一种生物质负碳排放发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及化工技术领域，具体涉及一种生物质负碳排放发电系统。


背景技术：

2.近年来，随着化石能源的日益枯竭以及环境污染的日益加剧，生物质逐渐成为具有前景的可再生能源之一。生物质能源和石油替代产品的研究、开发和应用，是保障能源供应、减少对化石能源的依赖、解决未来能源问题的有效途径。综述了目前国内外生物质能的转化利用技术，主要包括直接燃烧技术、生化转化技术(发酵和厌氧性消化)、热化学转化技术(气化、热解)、液化技术、致密成型技术、超临界流体转化技术等；介绍了生物质转化技术的应用，包括生物质气化发电、气化制氢、热裂解制氢、发酵法生产燃料乙醇、热裂解制生物油、固化成型制固态燃料、堆肥发酵制肥料、厌氧性消化生产沼气、催化裂解生产生物燃料等。对未来的生物质能利用技术的发展进行了展望。其中，直燃发电是利用生物质能源常见的一种方式，但由于生物质直燃过程中产生的烟气含有大量的污染性颗粒，制约了直燃发电技术的大规模应用，因此，开发经济有效的烟气净化技术可极大的促进生物质直燃利用的发展。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种生物质负碳排放发电系统，使用该系统，过程中的能源有效利用，节约了能源，实现了二氧化碳的负排放。
4.为此，本实用新型提供了如下的技术方案：
5.一种生物质负碳排放发电系统，包括：
6.生物质发电单元；
7.所述生物质发电单元的烟气出口与烟气预处理单元的入口连接，所述烟气预处理单元的出口与二氧化碳制碳纳米管单元的co2入口连接；
8.所述生物质发电单元的废水出口与水预处理单元的入口连接，所述水预处理单元的出口与电解制氢单元的水入口连接；所述电解制氢单元的氢气出口与氢气收集单元的入口连接，所述氢气收集单元的出口与所述二氧化碳制碳纳米管单元的氢气入口连接。
9.可选的，所述二氧化碳制碳纳米管单元的产物出口与碳纳米管精制单元连接。
10.可选的，所述电解制氢单元的氧气出口与氧气收集单元的入口连接，所述氧气收集单元的出口与所述生物质单元的氧气入口连接。
11.可选的，所述生物质发电单元通过输电线路与二氧化碳制碳纳米管单元连接。
12.可选的，二氧化碳制碳纳米管单元与烟气预处理单元和氢气收集单元的连接管路上均设有控制阀。
13.可选的，水预处理单元与电解制氢单元和生物质发电单元之间的连接管路上设有控制阀。
14.可选的，碳纳米管精制单元与二氧化碳制碳纳米管单元的连接管路上设有控制阀。
15.可选的，还包括空气分离单元，所述空气分离单元与所述生物质发电单元的氧气入口连接。
16.可选的，水预处理单元的出口与生物质发电单元中的水入口连接。
17.一种所述的生物质负碳排放发电系统的工作方法，包括：生物质发电单元进行生物质发电产生电能；
18.生物质发电单元产生的烟气进入烟气预处理单元处理后进入二氧化碳制碳纳米管单元中，采用电化学方法制备碳纳米管；
19.生物质发电单元产生的废水经过水预处理单元处理后进入电解制氢单元，电解制氢单元产生的氢气经过氢气收集单元收集后进入二氧化碳制碳纳米管单元中，采用电化学方法制备碳纳米管。
20.可选的，所述二氧化碳制碳纳米管单元得到的产物进入碳纳米管精制单元进行精制。
21.可选的，所述电解制氢单元产生的氧气经过氧气收集单元收集后进入所述生物质单元。
22.可选的，所述生物质发电单元产生的电能通过输电线路向二氧化碳制碳纳米管单元提供电能。
23.可选的，空气分离单元分离得到的氧气进入所述生物质发电单元中进行生物质发电。
24.可选的，水预处理单元产生的循环水进入生物质发电单元中，实现了废水的循环利用。
25.可选的，所述生物质发电单元中反应气氛中的含氧量为0.5v/v％-5v/v％。
26.可选的，所述二氧化碳制碳纳米管单元中原料气h2：co2摩尔比为2.15～5.27。
27.本实用新型中生物质广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。
28.本实用新型技术方案，具有如下优点：
