[發(fā)明專利]太陽(yáng)能熱化學(xué)處理系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710149482.0
• 申請(qǐng)日: 2013-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN106984252B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·S·韋根格;保羅·H·亨布爾;尚卡爾·克里希南;史蒂文·D·利思;丹尼爾·R·帕洛;羅伯特·A·達(dá)格勒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 巴特爾紀(jì)念研究院
• 主分類號(hào): B01J19/12
• 分類號(hào): B01J19/12;F22B1/00;F24S20/20
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳勝周

公開了一種太陽(yáng)能熱化學(xué)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于接收集中的太陽(yáng)能的第一操作單元。來自該太陽(yáng)能的熱被用來驅(qū)動(dòng)第一操作單元。所述第一操作單元還接收第一組反應(yīng)物并產(chǎn)生第一組產(chǎn)物。第二操作單元接收來自第一操作單元的第一組產(chǎn)物并產(chǎn)生第二組產(chǎn)物。第三操作單元接收來自第二操作單元的熱以產(chǎn)生第一組反應(yīng)物的一部分。

本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2013年7月26日、中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01380039354.0且發(fā)明名稱為“太陽(yáng)能熱化學(xué)處理系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求在2012年7月26日提交的名稱為“太陽(yáng)能熱化學(xué)處理系統(tǒng)和方法(SOLAR THERMOCHEMICAL PROCESSING SYSTEM AND METHOD)”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)13/559,127的優(yōu)先權(quán)，對(duì)其所有教導(dǎo)以其整體通過引用結(jié)合在此。

關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明

本發(fā)明在由美國(guó)能源部提供的合同DE-AC05-76RLO1830下的政府支持下完成。政府在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能熱化學(xué)反應(yīng)。更具體地，本發(fā)明涉及這樣的系統(tǒng)和方法，其利用可得自太陽(yáng)能集中器(solar concentrator)的高溫?zé)幔瑥亩黾臃磻?yīng)流的化學(xué)能含量和/或改變反應(yīng)流的化學(xué)組成。

發(fā)明背景

對(duì)于集中式太陽(yáng)能發(fā)電(concentrated solar power)(CSP)系統(tǒng)，能源部的目標(biāo)包括：增加CSP在美國(guó)的使用，使得到2015年CSP在腰荷電力市場(chǎng)(intermediate powermarket)中具有競(jìng)爭(zhēng)力，以及開發(fā)使得CSP到2020年在基荷市場(chǎng)中具有競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)技術(shù)。CSP傳統(tǒng)上利用集中的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，如蘭金循環(huán)(Rankine Cycle)循環(huán)、布雷登循環(huán)(Brayton Cycle)和斯特林循環(huán)(Stirling Cycle)循環(huán)，產(chǎn)生電力。傳統(tǒng)的CSP系統(tǒng)具有在20-25％范圍內(nèi)的有限利用率，因?yàn)樗鼈儍H在可利用直射陽(yáng)光時(shí)才產(chǎn)生電力。這限制了將CSP用于產(chǎn)生基荷發(fā)電的能力。CSP系統(tǒng)的利用率可以通過將在收集器處接收到的能量以能夠在以后的時(shí)間轉(zhuǎn)換為電力的形式儲(chǔ)存而增大。將太陽(yáng)能作為顯熱或潛熱儲(chǔ)存是一種選擇。

另一種有前途的選擇是在熱化學(xué)反應(yīng)中將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。在這種情況下，能量?jī)?chǔ)存在化學(xué)產(chǎn)品中，并且此化學(xué)能可以在以后的時(shí)間在放熱化學(xué)反應(yīng)中作為用于發(fā)電的熱釋放。此封閉型循環(huán)途徑的優(yōu)點(diǎn)在于，化學(xué)產(chǎn)品可以在環(huán)境溫度下儲(chǔ)存，簡(jiǎn)化了運(yùn)輸和儲(chǔ)存的要求，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在沒有能量衰減的情況下長(zhǎng)期儲(chǔ)存。用于太陽(yáng)熱能至化學(xué)能轉(zhuǎn)換的開放型循環(huán)途徑也是可能的。例如，可以利用太陽(yáng)能重整來在可以利用陽(yáng)光時(shí)將燃料流(如來自天然氣或生物質(zhì)的甲烷)的化學(xué)能含量提升，并且此提升的燃料流可以用來利用熱力發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池產(chǎn)生電力。在不可利用直射陽(yáng)光時(shí)，化石燃料或生物質(zhì)能量源仍然可以用來利用相同的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生電力。這樣的系統(tǒng)可以用于基荷發(fā)電，并且可以在可用時(shí)以高轉(zhuǎn)換效率利用太陽(yáng)能。熱化學(xué)能量轉(zhuǎn)換也可以使得CSP系統(tǒng)能夠利用工業(yè)廢熱產(chǎn)生電力，以及用于其他市場(chǎng)(例如，運(yùn)輸)的燃料。甲醇和長(zhǎng)鏈烴是能夠由作為重整反應(yīng)器的產(chǎn)物的合成氣生產(chǎn)的產(chǎn)物的實(shí)例。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，公開了一種太陽(yáng)能熱化學(xué)處理系統(tǒng)(solarthermochemical processing system)。該系統(tǒng)包括用于接收集中的太陽(yáng)能的第一操作單元(第一單元操作，first unit operation)，利用來自太陽(yáng)能的熱來驅(qū)動(dòng)所述第一操作單元，其中所述第一操作單元還接收第一組反應(yīng)物并產(chǎn)生第一組產(chǎn)物。該系統(tǒng)還包括用于接收來自所述第一操作單元的第一組產(chǎn)物并且用于產(chǎn)生第二組產(chǎn)物的第二操作單元。該系統(tǒng)還包括用于接收來自所述第二操作單元的熱以產(chǎn)生一部分所述第一組反應(yīng)物的第三操作單元。

在一個(gè)實(shí)施方案中，第一操作單元是吸熱反應(yīng)器，第二操作單元是放熱反應(yīng)器，并且第三操作單元是汽化器(vaporizer)。