CN201466111U

CN201466111U - 一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置

Info

Publication number: CN201466111U
Application number: CN2009200928325U
Authority: CN
Inventors: 肖英佳
Original assignee: 侯立春
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-01-06

Abstract

一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置。由产酸塔、固液分离塔、产甲烷塔、燃料电池、管形填料、球形填料、波纹管形电池组件通过管道、电路、机械分别连成一体构成一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置。该装置采用可再生有机物秸秆、畜粪、污水低能生物质为原料连续投料，同时生产高能量能源电能、热能、甲烷燃气，不产生废物不污染环境。

Description

一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种生物质能发电装置。

背景技术

在现代畜牧业生产中，通常会产生大量的生物质(秸秆、畜粪、污水)。处理困难、污染严重危害环境。同时由于大规模开发和利用矿物能源发电，已经产生全球关注的能源枯竭和环境污染，为此人类社会已经付出了巨大的代价，影响了社会的可持续发展。为此开发清洁可再生的环保生态能源-生物质能，已成为人类社会的共识和紧迫课题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置(生物质能发电装置)。该装置将有机物(秸秆、畜粪、污水)经细菌转化成可溶性挥发酸类甲烷基质，再由甲烷细菌转化成甲烷后经燃料电池转换成电能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由产酸塔1、固液分离塔2、产甲烷塔3、燃料电池4、管形填料5、球形填料6、波纹管形电池组件7通过管道、电路、机械分别连成一体构成生物质能发电装置。

按照上述安置，将有机物质秸秆、畜粪、污水其化学成份为多糖、蛋白脂和脂类，投入产酸塔(产酸消化器)与上升水流搅拌，在管形填料导流下混合，被发酵性细菌分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸，之后被微生物所吸收利用。发酵性细菌将上述可溶性物质吸收进入细胞后，经发酵作用将其转化为乙酸、丙酸、丁酸、脂肪酸和醇及氢、二氧化碳。其反应过程为：

(C₆H₁₀O₅)n+nH₂O→n(C₆H₁₂O₆)

2C₆H₁₂O₆→CH₃COOH+CH₃CH₂COOH+CH₃CH₂CH₂COOH+3CO₂+3H₂

其中蛋白质含量直接影响产气中氨及硫化氢的含量，氨基酸分解时生成的有机酸，可转化为甲烷、二氧化碳和水。

发酵性细菌将有机物分解发酵后产生的有机酸和醇类，必须由产氢产乙酸菌，将其分解转化为乙酸、氢和二氧化碳，其反应过程为：

CH₃CH₂CH₂COOH+2H₂O→CH₃COOH+CO₂+3H₂

CH₃CH₂CH₂COOH++2H₂O→2CH₃COOH+2H₂O

CH₃CH₂OH+H₂O→CH₃COOH+2H₂O

CH₃CHOHCOOH+H₂O→CH₃COOH+CO₂+2H₂

耗氢产乙酸菌分别利用H₂+CO₂生成乙酸，或代谢糖类产生乙酸。

其反应式为：2CO₂+4H₂→CH₃COOH+2H₂O

C₆H₁₂O₆→3CH₃COOH

按照上述装置，在产甲烷塔(产甲烷消化器)，产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它们在厌氧条件下，将前面细菌代谢终产物，在没有外源受氢体的工况下把乙酸和H₂/CO₂转化为气体产物CH₄/CO₂，其反应生成甲烷的自由能为：

H₂/CO₂：4H₂+CO₂→CH₄+2H₂O

4HCOOH→CH₄+3CO₂+2H₂O

4CH₃OH→3CH₄+CO₂+2H₂O

CH₃COOH→CH₄+CO₂

按照上述装置，进入燃料电池(SOFC)的燃料-甲烷(CH₄)，在阴级(空气电极)上，氧分子得到电子被还原为氧离子O^2-，O₂+4e^-→2O^2-；氧离子在电解质隔两侧电势差与氧浓度差驱动力的作用下，通过电解质中的氧空位，定向跃迁到阳极，与燃料甲烷CH₄进行氧化反应，CH₄(g)+4O^2-→2H₂O(g)+CO₂+(g)+8e；结合氧离子生成水。电子通过外电路输送到阴极形成电流。

