專利名稱：一種發(fā)電的方法“太陽草電”的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把太陽能和生物質(zhì)能加合起來進(jìn)行制氫發(fā)電的技術(shù)。
二背景技術(shù)：
通常太陽能發(fā)電，主要是用半導(dǎo)體硅太陽電池進(jìn)行。生物質(zhì)能發(fā)電，則是通過生物質(zhì)燃燒或沼氣燃燒進(jìn)行發(fā)電。兩種發(fā)電方
法， 一是各.自獨(dú)立，分道揚(yáng)標(biāo)r既不相互利用y，更無協(xié)同效應(yīng)；二是兩種發(fā)電過程中能量利用率都較低(《18%)，所以對可再生
資源總利用效果很不理想。
三
發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)之不足，1984年我們在《四川科技發(fā)展戰(zhàn)略文選》書中提出把太陽能與生物持能結(jié)起來發(fā)電即使太陽能發(fā)電效率提高，又使生物質(zhì)能資源得到充分利用。.生物質(zhì)能資源包括草、桔桿、人畜類、村枝葉、農(nóng)村垃圾等。針對四川現(xiàn)有可利用草場達(dá)2.5億畝，人工管理，種植良種草，年產(chǎn)草可達(dá)3-5億噸。太陽能也非常豐富，綜合利用這兩種資源制氫發(fā)電，簡稱"太陽草電"。本發(fā)明進(jìn)一步公開"太陽草電"的一些實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
首先認(rèn)識(shí)以上多樣化生物質(zhì)能資源的共性(1)它們的主成份都是纖維素、木質(zhì)素、半纖維素三種。正因?yàn)槿绱?，而有?br> 們的"炭化"產(chǎn)物也基本一致(略有差別)木炭，木醋液(醋酸、
甲醇、丙酮、焦油、水)，不凝氣(C02、 C仏、少暈C0、 H2); (2)
3是生物,質(zhì)的"炭化"過程，是放熱過程具有較大熱效應(yīng)，它們在炭化窯、釜中密閉"炭化"，除啟動(dòng)而外，基本上不消耗外加能量，
自動(dòng)升溫獲得炭化產(chǎn)物(如用湯辛工業(yè)窯)；(3)生物質(zhì)為可燃有
機(jī)化合物，它們的燃燒熱在任何情況也不等于其分解的個(gè)別組分燃燒熱的總和。有些化合物的燃燒熱，低于其個(gè)別組分燃燒熱的總和，而另一些化合物的燃燒熱則高于其個(gè)別組分燃燒熱的總和。在"太陽草電"中充分利用前者作為獲得大量發(fā)熱物質(zhì)的基礎(chǔ)。
本發(fā)明中選用CH4，如果把C&與不燃物C02混合在〈800'C溫度下，提供61. 76千卡/niol (由太陽能提供)的反應(yīng)熱進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，得到組分為2C0和組分2H2，這些組分的燃燒熱的總和遠(yuǎn)大于CH4本身的燃燒熱。
(4)'生物質(zhì)能資源另一特征(與石油、煤、天燃?xì)?、?35等大于相同)是可以形成封閉循環(huán)，即從某化合物開始，經(jīng)由一.系列化學(xué)反應(yīng)后還是回到某化合物自身。例如"太陽草電"工藝流程圖附圖
一從大氣C02+H20幵始，依次經(jīng)由l、 a二光合作用——在太陽光作用下，植物葉緣素把大氣C02和水轉(zhuǎn)化為多醣體，草木質(zhì)生物質(zhì)。再經(jīng)2、 b-生物發(fā)酵——在沼氣池中，草木殘?jiān)谡託饩饔孟?，把草木殘?jiān)優(yōu)檎託饧综脱卦?。接著進(jìn)行3、c-炭^^作用；通過隔氧加熱把干沿渣轉(zhuǎn)變?yōu)槟咎亢蛽]發(fā)物(含小部分木炭甲烷)。再進(jìn)行4、 d-水分解在未超過90(TC時(shí)加熱，水蒸汽與木炭作用產(chǎn)生C02和氫氣(木炭氫)。5、 e-太陽復(fù)分解，首先把沼氣甲烷、木炭甲烷混合與C02—道在聚黑太陽能作用下，復(fù)分解為一氧化炭CO和氫氣(太陽氫)
C02+CH4^ 2C0+2H2 。最后6、 f-電化學(xué)燃燒，在氫燃料電池中，
4木炭氫、太陽氫與空氣氧作用，產(chǎn)生電力和水、水再與大氣C02
在l、 a-光合作用中返回以上循環(huán)。
"太陽草電"使用的循環(huán)群是等值群中的[bcdefa]，為了簡化說明，結(jié)合一些實(shí)施例(施大1000倍計(jì)算)按太一陽草電工藝流程圖一進(jìn)行實(shí)量闡述。
