[發(fā)明專利]水力發(fā)電站

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380029047.4
• 申請(qǐng)日: 2013-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN104334695A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卡爾·維爾納·迪特里希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 卡爾·維爾納·迪特里希
• 主分類號(hào): C10L3/08
• 分類號(hào): C10L3/08
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務(wù)所 44275
• 代理人: 張明

在天然能利用過程中，最大的問題是因?yàn)樽匀粭l件而產(chǎn)生了過剩的風(fēng)能和太陽能。目前業(yè)內(nèi)已達(dá)成共識(shí)，僅僅通過電力手段不能找到相應(yīng)的解決辦法。作為出路，多余的電能可以用來電解水來制造氫氣。

氫氣可以被導(dǎo)入進(jìn)天然氣中，并且與天然氣混合在一起共同輸送。但是這樣又遇到了另一個(gè)問題：氫氣和天然氣的基本物理特征和燃燒特性區(qū)別明顯。從體積上看，天然氣的密度是氫氣的八倍，熱值是氫氣的三倍，而且在燃燒過程中的耗氧量是氫氣的四倍。

波動(dòng)的風(fēng)能和太陽能在電解作用下，也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)的氫氣流，并且當(dāng)氫氣流被引入天然氣之后，就會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)的混合氣流。這種類型的氫氣和天然氣的混合氣體，其存儲(chǔ)、運(yùn)輸以及使用方法，在已經(jīng)公布的專利《DE?10?2010?020?762?A1》(可再生能源的運(yùn)輸和穩(wěn)定)以及專利《DE?10?2010?031?777?A1》(氫氣在天然氣容器中的存儲(chǔ))。此外，在所述專利中，對(duì)于如何穩(wěn)定可再生能源，也描述了一個(gè)通用的方法。這些方法對(duì)于所述波動(dòng)型的混合氣體推向市場(chǎng)也是一種障礙。

還有另外一種方法輸送氫氣，即通過化學(xué)方法將氫氣和二氧化碳合成為甲烷。甲烷差不多就是天然氣的主要成分，因此可以沒有障礙地存儲(chǔ)在氣體管道中。有許多項(xiàng)目都和這個(gè)課題有關(guān)。這里所說的二氧化碳，可以從火力發(fā)電廠的燃燒廢氣中分離而得到，或者從沼氣中分離得到。從沼氣中分離二氧化碳的工藝對(duì)原材料并沒有詳細(xì)的描述；二氧化碳從燃燒廢氣中的分離直至存儲(chǔ)工藝，由于缺少大眾的認(rèn)可，因此前景如何，還是個(gè)未知數(shù)。

從經(jīng)濟(jì)性角度看，為了運(yùn)用過剩的可再生能源，可以選用傳統(tǒng)的碳化學(xué)反應(yīng)，即煤炭和水(碳元素以及水道德摩爾比為1:1之間的反應(yīng)，按照化學(xué)反應(yīng)式1)，在高壓和高溫下，產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。氫氣和一氧化碳以相同摩爾比構(gòu)成的混合氣體，在下文簡稱為“合成氣體”。然后再通過風(fēng)能和太陽能按照化學(xué)反應(yīng)式3進(jìn)行電解水，從而制造氫氣，并且按照兩倍的摩爾比，將電解水而產(chǎn)生的氫氣導(dǎo)流進(jìn)“合成氣體”中。接著按照以化學(xué)家“薩巴捷”命名的化學(xué)反應(yīng)，制造甲烷和水，兩者的摩爾比為1:1(參見化學(xué)反應(yīng)式2)。

化學(xué)反應(yīng)式1.)C+H2O＝CO+H2

化學(xué)反應(yīng)式2.)(CO+H2)+2H2＝CH4+H2O

化學(xué)反應(yīng)式3.)2H2O＝2H2+O2

上文描述的方法，通過煤炭以及過剩的風(fēng)能和太陽能生產(chǎn)出不影響氣候的甲烷。此類甲烷屬于混合型甲烷，其使用的碳元素來自于化石類能源，而氫元素則來自于風(fēng)能和太陽能。在化學(xué)平衡中，供電網(wǎng)釋放電能，并且通過添加煤炭產(chǎn)生甲烷，此類甲烷具備了天然氣的特征(下文稱為“混合甲烷”)，并且被引入輸氣管道。煤炭則是存儲(chǔ)能量的載體。

按照所述化學(xué)反應(yīng)式1至3產(chǎn)生的含有混合甲烷的合成氣體，被輸送到蓄能發(fā)電設(shè)施之后，將進(jìn)行滲透和燃燒(即按照化學(xué)反應(yīng)式4進(jìn)行燃燒反應(yīng))。合成氣體和天然氣混合后通過燃燒反應(yīng)(按照化學(xué)反應(yīng)式5)，會(huì)產(chǎn)生重要的合成效應(yīng)。

化學(xué)反應(yīng)式4.)CO+H2+O2＝CO2+H2O

化學(xué)反應(yīng)式5.)CH4+2O2＝CO2+2H2O

下文還將多次提及上面描述過的化學(xué)反應(yīng)式1至5，這五個(gè)化學(xué)反應(yīng)式分別被縮寫為Rk.l至Rk.5。

除了煤炭之外，其它含有碳元素的化合物(優(yōu)先選擇來自于植物)也可用來生產(chǎn)所述合成氣體。這里所說的植物原料，諸如樹木，其最大含量的成分的就是碳水化合物，而碳水化合物中的碳和水經(jīng)過反應(yīng)后可以產(chǎn)生氫氣和一氧化碳。

由于一氧化碳含有毒性，在通過電解水生產(chǎn)含有一氧化碳的合成氣體的同時(shí)，必須嚴(yán)格按照化學(xué)反應(yīng)式2規(guī)定的數(shù)量(按照劑量對(duì)稱的原理)生產(chǎn)。為了保護(hù)人員的安全，即使按照化學(xué)反應(yīng)式1和2生產(chǎn)，也必須避免生產(chǎn)或聚積過多量的一氧化碳。

所述發(fā)明的主要內(nèi)容，在于利用碳元素以及來自于供電網(wǎng)絡(luò)的過剩電能，制造甲烷，并且通過電解水制造氫氣，然后將甲烷與氫氣混合，最終產(chǎn)生氫氣和一氧化碳的混合氣體。這類混合氣體就是通過轉(zhuǎn)化煤炭或者含碳化合物與水蒸氣混合，并按照化學(xué)均衡對(duì)稱的劑量直接生成合成氣體，其中的主要成分甲烷將被導(dǎo)入天然氣輸送管道中。

為了避免一氧化碳被導(dǎo)入氣體輸送管道，需要注意的是，所有一氧化碳必須徹底轉(zhuǎn)化為混合型甲烷，或者混合型甲烷中分解出的一氧化碳，在被導(dǎo)入輸氣管道之前，必須被充分燃燒。建議在將混合型甲烷導(dǎo)入輸氣管道之前，對(duì)其中未徹底反應(yīng)掉的一氧化碳的含量進(jìn)行檢測(cè)。