本发明属于生物质能利用，涉及生物质气化、sofc、co2膜分离的多领域多技术的实施方法与系统构建。
背景技术：
1、可再生能源，是未来传统能源转型和新能源探索的重要发展方向。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式。生物质发电市场广阔，近年来包括农林生物质发电、生活垃圾焚烧发电在内的全国生物质发电装机数量持续上升。
2、目前，生物质能利用主要有生物质发电，生物质液体燃料，热解气化等方法；气化可以产生含有氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，产生的可燃气体经富集可作为高品位燃料供给燃气轮机等设备发电。
3、气化过程会产生焦油，对环境和气化设备造成产生污染，是亟待解决的问题；产生的燃料气目前存在利用过程热损失严重的问题。
4、固体氧化物燃料电池可以高效地将化学能转化为电能，不受热机卡诺极限的限制，作为一种高效、清洁的能源转换技术，近年来在能源领域备受关注，而因其高温的工作环境常常需要额外的能量供给，应用场景有限，且伴有热损失较大等问题。
技术实现思路
1、针对现有现有生物质气化技术面临能量利用率较低、焦油难脱除等问题。本发明目的在于，提出一种耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，旨在提供具有优异能力梯级利用、兼顾优异发电效率和二氧化碳捕集提质的方法。
2、本发明第二目的在于，提供一种实施所述方法的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产装置。
3、现有技术有一些生物质气化和sofc耦合的工艺，但现有方法的生物质气化以及sofc发电的耦合效率不理想，且能量没有得到梯级利用，sofc的耦合发电效率有待提高，不仅如此，也难于实现高温尾气的选择性提质利用。针对该问题，本发明经过研究，提供了如下的改进方案：
4、一种耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，将生物质预先装填在管式sofc的阳极层内的阳极腔室内(也即是阳极层内腔内)，随后对管式sofc进行升温处理，使生物质在阳极腔室内气化形成合成气并使其直接和阳极层接触参与sofc发电；再将发电阶段产生的尾气经co2陶瓷膜提质。
5、本发明提供了一种全新的生物质气化和sofc发电耦合思路，其创新地将生物质在管式sofc的阳极层内腔内原位气化并直接和阳极层进行sofc发电反应，如此能够意外地改善能量利用率，改善二者的耦合效率和效果，可以显著改善合成气的制备产率，改善sofc的功率密度，此外，还有助于实现高温合成气的选择性应用。
6、本发明中，所述的管式sofc可以是常规的管式sofc设备装置。例如，所述的管式sofc包括呈中空管状设置的阳极层，复合在阳极层表面的电解质层，以及复合在电解质层表面的阴极层；所述的中空管状的内腔为所述的阳极腔室。
7、本发明中，管式sofc内径为5～30mm，阳极层厚度为0.5～2mm，电解质厚度为0.01～0.1mm，阴极层厚度为0.01～0.1mm。
8、本发明中，阳极层的材料可以是行业内公知的，例如，其包括pt、ag、lanio3、la0.45sr0.45ti0.90ni0.10o3-δ、nio-ysz、ni-ba-ceo3/bazro3、nio-gd0.1ce0.9o2-δ中的至少一种；
9、本发明中，电解质层的材料可以是行业内公知的，例如，其包括8ysz、ce0.8sm0.2o2-δ(sdc)、gd0.1ce0.9o2-δ(gdc)、ce0.8gd0.2o2-δ(cgo)、(bi0.75y0.25)1.86ce0.14o3±δ中的至少一种；
10、本发明中，阴极层的材料包括ba0.5sr0.5co0.8fe0.2o3-δ、la1-xsrxcoo3-δ、la0.6sr0.4co0.2fe0.8o3-δ、(la,sr)mno3-δ、lasrcoo4±δ、mn1.3co1.3cu0.4o4中的至少一种。
11、本发明中，所述的生物质可以是任意的生物有机质，例如包括农林废弃物、湿垃圾、工业垃圾中的至少一种；
12、本发明中，向阳极腔室内通入气化剂使其中的生物质气化形成合成气；
13、本发明中，所述的气化剂可以是任意的可使生物质气化形成合成气的成分，例如包括空气、氧气、氮气、水蒸气中至少一种；进一步可以为氧气和水蒸气的混合气。进一步地，水蒸气和氧气的流量比可以为0.5～2:10。此外，其中的氧气为将生物质完全燃烧所需氧气的5～50％，考虑到成本，可进一步为5～15％。
14、本发明中，sofc发电阶段，阳极腔室形成的合成气直接和阳极层介质参与阳极反应，并将含氧气氛和阴极表面接触进行阴极反应，实现sofc发电。
15、本发明中，管式sofc的加热温度为650～800℃，进一步为730～780℃。研究表明，在所述的生物质气化以及sofc的高效耦合下，进一步通过所述温度的控制，可进一步强化生物质气化和sofc的耦合效率，改善气化效率以及sofc的功率。
16、本发明中，sofc发电阶段的开路电压在0.9～1.1v。