設(shè)備釜A—一個(gè)改進(jìn)了湯辛窯，釜壁四周高保溫，內(nèi)壁耐高溫，釜頂有密封加料斗和出氣管，底部插進(jìn)超導(dǎo)熱管組進(jìn)入釜內(nèi)，也帶一個(gè)進(jìn)氣管。cde化學(xué)反應(yīng)都在此釜中進(jìn)行。
附圖一中2、 b—生物發(fā)酵1000kg干糞、干草混合物，在沼氣池中發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣300m3 (CH460%)，比重0.56計(jì)沼氣giUOO. 8kg，牛沼渣899. 2kg,。
附圖一中3、 c一炭化作用干沼渣899.2kg裝入釜A，底部加熱，由超導(dǎo)熱瞀把熱量引入裝料中，升溫到45(TC啟動(dòng)炭化作用后，停止加熱，靠反應(yīng)放熱維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)生木炭360kg。木炭留釜中形成木炭層，不凝氣體中"木炭甲垸"30kg暫儲(chǔ)于木炭甲垸罐，木醋液送化工車間。
附圖一中4、 d—水分解由釜A底通入水蒸氣經(jīng)過800。C赤熱木炭層，該溫度是由下述供熱方法來維持；由于只維持80(TC，未超過90(TC以上，水煤氣反應(yīng)C+ H20—C0+H2不發(fā)生，而進(jìn)行如下4、 d-水分解為主的反應(yīng)
C (木炭)+2H20 C02+2H2Q=-42. 18千卡/mol
mol: 12 44 2X2
實(shí)量360kg 1320kg y二120kg氫(木炭氫)
反應(yīng)吸熱1320kgX1000X (-42. 18) /44=-1265400千卡
5供熱此熱量由上次循環(huán)留儲(chǔ)的下述反應(yīng)e產(chǎn)生457. 8kgC0的燃燒熱1405124千卡來供應(yīng)，由超導(dǎo)熱管把熱傳入木炭層使木炭赤熱來實(shí)現(xiàn)(C0燃燒熱3034千卡/m3，比重0.9885， 457. 8kgX3034 + 0. 9885=1405124千卡)。多出的燃燒熱用于變壓吸附分離混合氣體產(chǎn)物，其中C02暫儲(chǔ)于C02罐。120kg木炭氫H2用作最后f-電化學(xué)燃燒發(fā)電的一部分。
附圖一中5、 e-太陽復(fù)分解用"木炭甲烷"30kg (來自木炭甲烷罐)加上沼氣甲垸100. 8kg (來自沼氣池)與來自C02罐的359. 7kgC02混合，由釜底通入釜內(nèi)，由超導(dǎo)熱管把聚焦太陽能熱量傳入釜內(nèi)，溫度維持70CTC-80(TC發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，因?yàn)楦泻糠謿埩裟咎?或有意由氣體帶微02)作為活化劑，在此溫度下C02幾乎完全生成C0 (如果使用煤焦炭則需1000°C-IIO(TC)，同時(shí)發(fā)生5、 e-復(fù)分解如下
C02 + CH 4 .、 2C0 +2H2 Q=-61. 76千卡/
MOL; 44 16 —2X28 2X2
實(shí)量；359. 7kg 100. 8kg+30kg x=457. 8kC0 y=32. 7kgH]太陽氫)
反應(yīng)吸熱；32. 7kgX1000X (-61.76)/2X2二504888千卡，由下述太陽鏡提供。供熱；1263m2太陽鏡(多個(gè)平面鏡組合的凹面聚焦鏡)工作6小時(shí)(66. 6千卡/012時(shí))，則太陽鏡提供能量1263X66. 6X6=504888千卡，滿足反應(yīng)e使用需要。
分離；變壓吸附分離混合氣體產(chǎn)物，CO暫儲(chǔ)于CO罐用作下次循環(huán)d步驟加熱使用，分離所得"太陽H2"用作圖一中6、 f-電;f七學(xué)燃燒發(fā)電的另一部份H2燃料。
計(jì)算"太陽草電"的太陽能利用率單純用本步驟e反應(yīng)所
6得"太陽氫"H2，進(jìn)行燃料電池發(fā)電來計(jì)算。
由以上可知，太陽提供的總能量為504888/861=586. 3千瓦小 時(shí)所得"太陽氫"32. 7kg。它的氫燃料電池發(fā)電量32. 7kgX29150 XO. 5/861=533千瓦小時(shí)。(氫燃料電池效率0.5， 1千卡二1/861 千專小時(shí)，29150千卡/kg氫的燃燒熱)，由于5、 g-復(fù)分解為可 逆反應(yīng)，實(shí)際回收氫量80%，則發(fā)電量為553X0.8=443千瓦小時(shí)。
于是太陽能發(fā)電利用率443/586.3=75.5%，大于其它方法的 太陽能發(fā)電利用率(《18%)。
