CN210560361U - 基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，包括相连接的餐厨垃圾处理一体化装置和生物柴油预处理装置，均质池与餐厨垃圾处理一体化装置连接，厌氧消化罐与均质池连接，分离装置与厌氧消化罐连接，沼气罐与厌氧消化罐连接，脱硫脱碳装置与沼气罐连接，重整器与脱硫脱碳装置连接，纯化设备与重整器连接，氢气罐与纯化设备连接，合金储氢罐与氢气罐连接，燃料电池发电装置与合金储氢罐连接，餐厨垃圾回收车与合金储氢罐连接，通过合金储氢罐与氢气罐连接，将高纯氢气存储于合金储氢粉中，燃料电池发电装置与合金储氢罐连接发电，能量综合利用效率高、储能能力强。

Description

基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统

技术领域

本申请涉及能源系统技术领域，特别是涉及基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统。

背景技术

餐厨垃圾含有大量有机物、油脂、营养元素，具有很大的再利用价值。未来餐厨垃圾处理厂是能量与物质回收的高质工厂，而氢能技术的发展是餐厨垃圾处理的一个重大契机。

目前厌氧消化系统产生的沼气主要用于沼气拖动鼓风机、沼气发电、天然气并网和沼气锅炉等几种方式。其中，沼气拖动鼓风机是将沼气燃料的热能直接转化为动能，同时输出余热；沼气发电将沼气燃料的热能转化为电能和热能；天然气并网是将提纯净化后的天然气并入市政管网，供生产生活使用；沼气锅炉是利用锅炉直接燃烧沼气，输出热能。上述沼气利用方式能量综合利用效率较低，而且不具备储能能力。

实用新型内容

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，包括：餐厨垃圾处理一体化装置，其用于产生废油脂和流态垃圾；生物柴油预处理装置，其与所述餐厨垃圾处理一体化装置连接，用于对所述废油脂处理形成副产品生物柴油；均质池，其与所述餐厨垃圾处理一体化装置连接，用于对所述流态垃圾均质处理；厌氧消化罐，其与所述均质池连接，用于对所述流态垃圾进行厌氧反应产生沼渣和沼气；分离装置，其与所述厌氧消化罐连接，用于分离所述沼渣产生堆肥和污水；沼气罐，其与所述厌氧消化罐连接，用于储存所述沼气；脱硫脱碳装置，其与所述沼气罐连接，用于对所述沼气进行脱硫脱碳处理纯化处理形成天然气；重整器，其与所述脱硫脱碳装置连接，用于对第一部分所述天然气重整反应产生氢气和一氧化碳；纯化设备，其与所述重整器连接，用于对所述氢气过滤提纯获得高纯氢气；氢气罐，其与所述纯化设备连接，用于存储所述高纯氢气；合金储氢罐，其与所述氢气罐连接，用于将所述高纯氢气存储于所述合金储氢粉中；燃料电池发电装置，其与所述合金储氢罐连接，用于发电；餐厨垃圾回收车，其与所述合金储氢罐连接，用于运输所述高纯氢气。

在一个实施例中，还包括：锅炉，其与所述脱硫脱碳装置通过第十四管路连接，用于另一部分所述天然气燃烧产生热能；其中，所述锅炉还与所述重整器通过第十五管路连接，用于第一部分所述热能进入所述重整器，第一部分所述热能的温度为300℃-800℃。

在一个实施例中，所述锅炉还与所述合金储氢罐通过第十六管路连接，用于第二部分所述热能进入所述合金储氢罐释放氢气，第二部分所述热能的温度为50℃-60℃。

在一个实施例中，所述锅炉还与所述餐厨垃圾处理一体化装置和所述厌氧消化罐通过第十三管路连接，用于第三部分所述热能进入所述餐厨垃圾处理一体化装置和所述厌氧消化罐，第三部分所述热能的温度为30℃-50℃。

在一个实施例中，所述生物柴油预处理装置与所述餐厨垃圾处理一体化装置通过第一管路连接；所述均质池与所述餐厨垃圾处理一体化装置通过第二管路连接；所述厌氧消化罐与所述均质池通过第三管路连接；所述分离装置与所述厌氧消化罐通过第四管路连接；所述沼气罐与所述厌氧消化罐通过第五管路连接；所述脱硫脱碳装置与所述沼气罐通过第六管路连接；所述重整器与所述脱硫脱碳装置通过第七管路连接；所述纯化设备与所述重整器通过第八管路连接；所述氢气罐与所述纯化设备通过第九管路连接；所述合金储氢罐与所述氢气罐通过第十管路连接；所述燃料电池发电装置与所述合金储氢罐通过第十一管路连接；所述餐厨垃圾回收车与所述合金储氢罐通过第十二管路连接。