29.1.本实用新型提供的一种生物质负碳排放发电系统，包括：生物质发电单元；所述生物质发电单元的烟气出口与烟气预处理单元的入口连接，所述烟气预处理单元的出口与二氧化碳制碳纳米管单元的co2入口连接；所述生物质发电单元的废水出口与水预处理单元的入口连接，所述水预处理单元的出口与电解制氢单元的水入口连接；所述电解制氢单元的氢气出口与氢气收集单元的入口连接，所述氢气收集单元的出口与所述二氧化碳制碳纳米管单元的氢气入口连接；本实用新型发现生物质中的硫、氮等非金属含量低，燃烧产生的含硫化合物、氮氧化物较少，生物质发电产生的烟气经预处理后可以直接用于电化学法制备碳纳米管，无需二氧化碳捕集，从而提出了本实用新型的生物质负碳排放发电系统，在系统中，生物质发电单元产生的烟气进入烟气预处理单元处理后进入二氧化碳制碳纳米管
单元中，采用电化学方法制备碳纳米管，生物质发电单元的废水经预处理后进行电解制氢得到的氢气送入二氧化碳制碳纳米管单元中采用电化学方法制备碳纳米管，上述系统中可有效地减少二氧化碳的排放，不仅提高了生物质利用率，生成的产品有较高的经济价值，而且实现了co2负排放。
30.2.本实用新型提供的一种生物质负碳排放发电系统，所述电解制氢单元的氧气出口与氧气收集单元的入口连接，所述氧气收集单元的出口与所述生物质单元的氧气入口连接，实现生物质的全组分利用。
31.3.本实用新型提供的一种生物质负碳排放发电系统，二氧化碳制碳纳米管单元与烟气预处理单元和氢气收集单元的连接管路上均设有控制阀，能够协同控制进入二氧化碳制碳纳米管单元的氢气和预处理的烟气的量，进而控制碳纳米管的制备。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本实用新型实施例1中生物质负碳排放发电系统结构示意图；
34.附图标记：
35.1-生物质发电单元，2-烟气预处理单元，3-二氧化碳制碳纳米管单元，4-碳纳米管精制单元，5-水预处理单元，6-电解制氢单元，7-氢气收集单元，8-氧气收集单元，9-空气分离单元。
具体实施方式
36.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本实用新型，并不局限于所述最佳实施方式，不对本实用新型的内容和保护范围构成限制，任何人在本实用新型的启示下或是将本实用新型与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。
37.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
38.实施例1
39.本实施例提供了一种生物质负碳排放发电系统，如图1所示，包括：
40.生物质发电单元1；
41.所述生物质发电单元1的烟气出口与烟气预处理单元2的入口连接，所述烟气预处理单元2的出口与二氧化碳制碳纳米管单元3的co2入口连接；
42.所述生物质发电单元1的废水出口与水预处理单元5的入口连接，所述水预处理单元5的出口与电解制氢单元6的水入口连接；所述电解制氢单元6的氢气出口与氢气收集单元7的入口连接，所述氢气收集单元7的出口与所述二氧化碳制碳纳米管单元3的氢气入口连接。
43.在上述系统中，生物质发电单元1中进行发电产生的烟气，该烟气进入烟气预处理单元2，并经过烟气预处理单元2将烟气中的粉尘等杂质进行过滤预处理后直接进入二氧化碳制碳纳米管单元3中用于电化学法制备碳纳米管，生物质发电单元1中进行发电产生的废水，该废水经过水预处理单元5预处理，水处理单元5采用絮凝反应沉淀工艺除去原水中的悬浮物、胶体等杂质，使其符合水电解制氢的技术要求，水处理单元5处理后的水应符合水电解制氢系统技术要求gb/t 19774-2005，符合要求的水进入电解制氢单元6制得的氢气进入二氧化碳制碳纳米管单元3中用于电化学法制备碳纳米管，上述系统中可有效地减少二氧化碳的排放，不仅提高了生物质利用率，生成的产品有较高的经济价值，而且实现了co2负排放。
44.作为优化的实施方式，所述二氧化碳制碳纳米管单元3的产物出口与碳纳米管精制单元4连接，对制备的碳纳米管进行进一步精制。
45.作为优化的实施方式，所述电解制氢单元6的氧气出口与氧气收集单元8的入口连接，所述氧气收集单元8的出口与所述生物质单元1的氧气入口连接，实现生物质全组分的利用。
46.作为可替换的实施方式，所述生物质发电单元1通过输电线路与二氧化碳制碳纳米管单元3连接，实现系统内向二氧化碳制碳纳米管单元3提供电能进行电化学方法制备碳纳米管。
47.作为优化的实施方式，所述二氧化碳制碳纳米管单元3与烟气预处理单元2和氢气收集单元7的连接管路上均设有控制阀，通过设置控制阀，协同调控进入二氧化碳制碳纳米管单元3中二氧化碳和氢气的量，实现碳纳米管制备的控制。