附圖一中6、 f-電化學(xué)燃燒用d步產(chǎn)生的120kg "木炭氫" 和e步產(chǎn)生的32. 7X0. 8=26. 16kg太陽H2，共146. 2kg氫用于在 我國已基本成熟的氫燃料電池中電化學(xué)燃燒發(fā)電，則得"太陽草 電"總發(fā)電量146. 2kgX29150千卡/kgX0. 5/861=2475千瓦小 時(shí)。約相當(dāng)于1噸汽油發(fā)電量(1000kgX 11000千卡/kgX 0. 18/861=2299. 7千專小時(shí))。 —
發(fā)電產(chǎn)生的H20和以前步聚CO燃燒產(chǎn)生的C02都返回a步光 合作用，完成封閉循環(huán)[bcdefa]，無多余C02去增加溫室效應(yīng)層 厚度，環(huán)境友好。
4、對照現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的有益效果是
設(shè)一村100家農(nóng)戶'，平均每戶每日提供人畜糞、秸桿、草竹 木枝葉10kg，在沼氣池上安裝1263m2太陽聚焦鏡，由太陽草電 [bcdefa]循環(huán)，把這些生物質(zhì)能和太陽能充分利用起來，可得 H2146. 2kg，按上海"超越三號(hào)"汽車走200公里耗氫1. 4kg，則 146.2kg氫，可供該類車100部(每戶一部)各行200公里/日， 廢氣為水，該車無C02排放。由于[bcdefa]循環(huán)主要為氣體流動(dòng)，
7"太陽草電"的循環(huán)系統(tǒng)中除用太陽能和生物質(zhì)的化學(xué)放熱 而外，不用其它任何能源發(fā)電，這種發(fā)電，效率高于許多發(fā)電方 法。
實(shí)施例4上除已用到某些實(shí)施而外，1卜充實(shí)施用小型釜A， 裝入lkg干料(草畜糞=1: 1)，升溫到45(TC，停止加熱，由
生物質(zhì)自發(fā)熱，維持2小時(shí)反應(yīng)得木炭490克，溜出木醋液309
克，不凝氣201克，化學(xué)分析如下
不凝氣體C0270. 8克，C040. 1克，CH450. 0克，損耗40. 1
克
/木醋液焦油86.2克，醋酸60.2，甲醇9克，丙酮1克， 水152. 6克。
8
權(quán)利要求
1、一種簡稱為“太陽草電”的發(fā)電方法，其特征是把太陽能和生物質(zhì)能加合起來進(jìn)行制氫發(fā)電。生物質(zhì)由CO2和H2O在a-光合作用下形成，它經(jīng)由下一步的b-生物發(fā)酵，C-炭化作用，d-水分解，e-太陽能復(fù)分解，f-電化學(xué)燃燒又變?yōu)镃O2和H2O，于是形成一個(gè)由這些化學(xué)反應(yīng)組成的封閉循環(huán)[abcdef]，該循環(huán)體系中由a-光合作用和e-復(fù)分解兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)吸收太陽能制得H2，H2經(jīng)過f-電化學(xué)燃燒(氫燃料電池中)輸出電能，循環(huán)中產(chǎn)生的CO2、H2O返回封閉循環(huán)，無大氣污染。生物質(zhì)通過b-生物發(fā)酵得沼氣甲烷，沼渣通過c-炭化作用得木炭+木炭甲烷，木炭通過d-水分解得CO2和木炭氫，沼氣甲烷+木炭甲烷+CO2在聚焦太陽能作用下進(jìn)行e-太陽能復(fù)分解得CO和太陽氫，太陽氫+木炭氫+空氣氧進(jìn)行f氫燃料電池電化學(xué)燃燒發(fā)電。c-炭化作用、d-水分解、e-復(fù)分解都是在一個(gè)釜A中不同時(shí)間、不同溫度下進(jìn)行。
2、根據(jù)權(quán)利要求l，釜A的特征是釜壁四周高保溫，內(nèi)壁耐 高溫900°C，釜頂有密封加料斗和出氣管，釜底部插進(jìn)超導(dǎo)熱管 組進(jìn)入釜內(nèi)，還具有一個(gè)進(jìn)氣管，排料口。
全文摘要
一種簡稱為“太陽草電”的發(fā)電方法，是把太陽能和生物質(zhì)能資源(草、糞、竹木枝等)結(jié)合起來制“木炭氫”和“太陽能氫”。它們都用于電化學(xué)燃燒發(fā)電，結(jié)合后的太陽能發(fā)電效率理論上可達(dá)75.5％。1噸生物質(zhì)能資源與太陽能586.3千瓦小時(shí)結(jié)合可發(fā)電2475千瓦小時(shí)。(約等于1噸普通汽油的發(fā)電量)。
文檔編號(hào)H01M14/00GK101459268SQ20071005073
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者正 古, 琦 古, 健 羅 申請人:古 琴