一種發電的方法「太陽草電」的製作方法

2023-06-24 05:33:01 1

專利名稱：一種發電的方法「太陽草電」的製作方法
技術領域：
本發明涉及把太陽能和生物質能加合起來進行制氫發電的技術。
二背景技術：
通常太陽能發電，主要是用半導體矽太陽電池進行。生物質能發電，則是通過生物質燃燒或沼氣燃燒進行發電。兩種發電方
法， 一是各.自獨立，分道揚標r既不相互利用y，更無協同效應；二是兩種發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
發明內容
為了克服已有技術之不足，1984年我們在《四川科技發展戰略文選》書中提出把太陽能與生物持能結起來發電即使太陽能發電效率提高，又使生物質能資源得到充分利用。.生物質能資源包括草、桔杆、人畜類、村枝葉、農村垃圾等。針對四川現有可利用草場達2.5億畝，人工管理，種植良種草，年產草可達3-5億噸。太陽能也非常豐富，綜合利用這兩種資源制氫發電，簡稱"太陽草電"。本發明進一步公開"太陽草電"的一些實質內容。
首先認識以上多樣化生物質能資源的共性(1)它們的主成份都是纖維素、木質素、半纖維素三種。正因為如此，而有它
們的"炭化"產物也基本一致(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,質的"炭化"過程，是放熱過程具有較大熱效應，它們在炭化窯、釜中密閉"炭化"，除啟動而外，基本上不消耗外加能量，
自動升溫獲得炭化產物(如用湯辛工業窯)；(3)生物質為可燃有
機化合物，它們的燃燒熱在任何情況也不等於其分解的個別組分燃燒熱的總和。有些化合物的燃燒熱，低於其個別組分燃燒熱的總和，而另一些化合物的燃燒熱則高於其個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熱物質的基礎。
本發明中選用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)的反應熱進行複分解反應，得到組分為2C0和組分2H2，這些組分的燃燒熱的總和遠大於CH4本身的燃燒熱。
(4)'生物質能資源另一特徵(與石油、煤、天燃氣、鈾235等大於相同)是可以形成封閉循環，即從某化合物開始，經由一.系列化學反應後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和水轉化為多醣體，草木質生物質。再經2、 b-生物發酵——在沼氣池中，草木殘渣在沼氣菌作用下，把草木殘渣變為沼氣甲垸和沿渣。接著進行3、c-炭^^作用；通過隔氧加熱把幹沿渣轉變為木炭和揮發物(含小部分木炭甲烷)。再進行4、 d-水分解在未超過90(TC時加熱，水蒸汽與木炭作用產生C02和氫氣(木炭氫)。5、 e-太陽複分解，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，複分解為一氧化炭CO和氫氣(太陽氫)
C02+CH4^ 2C0+2H2 。最後6、 f-電化學燃燒，在氫燃料電池中，
4木炭氫、太陽氫與空氣氧作用，產生電力和水、水再與大氣C02
在l、 a-光合作用中返回以上循環。
"太陽草電"使用的循環群是等值群中的[bcdefa]，為了簡化說明，結合一些實施例(施大1000倍計算)按太一陽草電工藝流程圖一進行實量闡述。
設備釜A—一個改進了湯辛窯，釜壁四周高保溫，內壁耐高溫，釜頂有密封加料鬥和出氣管，底部插進超導熱管組進入釜內，也帶一個進氣管。cde化學反應都在此釜中進行。
附圖一中2、 b—生物發酵1000kg幹糞、乾草混合物，在沼氣池中發酵，產生沼氣300m3 (CH460%)，比重0.56計沼氣giUOO. 8kg，牛沼渣899. 2kg,。
附圖一中3、 c一炭化作用幹沼渣899.2kg裝入釜A，底部加熱，由超導熱瞀把熱量引入裝料中，升溫到45(TC啟動炭化作用後，停止加熱，靠反應放熱維持反應繼續進行，產生木炭360kg。木炭留釜中形成木炭層，不凝氣體中"木炭甲垸"30kg暫儲於木炭甲垸罐，木醋液送化工車間。
附圖一中4、 d—水分解由釜A底通入水蒸氣經過800。C赤熱木炭層，該溫度是由下述供熱方法來維持；由於只維持80(TC，未超過90(TC以上，水煤氣反應C+ H20—C0+H2不發生，而進行如下4、 d-水分解為主的反應
C (木炭)+2H20 C02+2H2Q=-42. 18千卡/mol
mol: 12 44 2X2
實量360kg 1320kg y二120kg氫(木炭氫)
反應吸熱1320kgX1000X (-42. 18) /44=-1265400千卡
5供熱此熱量由上次循環留儲的下述反應e產生457. 8kgC0的燃燒熱1405124千卡來供應，由超導熱管把熱傳入木炭層使木炭赤熱來實現(C0燃燒熱3034千卡/m3，比重0.9885， 457. 8kgX3034 + 0. 9885=1405124千卡)。多出的燃燒熱用於變壓吸附分離混合氣體產物，其中C02暫儲於C02罐。120kg木炭氫H2用作最後f-電化學燃燒發電的一部分。