48.作为优化的实施方式，所述水预处理单元5与电解制氢单元6和生物质发电单元1之间的连接管路上设有控制阀，由于控制阀的设置，可以协同调控水预处理单元5与电解制氢单元6以及水预处理单元5与生物质发电单元1的两条水路。
49.作为优化的实施方式，所述碳纳米管精制单元4与二氧化碳制碳纳米管单元3的连接管路上设有控制阀，控制碳纳米管精制单元4精制的量。
50.作为可替换的实施方式，还包括空气分离单元9，所述空气分离单元9与所述生物质发电单元1的氧气入口连接，在本实施方式中，生物质发电单元1的氧气来源于空气经过空气分离单元9获得的。
51.作为优化的实施方式，水预处理单元5的出口与生物质发电单元1中的水入口连接，水预处理单元5处理后的循环水大部分回到生物质发电单元1进行循环利用，少部分水送入电解制氢单元6进行电解制氢，实现资源充分利用。
52.实施例2
53.本实施例提供了一种利用实施例1的生物质负碳排放发电系统的工作方法，包括：
54.由生物质发电单元1进行生物质发电产生电能，在发电过程中，生物质发电单元1产生的烟气和废水经过如下两条路线进行处理和利用：
55.生物质发电单元1产生的烟气进入烟气预处理单元2处理后进入二氧化碳制碳纳米管单元3中，采用电化学方法制备碳纳米管；
56.生物质发电单元1产生的废水经过水预处理单元5处理后进入电解制氢单元6，电解制氢单元6产生的氢气经过氢气收集单元7收集后进入二氧化碳制碳纳米管单元3中，采
用电化学方法制备碳纳米管。
57.上述生物质发电单元1产生的烟气和废水经过两条路线进行处理和利用，可有效地减少生物质发电中二氧化碳的排放，不仅提高了生物质利用率，生成的产品有较高的经济价值，而且实现了co2负排放，且自动化程度高。
58.作为优化的实施方式，所述二氧化碳制碳纳米管单元3得到的产物进入碳纳米管精制单元4进行精制。
59.作为优化的实施方式，所述电解制氢单元6产生的氧气经过氧气收集单元8收集后进入所述生物质单元1，充分利用了生物质发电产生的废水资源。
60.作为可替换的实施方式，所述生物质发电单元1产生的电能通过输电线路向二氧化碳制碳纳米管单元3提供电能。
61.作为优化的实施方式，空气分离单元9分离得到纯的氮气和氧气，按要求配比，然后进入所述生物质发电单元1中进行生物质发电。
62.作为优化的实施方式，水预处理单元5产生的水进入生物质发电单元1中，水预处理单元5处理后的循环水大部分回到生物质发电单元1进行循环利用，少部分水送入电解制氢单元6进行电解制氢，实现资源充分利用
63.作为优化的实施方式，所述生物质发电单元1中反应气氛中的含氧量为0.5v/v％-5v/v％，在本实施例中选择3v/v％。
64.作为优化的实施方式，所述二氧化碳制碳纳米管单元中原料气h2：co2摩尔比为2.15～5.27，在本实施例中选择h2：co2摩尔比为3.5。
65.如图1所示，向生物质发电单元1中投料秸秆进行发电，生物质发电单元1中产生的烟气进入烟气预处理单元2处理，烟气预处理单元2将烟气中的粉尘等杂质进行过滤预处理后直接进入二氧化碳制碳纳米管单元3，采用电化学方法制备碳纳米管；生物质发电单元1产生的废水经过水预处理单元5处理，水处理单元5采用絮凝反应沉淀工艺除去原水中的悬浮物、胶体等杂质，使其符合水电解制氢的技术要求后进入电解制氢单元6，电解制氢单元6产生的氢气经过氢气收集单元7收集后进入二氧化碳制碳纳米管单元3中，采用电化学方法制备碳纳米管。所述二氧化碳制碳纳米管单元3的电能由生物质发电单元1产生的电能通过输电线路提供。通过控制二氧化碳制碳纳米管单元3与烟气预处理单元2和氢气收集单元7的连接管路上设有的控制阀，调控二氧化碳制碳纳米管单元中原料气h2：co2摩尔比为2.15～5.27，在本实施例中选择h2：co2摩尔比为3.5。二氧化碳制碳纳米管单元3得到的产物进入碳纳米管精制单元4进行精制。调控所述生物质发电单元1中反应气氛中的含氧量为0.5v/v％-5v/v％，在本实施例中选择3v/v％，生物质发电单元1的含氧反应气氛一部分来自空气分离单元9分离获得，一部分来自电解制氢单元6产生的氧气，电解制氢单元6产生的氧气经过氧气收集单元8收集后进入所述生物质单元1，通过上述两部分调控反应气氛中的含氧量。为节约资源，水预处理单元5处理后的循环水大部分回到生物质发电单元1进行循环利用。经检测，当秸秆投料量为200t/h，整个生物质发电系统的实现了负碳排放，每小时碳纳米管产量为43.1t/h。
66.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。