申请日2009.01.06
公开(公告)日2010.05.12
IPC分类号H01M8/06; C02F3/28; C02F11/04
摘要
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。
权利要求书
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。
说明书
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O2-，O2+4e-→2O2-;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)+4O2-→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。