在一个实施例中，在所述第二管路安装有打浆机，在所述第三管路安装有第一泵，在所述第四管路安装第二泵。

本申请的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，通过合金储氢罐与氢气罐连接，将高纯氢气存储于合金储氢粉中，燃料电池发电装置与合金储氢罐连接发电，餐厨垃圾回收车与合金储氢罐连接，运输高纯氢气。发电效率高：相比沼气发电效率约30％，燃料电池发电装置的发电效率可达60％，可提高一倍。基于燃料电池发电装置和合金储氢罐技术的餐厨垃圾能量系统具有能量综合利用效率高、储能能力强、产生的电能和热能比例调节灵活，是实现餐厨垃圾处理厂能量自给自足的理想方式。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请一个实施例的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统的示意性框图。

图中标记：

1、餐厨垃圾处理一体化装置；2、生物柴油预处理装置；3、打浆机；4、均质池；5、第一泵；6、厌氧消化罐；7、第二泵；8、沼气罐；9、脱硫脱碳装置；10、重整器；11、纯化设备；12、氢气罐；13、合金储氢罐；14、燃料电池发电装置；15、餐厨垃圾回收车；16、锅炉；17、分离装置；18、第二管路；19、第三管路；20、第四管路；21、第五管路；22、第六管路；23、第七管路；24、第八管路；25、第九管路；26、第十管路；27、第十一管路；28、第十二管路；29、第十三管路；30、第十五管路；31、第十四管路；32、第十六管路；33、第一管路。

具体实施方式

图1是根据本申请一个实施例的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统的示意性框图。基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统一般性地可包括餐厨垃圾处理一体化装置1、生物柴油预处理装置2、均质池4、厌氧消化罐6、分离装置17、沼气罐8、脱硫脱碳装置9、重整器10、纯化设备11、氢气罐12、合金储氢罐13、燃料电池发电装置14和餐厨垃圾回收车15。其中，餐厨垃圾处理一体化装置1用于产生废油脂和流态垃圾。生物柴油预处理装置2与餐厨垃圾处理一体化装置1连接，用于对废油脂处理形成副产品生物柴油。均质池4与餐厨垃圾处理一体化装置1连接，用于对流态垃圾均质处理。厌氧消化罐6与均质池4连接，用于对流态垃圾进行厌氧反应产生沼渣和沼气。分离装置17与厌氧消化罐6连接，用于分离沼渣产生堆肥和污水。沼气罐8与厌氧消化罐6连接，用于储存沼气。脱硫脱碳装置9与沼气罐8连接，用于对沼气进行脱硫脱碳处理纯化处理形成天然气。重整器10与脱硫脱碳装置9连接，用于对一部分天然气重整反应产生氢气和一氧化碳。纯化设备11与重整器10连接，用于对氢气过滤提纯获得高纯氢气。氢气罐12与纯化设备11连接，用于存储高纯氢气。合金储氢罐13与氢气罐12连接，用于将高纯氢气存储于所述合金储氢粉中。燃料电池发电装置14与合金储氢罐13连接，用于发电。餐厨垃圾回收车15与合金储氢罐13连接，用于运输高纯氢气。其中，餐厨垃圾处理一体化装置1为现有的餐厨垃圾处理一体化装置，具体可参见中国专利：ZL201220434731.3。

本申请的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，通过合金储氢罐13与氢气罐12连接，将高纯氢气存储于合金储氢粉中，燃料电池发电装置14与合金储氢罐13连接发电，餐厨垃圾回收车15与合金储氢罐13连接，运输高纯氢气。发电效率高：相比沼气发电效率约30％，燃料电池发电装置14的发电效率可达60％，可提高一倍。基于燃料电池发电装置14和合金储氢罐13技术的餐厨垃圾能量系统具有能量综合利用效率高、储能能力强、产生的电能和热能比例调节灵活，是实现餐厨垃圾处理厂能量自给自足的理想方式。

如图1所示，在实施例中，还包括锅炉16，锅炉16与脱硫脱碳装置9通过第十四管路31连接，用于另一部分天然气燃烧产生热能。锅炉16还与重整器10通过第十五管路30连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。第一部分热能进入所述重整器10，以供热能，提高对天然气重整反应产生氢气和一氧化碳效率。可选地，第一部分热能的温度为300℃-800℃，最佳温度为550℃，促进重整反应。

如图1所示，在实施例中，锅炉16还与合金储氢罐13通过第十六管路32连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。第二部分热能进入所述合金储氢罐13释放氢气，用于合金储氢罐13供热使高纯氢气存储于合金储氢粉中。可选地，第二部分热能的温度为50℃-60℃，促进储氢。

