[發明專利]具有二氧化碳廢氣利用的零排放發電站

有效

• 申請號: 201280031148.0
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN104025356B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 徐世薰
• 申請（專利權）人: 茲特克公司
• 主分類號: H01M8/0662
• 分類號: H01M8/0662;H01M8/0668
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 陳文平

相關申請

本申請要求2012年4月18日提交的美國臨時申請號61/635,176、2012年5月4日提交的美國臨時申請號61/482,495和2011年8月16日提交的美國臨時申請號61/515,900的優先權，其內容在此通過引用并入本文。

發明背景

本申請涉及清潔能源系統、可再生能源系統或零排放能源系統(ZEES)，和更特別地涉及基于化學原理的具有二氧化碳廢氣利用的發電站(CPPP)。

現在，遏制溫室氣體(GHG)排放的政府努力已經依靠各個地區和國家的法律持續了一段時間。通常，大部分地區和國家認同到2020年將溫室氣體排放減少到低于1990年水平的25％的過渡目標，和到2050年減少80％的總體目標。然而據報道，由于差距較大，該目標不太可能實現，除非在不遠的將來發展出革命性的技術。

當能源系統使用石油燃料時，由于有利的用于減排的系統硬件特性，可以計算碳信用額度（carbon credit）并將其應用于項目融資。當采用可再生燃料時，，將計算由于燃料的特性的額外碳信用額度。因此，出現了將與可再生燃料系統相關的碳信用額度進行組合的可能，所述可再生燃料系統可以被看作是這種具有負性的CO₂足跡的系統。

清潔技術也可能收到由各個地區和國家的機構管理的可再生能源信用額度(REC)。可以只根據所使用的燃料類型應用REC。根據其工作原理判斷，燃料電池系統不具有可再生特性。

發明概述

本申請提供了清潔能源系統、可再生能源系統或具有二氧化碳廢氣利用的零排放能源系統(ZEES)。本申請利用化學原理來同步發電和轉化能源，從而消除發電站排放的二氧化碳，并引入用于輸送的新液體燃料源。本申請提供的能源系統解決了當前能源行業中兩個最嚴重的問題：石油燃料短缺和由溫室氣體（GHG）排放導致的全球變暖。在一個實施方式中，當含碳流與匹配量的H₂被用于液體燃料生產并且H₂單獨用于發電時，所述清潔能源系統是零排放能源系統。當采用可再生原料時，所述能源系統構成負性的二氧化碳足跡，因而潛在地獲得雙倍的碳信用額度。

根據本發明的一個實施，生成清潔能量，并且由該系統產生的任何溫室氣體(GHG)被保留和被用于幫助生產高價值的燃料。本申請提供的能源系統可以被適當地定制，以用于任何安裝、以可負擔的成本將可得的城市固體廢物(MSW)或生物質轉化為清潔能源并具有低碳足跡。所述能源系統可以同樣應用于包括煤炭和其它固體碳氫燃料的原料。

在一個實施方式中，所述能源系統可以包括燃料處理器、能源催化反應器和發電機。該燃料處理器將天然氣、生物氣或合成氣中的CH₄組分催化轉化為包含H₂、CO、CO₂和H₂O物質的重整產品。該能源反應器可以將氣體形式的重整產品轉化為液體燃料。該發電機可以使用燃料處理器的輸出和/或能源反應器的輸出發電。

在一個實施方式中，該燃料處理器可以包括部分氧化、自熱和蒸汽甲烷重整器。重整產品可以用水變換工藝處理，以具有不同的在約0％至約20％之間變化的CO對CO₂的百分率。燃料處理器的重整產品可以用變壓吸附工藝進行處理，以形成兩種流動流：1）高純度H₂流；2）高濃度的碳（CO、CO₂）內容物。CO₂可以用水變換工藝處理至20％的最大量水平，并且通過變壓吸附處理，以生成濃縮的CO₂流。濃縮的CO₂流可以在油井現場被用于三次采油（Enhanced Oil Recovery）（CO₂-EOR）。

在實施方式中，從燃料處理器產生的H₂、CO和CO₂可以在能源反應器中用甲醇合成催化劑處理成液體形式的甲醇（CH₃OH）。甲醇可以在能源反應器中用合適的催化劑進一步處理成液體形式的DME（CH₃OCH₃）。DME在催化能源反應器中用另一種合適催化劑進一步處理成液體形式的汽油。由于合成氣中CO₂和CO的高濃度，來源于可再生原料的H₂、CO₂和CO碳的混合物可以用于生產航空燃料、丙烷、柴油或重質液體燃料。