燃料电池总反应为：CH₄+2O₂→2H₂O+CO₂

有益效果

该装置采用可再生有机物秸秆、畜粪、污水低能生物质为原料连续投料，同时生产高能量能源电能、热能、甲烷燃气，不产生废物不污染环境。

附图说明

图1是本实用新型实施例1结构原理图。

图2是本实用新型管形填料结构图。

图3是本实用新型球形填料结构图。

图4是本实用新型波纹管形电池组件结构图。

具体实施方式

产酸塔1包括上、下端封闭的圆筒形塔体，上部、下部分别有进料口、排料口，中部垂直安放紧密排列的管型填料5，下部一侧有进水口，上部另一侧有出水口。

分离塔2包括上、下端封闭的圆筒形塔体，上部一侧有进水口，顶部有出水口。

产甲烷塔3包括上、下端封闭的圆筒形塔体，顶部有排气口、底部有进水口、上部一侧有出水口，中部垂直安放管型填实5、球型填料6。

燃料电池4包括上、下端封闭的圆筒形塔体，中部安放波纹管型电池组件7，上部有排气口、下部有进气口。

通过管道将产酸塔出水口与分离塔进水口；分离塔出水口与产甲烷进水口；产甲烷塔排气口与燃料电池进气口分别连成一体构成生物质能发电装置。

其中，管形填料5、球形填料6由聚氯乙烯树脂，碳、铁、磷、钾陶土矿物质、钠、锌、镍、钴、钼、锰微量元素，发泡剂，增塑剂，稳定剂组成的原料，经搅拌、混合、冷却加入双螺杆聚氯乙烯发泡管挤出机挤出，冷却成空心上下口径一致的圆柱体，表面布满微孔的管形填料，或单螺杆聚氯乙烯发泡颗粒挤出机挤出，冷却成圆球体，表面布满微孔的球形填料。

其中，波纹管形电池组件7，从内到外分别由管形阴极(空气电极)、固体电解质膜、金属陶瓷阳极(燃料电极)组成；首先管形阴极由LaMnO₃氧化物阴极材料挤压成波纹管形，在阴极基础上用化学沉积或等离子喷涂使Y₂O₃-ZrO₂固体电解质材料形成电解质薄膜，之后在电解质基础上用气相沉积-浆料涂覆Y₂O₃/ZrO₂/TiO₂混合氧化物阳极材料形成阳极.其中，阴极制备成多孔的波纹管形电极，阳极制备成的多孔的薄膜电极，电解质制备成致密的薄膜，将阴极、电解质、阳极三层经过高温烧结连成一体，组成三合一波纹管形电池组件.

实施例1，以1000户乡村小城镇住宅为例，热能/电能联供或供应生活燃气为例，其主要技术参数设计如下：

原料：秸秆、畜粪、污水。TS 20％。消耗量5t/24h(干物质)。

产酸塔：COD50000mg/L。BOD25000mg/L。发酵温度65℃。HTR80h。SRT100h。

产甲烷塔：发酵温度40℃。HRT24h。MRT100d。粗甲烷产量2000M³/24h。PSA分离后纯度CH₄99.9％。

燃料电池(SOFC)：输出功率500KW×2。输出热量：4500KW当量热能量或供应生活燃气2000M³/24h。CH470％。CO₂30％。

Claims

1.一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置，由产酸塔(1)、固液分离塔(2)、产甲烷塔(3)、燃料电池(4)、管形填料(5)、球形填料(6)、波纹管形电池组件(7)通过管道、电路、机械分别连成一体构成生物质能发电装置，其特征是：通过管道将产酸塔出水口与分离塔进水口；分离塔出水口与产甲烷进水口；产甲烷塔排气口与燃料电池进气口分别连成一体构成一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置。

2.根据权利要求1所述的一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置，其特征是：管形填料(5)为空心上下口径一致的圆柱体，表面布满微孔的管形填料。

3.根据权利要求1所述的一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置，其特征是：球形填料(6)为圆球体，表面布满微孔的球形填料。

4.根据权利要求1所述的一种秸秆、畜粪、污水、生物质能发电装置，其特征是：波纹管形电池组件(7)阴极制备成多孔的波纹管形电极，阳极制备成的多孔的薄膜电极，电解质制备成致密的薄膜，将阴极、电解质、阳极三层经过高温烧结连成一体，组成三合一波纹管形电池组件。