如图1所示，在实施例中，锅炉16还与餐厨垃圾处理一体化装置1和厌氧消化罐6通过第十三管路29连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。用于第三部分热能进入所述餐厨垃圾处理一体化装置1和厌氧消化罐6。可选地，第三部分热能的温度为30℃-50℃，最佳温度为40℃，促进餐厨垃圾处理一体化装置1产生废油脂流态垃圾和促进厌氧反应产生。

如图1所示，在实施例中，生物柴油预处理装置2与餐厨垃圾处理一体化装置1通过第一管路33连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。均质池4与餐厨垃圾处理一体化装置1通过第二管路18连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。厌氧消化罐6与均质池4通过第三管路19连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。分离装置17与厌氧消化罐6通过第四管路20连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。沼气罐8与厌氧消化罐6通过第五管路21连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。脱硫脱碳装置9与沼气罐8通过第六管路22连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。重整器10与脱硫脱碳装置9通过第七管路23连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。纯化设备11与重整器10通过第八管路24连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。氢气罐12与纯化设备11通过第九管路25连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。合金储氢罐13与氢气罐12通过第十管路26连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。燃料电池发电装置14与合金储氢罐13通过第十一管路27连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。餐厨垃圾回收车15与合金储氢罐13通过第十二管路28连接，该连接方式可以是焊接或螺纹连接，牢固耐用。

如图1所示，在实施例中，在第二管路18安装有打浆机3，用于打浆，在第三管路19安装有第一泵5，用于输送均质处理后的流态垃圾，在第四管路20安装第二泵7，用于输送生沼渣和沼气。需要说明书的是，第一泵5和第二泵7均为现有的泵。

如图1所示，在实施例中，以日处理200吨的餐厨垃圾处理厂为例，餐厨垃圾制天然气和天然气供热子系统工艺流程如下：餐厨垃圾经过餐厨垃圾处理一体化装置1(给料、破袋、磁选、分拣、制浆、三相分离、油水分离、加热)等预处理过程，其中分离出来的油经过进一步处理转变为生物柴油，其他过程产物通过打浆机3输送至均质池4进行搅拌和过滤。然后送至厌氧消化罐6产生沼气，约14000m3。经过脱硫脱碳装置9脱硫、脱碳、提纯、增压转化为天然气，约9600m3。其中约2400m3用于燃料，为天然气重整制氢提供高品质热量，其余热还可以用于破碎/磁选/制浆/分离等预处理装置和合金储氢罐释放氢气。

天然气制氢及储能发电子系统工艺流程如下：剩余约7200m3天然气经过蒸汽转化、CO变换、氢气提纯等工艺转变为高纯氢气，约22000m3；制得的氢气有两种用法；

第一，可以直接用于燃料电池发电装置14发电、装配高压氢气瓶的餐厨垃圾回收车15驱动、加氢站出售氢气。根据餐厨垃圾处理系统的热量平衡，日产22000m3即约2000kg的氢气中需要约1000kg用于燃料电池发电装置14发电，其产生的余热可满足餐厨垃圾处理系统的需要。该供氢量可支持750kW的燃料电池发电装置14发电装置每天24h发电，日发电量约18MWh。剩余的氢气可满足一个1000kg级加氢站的耗氢需求，即可为150辆氢燃料公交车/餐厨垃圾回收车或1800辆氢燃料电池轿车提供氢气补给。如日产所有氢气均用于发电，可支持约1.5MW的燃料电池发电装置14发电，日发电量约36MWh，日供余热约54000MJ(以约70℃温水的形式)。

第二，可以通过合金储氢罐13将氢能储存起来，然后根据需要用于燃料电池发电装置14发电和餐厨垃圾回收车15驱动，也可以以氢气的形式出售。

具体使用时：

首先餐厨垃圾处理一体化装置1进行破碎、磁选、制浆和分离，产生废油脂和流态垃圾；其中废油脂在生物柴油预处理装置2中进一步处理产生副产品生物柴油。流态垃圾利用打浆机3输送至均质池4进行均质、缓存和水质调节，再通过第一泵5将流态垃圾输送到厌氧消化罐6进行厌氧反应产生沼渣和沼气。其中沼渣通过第二泵7输送到沼渣液槽及分离装置17产生堆肥和污水,产生的沼气储存在沼气罐8，然后通过脱硫脱碳装置9进行脱硫和脱碳等纯化工艺转变为天然气。天然气分两部分，一部分与水蒸气一起通过重整器10反应产生氢气、一氧化碳等气体，通过纯化装置11进行过滤提纯，获得的高纯氢气储存在储氢罐12中。根据具体需要，制得的高纯氢气可以直接用于燃料电池发电装置14发电、餐厨垃圾回收车15充氢和对外提供，也可以通过合金储氢罐13将氢气储存在储氢合金粉中用于储能，再根据具体需要，合金储氢罐13吸热脱氢直接用于燃料电池发电装置14发电、餐厨垃圾回收车15充氢和对外提供。