附圖一中5、 e-太陽複分解用"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，由超導熱管把聚焦太陽能熱量傳入釜內，溫度維持70CTC-80(TC發生複分解反應，因為釜中含部分殘留木炭(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)，同時發生5、 e-複分解如下
C02 + CH 4 .、 2C0 +2H2 Q=-61. 76千卡/
MOL; 44 16 —2X28 2X2
實量；359. 7kg 100. 8kg+30kg x=457. 8kC0 y=32. 7kgH]太陽氫)
反應吸熱；32. 7kgX1000X (-61.76)/2X2二504888千卡，由下述太陽鏡提供。供熱；1263m2太陽鏡(多個平面鏡組合的凹面聚焦鏡)工作6小時(66. 6千卡/012時)，則太陽鏡提供能量1263X66. 6X6=504888千卡，滿足反應e使用需要。
分離；變壓吸附分離混合氣體產物，CO暫儲於CO罐用作下次循環d步驟加熱使用，分離所得"太陽H2"用作圖一中6、 f-電;f七學燃燒發電的另一部份H2燃料。
計算"太陽草電"的太陽能利用率單純用本步驟e反應所
6得"太陽氫"H2，進行燃料電池發電來計算。
由以上可知，太陽提供的總能量為504888/861=586. 3千瓦小 時所得"太陽氫"32. 7kg。它的氫燃料電池發電量32. 7kgX29150 XO. 5/861=533千瓦小時。(氫燃料電池效率0.5， 1千卡二1/861 千專小時，29150千卡/kg氫的燃燒熱)，由於5、 g-複分解為可 逆反應，實際回收氫量80%，則發電量為553X0.8=443千瓦小時。
於是太陽能發電利用率443/586.3=75.5%，大於其它方法的 太陽能發電利用率(《18%)。
附圖一中6、 f-電化學燃燒用d步產生的120kg "木炭氫" 和e步產生的32. 7X0. 8=26. 16kg太陽H2，共146. 2kg氫用於在 我國已基本成熟的氫燃料電池中電化學燃燒發電，則得"太陽草 電"總發電量146. 2kgX29150千卡/kgX0. 5/861=2475千瓦小 時。約相當於1噸汽油發電量(1000kgX 11000千卡/kgX 0. 18/861=2299. 7千專小時)。 —
發電產生的H20和以前步聚CO燃燒產生的C02都返回a步光 合作用，完成封閉循環[bcdefa]，無多餘C02去增加溫室效應層 厚度，環境友好。
4、對照現有技術本發明的有益效果是
設一村100家農戶'，平均每戶每日提供人畜糞、秸杆、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，把這些生物質能和太陽能充分利用起來，可得 H2146. 2kg，按上海"超越三號"汽車走200公裡耗氫1. 4kg，則 146.2kg氫，可供該類車100部(每戶一部)各行200公裡/日， 廢氣為水，該車無C02排放。由於[bcdefa]循環主要為氣體流動，
7"太陽草電"的循環系統中除用太陽能和生物質的化學放熱 而外，不用其它任何能源發電，這種發電，效率高於許多發電方 法。
實施例4上除已用到某些實施而外，1卜充實施用小型釜A， 裝入lkg乾料(草畜糞=1: 1)，升溫到45(TC，停止加熱，由
生物質自發熱，維持2小時反應得木炭490克，溜出木醋液309
克，不凝氣201克，化學分析如下
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
權利要求
1、一種簡稱為「太陽草電」的發電方法，其特徵是把太陽能和生物質能加合起來進行制氫發電。生物質由CO2和H2O在a-光合作用下形成，它經由下一步的b-生物發酵，C-炭化作用，d-水分解，e-太陽能複分解，f-電化學燃燒又變為CO2和H2O，於是形成一個由這些化學反應組成的封閉循環[abcdef]，該循環體系中由a-光合作用和e-複分解兩個化學反應吸收太陽能製得H2，H2經過f-電化學燃燒(氫燃料電池中)輸出電能，循環中產生的CO2、H2O返回封閉循環，無大氣汙染。生物質通過b-生物發酵得沼氣甲烷，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行e-太陽能複分解得CO和太陽氫，太陽氫+木炭氫+空氣氧進行f氫燃料電池電化學燃燒發電。c-炭化作用、d-水分解、e-複分解都是在一個釜A中不同時間、不同溫度下進行。
2、根據權利要求l，釜A的特徵是釜壁四周高保溫，內壁耐 高溫900°C，釜頂有密封加料鬥和出氣管，釜底部插進超導熱管 組進入釜內，還具有一個進氣管，排料口。
全文摘要
一種簡稱為「太陽草電」的發電方法，是把太陽能和生物質能資源(草、糞、竹木枝等)結合起來制「木炭氫」和「太陽能氫」。它們都用於電化學燃燒發電，結合後的太陽能發電效率理論上可達75.5％。1噸生物質能資源與太陽能586.3千瓦小時結合可發電2475千瓦小時。(約等於1噸普通汽油的發電量)。
文檔編號H01M14/00GK101459268SQ20071005073
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月11日 優先權日2007年12月11日
發明者正 古, 琦 古, 健 羅 申請人:古 琴