，希望等到其技术成熟后，能够取代现有火力发电机组，充分发挥它的潜在优势。现今，固体氧化物高温燃料电池SOFC与燃气轮机GT联合循环的技术也取得重大突破。 因此，从现有的
技术介绍
出发，本技术旨在通过生物质热解获得生物油和生物气，在通过化学链的方法制备氢气，作为燃料电池联合循环的燃料。整合出这样一种生物质联合循环发电并分离二氧化碳的系统，以实现能源的清洁高效利用。
技术实现思路
技术问题:本技术提供一种工艺成本低、装置结构简单，以生物质为原料，同时捕集二氧化碳，提高了发电效率和整体热效率，实现能源高效利用和环境保护的生物质联合循环发电并分离二氧化碳的装置。 技术方案:本技术的生物质联合循环发电并分离二氧化碳的装置，包括:生物质热解系统，用于制备生物油和生物气； 化学链制氢系统，用于接收所述生物质热解系统制备的生物油和生物气，分离CO2和制备氢气； 固体氧化物燃料电池系统，用于接收化学链制氢系统中制备的氢气和空气，并在高温下发生化学反应，产生的电能通过外电路送给用户； 燃气轮机系统，用于接收固体氧化物燃料电池系统正极出口的未完全反应的氢气和负极出口的稀氧空气，在燃烧器中进一步混合燃烧，最后进入透平中膨胀做功发电。 本技术的装置中，生物质热解系统包括按反应顺序依次连接的热解装置、气固分离器和冷凝装置； 化学链制氢系统包括按载氧体Fe2O3循环反应方向依次连接的燃料反应器、蒸汽反应器和空气反应器；燃料反应器的气体入口与冷凝装置的气体出口连接，燃料反应器的液体入口与冷凝装置的液体出口相连，空气反应器的物料出口与燃料反应器的物料入口相连； 固体氧化物燃料电池系统的负极气体入口与空气反应器的气体出口连接，正极气体入口与蒸汽反应器的气体出口连接； 燃气轮机系统包括按照工质流动方向依次连接的燃烧室、透平、空气加热器和蒸汽加热器，以及与透平同轴联动的发电机和空气压缩机，空气压缩机的排气口与空气加热器的空气入口连接，空气加热器的空气出口与空气反应器的空气入口连接，蒸汽加热器的蒸汽入口与外部蒸汽源连接，蒸汽出口与蒸汽反应器的蒸汽入口连接。 本技术装置的优选方案中，生物质热解系统中热解装置的工作温度为500?650°C，固体氧化物燃料电池系统的工作温度在800?1100°C ； 化学链制氢系统采用铁基载氧体Fe2O3在燃料反应器中进行还原反应，燃料反应器的工作温度为800?1000°C;蒸汽反应器的工作温度为800?900°C;空气反应器的工作温度为800?1000C0 应用本技术装置进行生物质联合循环发电并分离二氧化碳的流程，包括如下步骤: 首先，生物质在热解装置中热解反应，热解产物依次经过气固分离装置和冷凝装置处理后得到生物油和生物气；生成的生物油和生物气进入化学链制氢系统中进行化学链制氢反应，在燃料反应器中分离CO2,在蒸汽反应器产生氢气，在空气反应器产生温度在800?1000°C的高温欠氧空气；蒸汽反应器生成的氢气进入固体氧化物燃料电池系统的阳极，空气反应器产生的高温欠氧空气进入固体氧化物燃料电池阴极，进行电化学反应产生电能； 固体氧化物燃料电池系统中未完全反应的气体一并进入燃烧室中混合燃烧，产生的高温气体通入透平做功，产生的能量一部分用来驱动发电机发电，一部分驱动空气压缩机，产生的压缩空气进入空气加热器，经透平排出的高温乏气预热后进入空气反应器参与化学链制氢反应，外部蒸汽源进入蒸汽加热器，经透平排出的高温乏气预热后进入蒸汽反应器参与化学链制氢反应。 本技术方法的优选方案中，生物质热解系统中热解装置的工作温度为500?650°C，固体氧化物燃料电池系统的工作温度在800?1100°C ； 化学链制氢系统采用铁基载氧体Fe2O3在燃料反应器中进行还原反应，燃料反应器的工作温度为800?1000°C;蒸汽反应器的工作温度为800?900°C;空气反应器的工作温度为800?1000C0 有益效果:技术与现有技术相比，具有如下优点: 1、与现有的生物质气化技术相比，本装置中的热解装置在常压下工作，只要将热解装置的工作温度调节至500?650°C，就可以快速热裂解，装置简易，操作简单，可以大大减少工艺成本，适合现场小规模的制备生物油和生物气。而获得的生物油相比于生物质又具有运输方便等特点。 2、本技术装置可以在生物质原料产地运行，获得便于储存和运输的生物油和生物气，解决生物质原料不便于运输、储存的问题。同时，生物质的转化过程是通过绿色植物的光合作用将CO2和H2O合成生物质，本技术中的装置和方法又实现CO2的捕集，形成CO2的循环排放过程，能有效减少温室气体的排放，满足能源清洁利用的要求。 3、生物质裂解后再通过化学链的方法制氢，从燃料反应器气体出口获得的生成物经过冷却即为纯净的CO2，系统实现了 CO2的捕集，避免温室气体的排放。这一点，现有的生物质气化技术是很难实现的，因为气化炉中通入空气后，高温下空气中的氧气就会与生物质发生反应生成CO2，在随后的反应装置中我们都很难分离出纯净的co2。并且，与传统气化制氢相比，本技术的化学链制氢系统中通过水蒸气与FeO以及Fe反应生成氢气，生成物经冷却即为纯净的氢气，无需涉及O2与N2的分离、CO2和H2的分离、H2S和COS污染气体的脱除工艺，减少实现以上工艺所涉及的能源消耗。 4、从生物质热解、化学链制氢到固体氧化物燃料电池、燃气轮机联合循环的过程中，先是生物质热解，然后在燃料反应器中反应，从燃料本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物质联合循环发电并分离二氧化碳的装置，其特征在于，该装置包括：生物质热解系统(Ⅰ)，用于制备生物油a和生物气b； 化学链制氢系统(Ⅱ)，用于接收所述生物质热解系统(Ⅰ)制备的生物油和生物气，分离CO2和制备氢气； 固体氧化物燃料电池系统(Ⅲ)，用于接收化学链制氢系统(Ⅱ)中制备的氢气和空气，并在高温下发生化学反应，产生的电能通过外电路送给用户； 燃气轮机系统(Ⅳ)，用于接收固体氧化物燃料电池系统(Ⅲ)正极出口的未完全反应的氢气和负极出口的稀氧空气，在燃烧器中进一步混合燃烧，最后进入透平中膨胀做功发电。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：向文国，陈伟，朱珉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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