17、本发明中，co2陶瓷膜包括陶瓷相基体以及复合在其中的碳酸盐；
18、优选地，所述的陶瓷相基体包括la1.5sr0.5nio4+δ、la0.6sr0.4co0.2fe0.8o3-δ、gd0.2ce0.8o2+δ中的至少一种；
19、优选地，所述的碳酸盐包括li2co3、na2co3、k2co3中的至少一种，进一步可以为其中的复合物；
20、优选地，所述的co2陶瓷膜中，碳酸盐的含量为30～60％。
21、本发明中，所述的co2陶瓷膜通过如下的步骤制得：将钆源、铈源和络合剂进行溶胶凝胶反应，随后在1000℃以上(进一步可以为1100～1300℃)的温度下煅烧，制得陶瓷基底，随后和碳酸盐熔融复合，即得。
22、本发明中，提质阶段的温度为500～700℃，进一步为550℃～650℃。
23、本发明中，将co2陶瓷膜提质后的气氛循环至阳极腔室内循环利用。本发明中，将高温提质后的气氛直接循环利用，除了能够改善能量回收效率外，还可以进一步改善生物质气化和sofc发电耦合效率，可进一步改善合成气的产率以及sofc的发电能量密度。
24、本发明还提供了一种实施所述耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法的装置，包括管式sofc和co2提质单元；
25、所述的管式sofc包括阳极层，复合在阳极层表面的电解质层，以及复合在电解质层表面的阴极层；所述的阳极层呈中空管状设置，且所述的中空管的内腔为所述的阳极腔室；
26、所述的阳极腔室内填充有生物质；
27、所述的管式sofc设置有向阳极腔室内供气的气体入口a，以及输出尾气的尾气出口；此外，还包括对阴极层表面供气的气体入口b；
28、所述的co2提质单元分离容器，所述的分离容器通过co2陶瓷膜分隔形成渗透室和渗余室；所述的渗透室设置有尾气入口，其和所述的管式sofc尾气出口连接，所述的渗余室设置有提质气出口；
29、优选地，提质气出口和管式sofc的气体入口a连接。
30、有益效果
31、本发明创新地将生物质在管式sofc的阳极层内腔内原位气化并直接和阳极层进行sofc发电反应，如此能够意外地改善能量利用率，改善二者的耦合效率和效果，可以显著改善合成气的制备产率，改善sofc的功率密度，此外，还有助于实现高温合成气的选择性应用。
32、本发明方法能够实现能量梯级应用，改善了合成气和sofc高效联用，此外，还可以实现高温尾气的高温选择性提质和应用。
1.一种耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，将生物质预先装填在管式sofc的阳极层内的阳极腔室内，随后对管式sofc进行升温处理，使生物质在阳极腔室内气化形成合成气并使其直接和阳极层接触参与sofc发电；再将发电阶段产生的尾气经co2陶瓷膜提质。
2.如权利要求1所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，所述的管式sofc包括呈中空管状设置的阳极层，复合在阳极层表面的电解质层，以及复合在电解质层表面的阴极层；所述的中空管状的内腔为所述的阳极腔室；
3.如权利要求2所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，阳极层的材料包括pt、ag、lanio3、la0.45sr0.45ti0.90ni0.10o3-δ、nio-ysz、ni-ba-ceo3/bazro3、nio-gd0.1ce0.9o2-δ中的至少一种；
4.如权利要求3所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，所述的生物质包括农林废弃物、湿垃圾、工业垃圾中的至少一种；
5.如权利要求4所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，管式sofc的加热温度为650～800℃，且发电阶段的开路电压在0.9～1.1v。
6.如权利要求1所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，co2陶瓷膜包括陶瓷相基体以及复合在其中的碳酸盐；
7.如权利要求6所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，所述的co2陶瓷膜通过如下的步骤制得：将钆源、铈源和络合剂进行溶胶凝胶反应，随后在1000℃以上的温度下煅烧，制得陶瓷基底，随后和碳酸盐熔融复合，即得。
8.如权利要求1所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，提质阶段的温度为500～700℃，进一步为550℃～650℃。
9.如权利要求1、6～8任一项所述的耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法，其特征在于，将co2陶瓷膜提质后的气氛循环至阳极腔室内循环利用。
10.一种实施权利要求1～9任一项所述耦合co2膜分离的套管式生物质炭电联产方法的装置，其特征在于，包括管式sofc和co2提质单元；
