[发明专利]一种风光互补发电热解催化生物质合成天然气的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能、风能储存和生物质清洁利用以及有机垃圾处理处置方法。本发明通过电能转换系统将太阳能、风能转换为电能，再将所述的电能用于生物质和有机垃圾热解气化及电解水，通过催化使生物质和有机垃圾气化所得到的气体转化为合成天然气，用于城镇、农村社区能源供应。

背景技术

随着全球人口的高速增加及世界经济的发展, 煤和石油等石化能源的消耗迅猛增加,能源的枯竭迫在眉睫, 同时石化能源的大量消耗还引发了空气与水体污染, 植被破坏, 森林减少, 水土流失, 土壤沙化, 温室效应等一系列环境污染问题, 已引起了世界各国的严重关注。加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。

    太阳能和风能都是一种取之不尽，用之不竭的优质、廉价、卫生的可再生能源，且资源丰富，无地域限制，既可免费使用，又无开采运转，具有显著的能源、经济、生态和社会效益。同时，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性，白天光照强时风小，夜间光照弱时，风能由于地表温差变化大而增强。运用太阳能和风能是解决能源问题的根本和长期的途径。 但是，传统的能源可以根据需要调节供应，而太阳能和风能是间歇性的而且不能随需要来控制。要有效地运用太阳能和风能，能量储存是必须的，但是目前将太阳能和风能储存于电池和电解水制氢气效率低下，大规模长期储存能量非常昂贵。

    生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是以生物质为载体的一种可再生能源。生物质能的利用主要分为直接利用与间接( 转化) 利用。其中，生物质能的转化利用主要包括了热化学转化利用和生物化学转化利用。生物质能的热化学转化利用主要包括直接燃烧、热解、气化和液化等。生物质气化是在高温条件下，生物质与气化剂（空气、氧气和水蒸汽）反应得到小分子可燃气体的过程。此过程的实质是生物质中的C、H、O等元素的原子，在反应条件下按照化学键的成键原理，变成CO、CH₄、H₂等可燃性气体的分子。气化的关键问题是将生物质中可转化的物质最大限度的转化为热值尽可能高的气体。生物质气化是一个强吸热过程，气化的产品主要是氢气和一氧化碳，容易储存，也易于转化。气化技术提供了清洁的可再生能源，将分散的生物质转化为可用于各种场合的高质量的燃料和电能，适用范围广、规模灵活、经济上可行。然而，生物质气化技术在应用中也面临着不少急待解决的问题。例如焦油含量偏高，气化效率偏低，产率偏低，燃气中可燃气体浓度低，气化系统运行的稳定性差，生物质可燃气品质不易控制，对原料种类、颗粒尺寸的适应性差等。

另一方面，随着城镇化和新农村的建设，农村产生的农林废弃物的处置处理量越来越大，尤其是非降解的有机垃圾如电子产品，废旧轮胎等的对方必然占地，而填埋会引起未来地下水污染。因此，对生物质和有机垃圾的处置是城镇化过程急需解决的重要问题。

     天然气是一种高热值易输运的洁净燃料，在各国一次能源消费中比例越来越高，预计到2020 年我国对天然气的需求缺口可能达到 1000 亿立方米。面对天然气日益增长的需求量及持续攀升的价格，利用清洁可再生的生物质制备天然气逐渐受到关注。尤其是开发可经受多种杂质成分的甲烷化催化剂及工艺技术是今后的重要研究方向。林农废弃物和有机垃圾通过气化，生成含有甲烷的合成气，再经过净化处理，调节气化产物中的H₂/CO比，使得其适合于加氢反应，再进一步甲烷化，得到所需要的生物质合成天然气，不但能够实现林农废弃物和有机垃圾的能源化、资源化利用，而且能够缓解当前人类由于大量使用化石燃料而面临的能源危机和环境危机。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供风光互补发电热解催化生物质合成天然气的方法，通过电能转换系统将太阳能、风能转换为电能，再将所述的电能用于生物质气化和电解水，而电解水得到的产物氧气和氢气分别作为生物质气化剂和甲烷合成气，通过催化使生物质气体转化为合成天然气，使生物质能、太阳能和风能以合成天然气的形式储存和利用。

实现上述发明目的所采用的技术方案是：一种风光互补发电热解催化生物质合成天然气的方法，其特征在于，包括下列步骤：

１) 首先利用风光互补发电系统把可再生能源风能、太阳能转化为电能；

2) 上述电能一部分用于对水进行电解， 其产物为氧气和氢气；

3）上述电能的另一部分和水电解产物氧气用于对生物质和有机垃圾进行热解和气化；