[發明專利]一種基于化學鏈燃燒的氫氣儲能、熱電聯產及CO2捕獲的系統及方法

有效

• 申請號: 201611136365.2
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106784936B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 嚴晉躍;王統才;王甫
• 申請（專利權）人: 寧波瑞翔新材料技術有限公司
• 主分類號: H01M8/0606
• 分類號: H01M8/0606;H01M8/0612;H01M8/0668;H01M8/04007
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于化學鏈燃燒的氫氣儲能、熱電聯產及CO₂捕獲的系統及方法，該系統包括化學鏈燃燒系統、燃氣輪機發電系統、補燃系統和余熱回收利用系統。其中，化學鏈燃燒系統用以生產氫氣、高溫氣體及實現燃燒產物中CO₂的吸附與分離；燃氣輪機發電系統利用化學鏈燃燒系統或者補燃系統產生的高溫氣體進行發電；補燃系統在電力負荷較大的情況下接入，提升燃氣透平入口的氣體溫度，提高發電效率；余熱回收利用系統可實現系統內氣體余熱資源的高、中、低溫梯級利用，生產系統內部所需的水蒸氣以及供熱。本發明在CO₂捕獲和供熱的同時，通過控制反應條件，可以調控發電和氫氣儲能的產出比例，根據電力需求進行生產，提高能源利用的動態效率。

技術領域

本發明涉及能源與環境技術領域，尤其涉及一種基于化學鏈燃燒的氫氣儲能、熱電聯產及CO₂捕獲的系統及方法。

背景技術

目前能源消耗的主要方式是含碳的化石燃料的氧化放熱，隨著全球能源消耗量日益增多，大氣中二氧化碳濃度的不斷升高，全球氣候變暖趨勢逐漸加劇。在目前國際范圍內環境保護政策日益嚴格的形勢下，CO₂氣體的減排顯得尤為重要。與此同時，能源系統供需負荷變化增大，如何實現系統儲能調劑控制負荷以實現系統整體動態效率和經濟效益最大化成為亟待解決的問題。

1983年科學家Richter等首次提出化學鏈燃燒的概念，其目的是降低熱電廠氣體燃燒過程中產生的熵變，提高能源使用效率。20世紀90年代后期，許多學者開始把化學鏈燃燒作為一種CO₂捕捉的新型工藝進行研究。其基本原理是將傳統的燃料與空氣直接接觸的燃燒借助于氧載體的作用而分解為2個氣固反應，燃料與空氣無需接觸，由氧載體將空氣中的氧傳遞到燃料中。利用化學鏈燃燒可以排除氮氧化物對CO₂的分離產生影響，由于燃料與空氣不直接接觸，不會有氮氧化合物產生，燃料反應器氣體產物僅有CO₂和H₂O，分離水分即可獲得純的CO₂，省卻了N₂/O₂分離裝置，提高了CO₂捕獲的效率。

氫氣作為一種清潔、高效的二次能源受到越來越多國家的重視，將氫氣儲能與發電相結合，可以在電力負荷較小的情況下利用氫氣儲能替代電力生產，利用氫氣儲能平衡電力負荷的波動，實現能源系統的優化配置。化學鏈燃燒系統通過控制反應條件可以實現不同比例的氫氣輸出，將化學鏈燃燒系統與燃氣輪機發電系統結合可以實現氫氣儲能與發電的聯合生產；化學鏈燃燒系統產生的這部分氫氣一方面可以作為補燃系統的燃料，避免了傳統的補燃系統中含碳燃料的燃燒所產生的CO₂，實現CO₂的近零排放；另一方面還可以將氫氣作為目標產物，利用氫氣的生產進行儲能，通過控制系統的反應條件實現氫氣儲能和電力生產的部分轉換，在電力充足的情況下從發電向氫氣儲能生產轉移，實現能源的合理利用。

發明內容

要解決的技術問題：

本發明的目的是利用化學鏈燃燒、燃氣輪機發電和余熱回收利用的方式實現氫氣儲能、熱電聯產及CO₂捕獲。本發明在高效捕獲CO₂的基礎上，還可以實現氫氣儲能和電力發電的按負荷需要生產配置，并且利用系統的余熱生產水蒸氣與供熱，提高整體能源利用的動態效率，具有經濟和環境保護效益。

本發明所述的技術方案為：