[发明专利]一种风光互补发电耦合生物质超临界水气化制氢方法和系统

说明书

本发明公开了一种制氢系统，包括产能单元、原料处理单元和制氢单元；产能单元将风电电能和光伏电能传递给制氢单元，原料处理单元对生物质原料进行前处理并将其输送至制氢单元，制氢单元进行生物质超临界水气化制氢并对氢气进行分离纯化。本发明的系统能够实现生物质的资源化处理，为构建低成本、清洁高效的制氢体系、实现双碳目标提供可行性路径。

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，尤其是涉及一种风光互补发电耦合生物质超临界水气化制氢系统，可用于新能源电力、清洁能源、有机固废资源化等行业。

背景技术

全球变暖和化石资源枯竭是威胁人类社会可持续发展的严重问题。破除能源壁垒，推进能源与产业低碳化发展已成为必不可挡的趋势。氢能作为一种能量密度较高的二次清洁可再生能源，是一种理想的替代能源，对于转变能源利用结构，促进以再生能源为主导、多能互补的能源体系的构建具有重要价值。

目前，天然气重整、石油重整、煤气化是我国现阶段主流的制氢方式，这种方式对于化石燃料的消耗和对环境的污染均是不可逆转的，违背了低碳可持续发展的原则。传统的电解水制氢也是大规模产氢的一种方式，但其利用传统供电模式产生的能耗较高、成本昂贵，全寿命周期的碳排放较高。因此开发一种可持续低碳的绿色产氢模式迫在眉睫。

生物质作为一种可再生能源开始进入人们的视野，其蕴含的生物质能尚未得到充分的利用。目前，对于生物质的利用方式主要有燃烧、热解液化气化、发电、发酵等，然而以上方式针对湿生物质处理耗费成本巨大，经济适用性低。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种风光互补发电耦合生物质超临界水气化制氢系统。

一方面，提供了一种制氢方法，包括如下步骤：

(1)将生物质原料和催化剂加入到进料装置，制成混合料；

(2)所述混合料加入到反应器，并向反应器中输入去离子水，进行生物质超临界水气化制氢反应，产生气体；

(3)所述气体从反应器输出，经过换热装置进行换热降温和冷却装置进行冷却之后进行分离，得到氢气。

可选地，在步骤(1)中，所述生物质原料是餐厨垃圾、农林作物残留物、畜牧业废弃物或污水污泥；

优选地，所述农林作物残留物是甘蔗渣、杏仁壳、玉米芯和小麦秸秆中的任意一种或多种；

优选地，所述生物质原料先经过破碎机进行破碎和研磨机进行研磨至粒径不超过1mm且优选不超过0.5mm，然后再输入进料装置；

优选地，进一步向进料装置加入羧甲基纤维素钠。

可选地，在步骤(1)中，所述催化剂是均相催化剂或非均相催化剂；

优选地，所述均相催化剂是碱性催化剂，更优选地，所述碱性催化剂是NaOH、Ca(OH)₂、Na₂CO₃和KOH中的任意一种或多种；

优选地，所述非均相催化剂是过渡金属催化剂和/或金属氧化物催化剂；更优选地，所述过渡金属催化剂和载体结合进行使用，尤其优选地，所述过渡金属催化剂是Ni/AC、Ni/MgO、Ni/CeO₂/Al₂O₃、Ru/Y₂O₃和Pd/C中的任意一种或多种。

可选地，在步骤(2)中，所述生物质超临界水气化制氢反应的温度是不低于500℃，压力是22～30MPa，反应时间是20～60秒。

可选地，在步骤(3)中，所述换热装置产生的热能输送至预热装置以便对所述冷却装置冷却产生的去离子水进行预热，然后将其输送至反应器和/或进料装置。