通过脱硫脱碳装置9进行脱硫和脱碳等纯化工艺转变为天然气的另一部分在锅炉16中燃烧产生热能，这些高品质热能先用于重整器10，一般需要加热到300℃～800℃。然后与燃料电池发电装置14的余热一起用于餐厨垃圾处理一体化装置1加热，一般需要加热到90℃左右。再然后用于合金储氢罐13释放氢气，一般需要加热到50℃～60℃。最后用于厌氧消化罐6，一般需要加热到30℃～50℃。

基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量利用率的方法具有能量综合利用效率高、储能能力强、产生的电能和热能比例调节灵活，是实现餐厨垃圾处理厂能量自给自足的理想方式。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，其特征在于，包括：

餐厨垃圾处理一体化装置(1)，其用于产生废油脂和流态垃圾；

生物柴油预处理装置(2)，其与所述餐厨垃圾处理一体化装置(1)连接，用于对所述废油脂处理形成副产品生物柴油；

均质池(4)，其与所述餐厨垃圾处理一体化装置(1)连接，用于对所述流态垃圾均质处理；

厌氧消化罐(6)，其与所述均质池(4)连接，用于对所述流态垃圾进行厌氧反应产生沼渣和沼气；

分离装置(17)，其与所述厌氧消化罐(6)连接，用于分离所述沼渣产生堆肥和污水；

沼气罐(8)，其与所述厌氧消化罐(6)连接，用于储存所述沼气；

脱硫脱碳装置(9)，其与所述沼气罐(8)连接，用于对所述沼气进行脱硫脱碳处理纯化处理形成天然气；

重整器(10)，其与所述脱硫脱碳装置(9)连接，用于对一部分所述天然气重整反应产生氢气和一氧化碳；

纯化设备(11)，其与所述重整器(10)连接，用于对所述氢气过滤提纯获得高纯氢气；

氢气罐(12)，其与所述纯化设备(11)连接，用于存储所述高纯氢气；

合金储氢罐(13)，其与所述氢气罐(12)连接，用于将所述高纯氢气存储于所述合金储氢粉中；

燃料电池发电装置(14)，其与所述合金储氢罐(13)连接，用于发电；

餐厨垃圾回收车(15)，其与所述合金储氢罐(13)连接，用于运输所述高纯氢气。

2.根据权利要求1所述的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，其特征在于，还包括：

锅炉(16)，其与所述脱硫脱碳装置(9)通过第十四管路(31)连接，用于另一部分所述天然气燃烧产生热能；

其中，所述锅炉(16)还与所述重整器(10)通过第十五管路(30)连接，用于第一部分所述热能进入所述重整器(10)，第一部分所述热能的温度为300℃-800℃。

3.根据权利要求2所述的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，其特征在于：

所述锅炉(16)还与所述合金储氢罐(13)通过第十六管路(32)连接，用于第二部分所述热能进入所述合金储氢罐(13)释放氢气，第二部分所述热能的温度为50℃-60℃。

4.根据权利要求2所述的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，其特征在于：

所述锅炉(16)还与所述餐厨垃圾处理一体化装置(1)和所述厌氧消化罐(6)通过第十三管路(29)连接，用于第三部分所述热能进入所述餐厨垃圾处理一体化装置(1)和所述厌氧消化罐(6)，第三部分所述热能的温度为30℃-50℃。

5.根据权利要求1所述的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，其特征在于：

所述生物柴油预处理装置(2)与所述餐厨垃圾处理一体化装置(1)通过第一管路(33)连接；

所述均质池(4)与所述餐厨垃圾处理一体化装置(1)通过第二管路(18)连接；

所述厌氧消化罐(6)与所述均质池(4)通过第三管路(19)连接；

所述分离装置(17)与所述厌氧消化罐(6)通过第四管路(20)连接；

所述沼气罐(8)与所述厌氧消化罐(6)通过第五管路(21)连接；

所述脱硫脱碳装置(9)与所述沼气罐(8)通过第六管路(22)连接；

所述重整器(10)与所述脱硫脱碳装置(9)通过第七管路(23)连接；

所述纯化设备(11)与所述重整器(10)通过第八管路(24)连接；

所述氢气罐(12)与所述纯化设备(11)通过第九管路(25)连接；

所述合金储氢罐(13)与所述氢气罐(12)通过第十管路(26)连接；

所述燃料电池发电装置(14)与所述合金储氢罐(13)通过第十一管路(27)连接；

所述餐厨垃圾回收车(15)与所述合金储氢罐(13)通过第十二管路(28)连接。

6.根据权利要求5所述的基于燃料电池和合金储氢技术的提高餐厨垃圾能量系统，其特征在于：

在所述第二管路(18)安装有打浆机(3)，在所述第三管路(19)安装有第一泵(5)，在所述第四管路(20)安装第二泵(7)。

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