[發(fā)明專利]利用太陽(yáng)輻射通過合成氣制備單元將二氧化碳轉(zhuǎn)化為烴類燃料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480004055.8
• 申請(qǐng)日: 2014-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN104919023A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾哈邁德·D·哈馬德;扎基·尤蘇;斯達(dá)馬蒂奧斯·索恩蒂;納伊夫·A·阿勒-拉希蒂;班達(dá)爾·A·法迪勒;阿提夫·賽義德·阿勒-扎拉尼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沙特阿拉伯石油公司
• 主分類號(hào): C10G2/00
• 分類號(hào): C10G2/00;F03G6/06
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業(yè)平;高釗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及捕集廢氣以及將廢氣轉(zhuǎn)化為烴類燃料的工藝和系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明涉及捕集二氧化碳(CO₂)和水蒸氣(H₂O)，以及隨后利用太陽(yáng)能將CO₂和H₂O轉(zhuǎn)化為烴類燃料的工藝和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在發(fā)電中使用化石燃料變得越來(lái)越問題重重。首先，即使世界石油儲(chǔ)量已經(jīng)下降，石油消耗也發(fā)生增加。例如，預(yù)期沙特阿拉伯國(guó)內(nèi)由于發(fā)電產(chǎn)生的石油消耗在2028年底將達(dá)到8百萬(wàn)桶/天，這意味著可供出口的數(shù)量減少。其次，對(duì)空氣質(zhì)量的擔(dān)憂可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)格的規(guī)定，例如旨在減少碳排放的碳稅。

考慮到沙特阿拉伯具有大量的太陽(yáng)輻射能，太陽(yáng)能捕集以及太陽(yáng)能儲(chǔ)存提供了解決這兩個(gè)問題的機(jī)會(huì)。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能儲(chǔ)存和捕集系統(tǒng)包括太陽(yáng)能光電板和太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)。

由于一些物質(zhì)(如硅或有機(jī)太陽(yáng)能材料)的光伏效應(yīng)，太陽(yáng)能光電板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電流。太陽(yáng)能光電板是資本密集的，但是非常適合小規(guī)模發(fā)電，例如家庭、室外照明、高速公路標(biāo)志。對(duì)于更大的系統(tǒng)(如供應(yīng)電網(wǎng)的那些)，更優(yōu)選太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)或聚光太陽(yáng)能發(fā)電(CSP)系統(tǒng)。現(xiàn)有的CSP系統(tǒng)包括例如線性菲涅爾反射系統(tǒng)、槽式系統(tǒng)(trough?system)、盤式系統(tǒng)(dish?system)以及塔式系統(tǒng)(tower?system)。

CSP系統(tǒng)利用定日鏡將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能。定日鏡通常是平面鏡，安裝定日鏡使得它們沿著軸線移動(dòng)從而在白天追蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。定日鏡將太陽(yáng)輻射(日光)集中在接收器上，其利用來(lái)自太陽(yáng)輻射的熱能加熱工作流體。所述工作流體(一種導(dǎo)熱流體，如水(H₂O)或熔融鹽)離開定日鏡/接收系統(tǒng)，其中該工作流體與水發(fā)生熱交換以產(chǎn)生蒸汽。當(dāng)水為工作流體時(shí)，直接從加熱的工作流體產(chǎn)生蒸汽。所述蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電器發(fā)電。

所有CSP基于相同的原理運(yùn)作，其差別在于定日鏡的形狀和布局以及定日鏡與接收器的空間關(guān)系。例如在線性菲涅爾反射系統(tǒng)中，定日鏡是扁長(zhǎng)的鏡子軌道。接收器是固定在鏡子上方的管道。槽式系統(tǒng)使用拋物面反射鏡和沿著反射鏡聚焦線設(shè)置的管道，其需要大量的反射鏡。盤式系統(tǒng)CSP也使用拋物面反射器；大型拋物面鏡將陽(yáng)光引向安裝在沿著反射鏡聚焦線的盤上的接收器。與其他CSP系統(tǒng)相比，盤式系統(tǒng)CSP發(fā)電量相對(duì)較少。塔式系統(tǒng)CSP采用大量的通常排成直線的定日鏡。接收器位于高塔頂部，并且定日鏡將太陽(yáng)能集中到接收器上。塔式CSP能夠產(chǎn)生高達(dá)200兆瓦的電力。

除了大量發(fā)電的能力，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)比太陽(yáng)能光電板的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是在工作流體中存儲(chǔ)熱能的能力。工作流體可能存儲(chǔ)在罐中直到需要熱能發(fā)電。因此，能夠在沒有直射陽(yáng)光的條件下發(fā)電，諸如夜間或在暴風(fēng)雨天氣。即使如此，由于用于儲(chǔ)存的罐的尺寸和最終的熱損失，儲(chǔ)存工作流體并不是長(zhǎng)期的解決方案。因此，太陽(yáng)能熱能轉(zhuǎn)換為燃料是一個(gè)有吸引力的選擇。

CO₂排放到大氣中越來(lái)越受到抨擊。人們已經(jīng)探索碳捕集技術(shù)作為從廢氣中移除并儲(chǔ)存CO₂的方式。碳捕集技術(shù)大致按照捕集技術(shù)是燃燒后、燃燒前或富氧燃燒歸類。燃燒后的技術(shù)一般包括溶劑捕集系統(tǒng)，其利用溶劑從廢氣流中吸收CO₂，然后加熱從溶劑流中去除吸收的CO₂。由此得到的流幾乎是純凈的CO₂流。燃燒后技術(shù)通常是燃燒化石的發(fā)電站使用的。其它燃燒后技術(shù)包括例如，鈣鏈?zhǔn)窖h(huán)或化學(xué)鏈燃燒。

目前的儲(chǔ)存(或封存)方案最普遍包括地質(zhì)封存，其中將碳儲(chǔ)存在地下巖層中。枯竭期油田、不可開采的煤礦床以及含鹽地層為CO₂的儲(chǔ)存提供了天然存在的地層。然而，這些地層具有缺陷，包括例如，其位置、將CO₂注入地下的成本、以及在晚些的某個(gè)時(shí)間從地層中泄露的擔(dān)憂。

CO₂封存的一個(gè)替代方式是將CO₂轉(zhuǎn)化為其它可用成分。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種方式是使用燃料電池轉(zhuǎn)化CO₂，并且還有發(fā)電的附加優(yōu)點(diǎn)。燃料電池包括三部分：陽(yáng)極、陰極、和電解質(zhì)。在陽(yáng)極和陰極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在許多情況下，整體的效果是將H₂O轉(zhuǎn)化為氫氣(H₂)和氧氣(O₂)。