[發(fā)明專(zhuān)利]一種太陽(yáng)能氫電甲醇聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810292259.6
• 申請(qǐng)日: 2018-04-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108313981B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏進(jìn)家;王新赫;杜軒成;于雯波;張軍社
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B3/36
• 分類(lèi)號(hào): C01B3/36;F24S20/00;F22D1/50;F22G3/00;F01K27/00;F01D15/10
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種太陽(yáng)能氫電甲醇聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其使用方法，包括太陽(yáng)能化學(xué)鏈反應(yīng)系統(tǒng)，太陽(yáng)能化學(xué)鏈反應(yīng)系統(tǒng)包括第一太陽(yáng)能化學(xué)鏈反應(yīng)器和第二太陽(yáng)能化學(xué)鏈反應(yīng)器，甲烷和原料水發(fā)生化學(xué)鏈重整反應(yīng)，采用化學(xué)鏈反應(yīng)的方式，實(shí)現(xiàn)了甲烷的低耗高效重整。本發(fā)明通過(guò)氫氣提純反應(yīng)器與加氫反應(yīng)器相連，生產(chǎn)的氫氣在加氫反應(yīng)器中通過(guò)加氫反應(yīng)轉(zhuǎn)化為液態(tài)物質(zhì)，使得本發(fā)明中的產(chǎn)品均為液態(tài)，有利于產(chǎn)品的大規(guī)模存儲(chǔ)和運(yùn)輸。本發(fā)明利用高溫太陽(yáng)能將甲烷和水原料轉(zhuǎn)化為合成氣，把吸收的太陽(yáng)能存儲(chǔ)于生成物的化學(xué)能中，提高了燃料的熱值，通過(guò)合成反應(yīng)釋能系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了氫氣、甲醇、電能的聯(lián)產(chǎn)，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能高效熱化學(xué)儲(chǔ)能和太陽(yáng)能燃料制備與利用領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能氫電甲醇聯(lián)產(chǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)

在全球能源需求的急劇上升及溫室氣體排放問(wèn)題的不斷加劇的背景下，太陽(yáng)能具有間歇性、低密度和不穩(wěn)定性、難以持續(xù)供應(yīng)的缺點(diǎn)，需要對(duì)太陽(yáng)能的高效存儲(chǔ)。太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存技術(shù)將陽(yáng)光充沛時(shí)空下的熱能儲(chǔ)存到陽(yáng)光不足的時(shí)空下備用，以維持熱發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

目前研究較多的太陽(yáng)能儲(chǔ)能方式包括顯熱儲(chǔ)能、潛熱(相變)儲(chǔ)能和熱化學(xué)儲(chǔ)能3種方式，?這3種儲(chǔ)能方式都要經(jīng)過(guò)3個(gè)儲(chǔ)能階段：吸熱階段、存儲(chǔ)階段、放熱階段。與顯熱儲(chǔ)能、潛熱(相變)儲(chǔ)能相比，太陽(yáng)能熱化學(xué)儲(chǔ)能利用可逆反應(yīng)進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和釋放，具有儲(chǔ)能密度高，儲(chǔ)能密度比顯熱、潛熱儲(chǔ)能高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，在常溫下長(zhǎng)期儲(chǔ)存分解物，并實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)。

氫能是一種重要的可再生能源，氫的用途廣泛，尤其在交通能源方面，可以用于液態(tài)燃料的合成與升級(jí)，以替代傳統(tǒng)石油制取汽油、柴油；同時(shí)，以氫為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池能源轉(zhuǎn)化效率高，副產(chǎn)物僅為水，有望成為新一代交通工具的動(dòng)力核心。氫作為二次能源，需要通過(guò)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程從碳?xì)浠衔锖退群瑲湮镔|(zhì)中提取，主要技術(shù)路徑包括熱化學(xué)、電解水、光解水制氫等。目前，以化石能源為原料的熱化學(xué)過(guò)程在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛，主要包括甲烷蒸汽重整、石腦油重整、煤氣化等工藝，碳排放問(wèn)題嚴(yán)重。水分解制氫的效率提高，以及化石燃料制氫的高能耗、高碳排放問(wèn)題成為制氫工藝中亟待解決的問(wèn)題。甲醇是一種燃燒性能良好的清潔燃料，可直接用作汽車(chē)燃料，也可與汽油摻合使用，同時(shí)甲醇也是一種重要的有機(jī)化工原料，是碳一化工的重要產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域。同時(shí)，甲醇是一種易燃液體，燃燒性能好，辛烷值高，抗爆性好，被稱(chēng)為新一代燃料。此外，甲醇還可直接用于發(fā)電站或柴油機(jī)。在世界基礎(chǔ)有機(jī)化工原料中，甲醇消費(fèi)量居第四位，僅次于乙烯、兩稀和苯。隨著甲醇需求的不斷提高，探究更加清潔、高效的制甲醇方式成為研究熱點(diǎn)。

甲烷水蒸氣熱化學(xué)重整作為一種太陽(yáng)能熱化學(xué)儲(chǔ)能方式，具有原料廉價(jià)易得、反應(yīng)熱高、儲(chǔ)能密度高、常壓進(jìn)行、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，適宜作為一種高效的太陽(yáng)能熱化學(xué)儲(chǔ)能體系。但是傳統(tǒng)甲烷水蒸氣重整制氫工藝在流程末端進(jìn)行碳?xì)浞蛛x，能量轉(zhuǎn)化與產(chǎn)物分離集成度低，導(dǎo)致單元操作多，且氣體分離能耗高。化學(xué)鏈?zhǔn)侵笇⒁粋€(gè)化學(xué)反應(yīng)分解為在不同空間或時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)，利用可循環(huán)介質(zhì)在其中傳遞物質(zhì)和能量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的原位分離。化學(xué)鏈重整過(guò)程通過(guò)循環(huán)利用固態(tài)氧載體（通常為金屬氧化物），在還原床（燃料反應(yīng)器）中為燃料轉(zhuǎn)化提供氧，在氧化床（蒸汽反應(yīng)器）中被還原的氧載體與水反應(yīng)制取氫氣并補(bǔ)充氧，在完成重整反應(yīng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了氫氣的近零能耗分離，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)工藝中所需的水煤氣變換、空氣分離、二氧化碳分離等多個(gè)單元操作，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高度集成強(qiáng)化。

并且，在傳統(tǒng)的甲烷蒸汽重整中，通過(guò)燃燒甲烷產(chǎn)生熱量，這種方式?效率很低且會(huì)造成很高的碳排放，水蒸氣和甲烷比例高達(dá)3-5:1，導(dǎo)致大量能量被用于蒸汽的發(fā)生，而水蒸氣的轉(zhuǎn)化率很低，進(jìn)而造成大量的能量被浪費(fèi)，后續(xù)過(guò)程中的二氧化碳分離成本高。并且，利用太陽(yáng)能甲烷重整儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)生的氫氣和合成氣均為氣體，大規(guī)模存儲(chǔ)和運(yùn)輸具有一定難度。

因此，需要開(kāi)發(fā)一種既能高效存儲(chǔ)太陽(yáng)能、實(shí)現(xiàn)陽(yáng)光不足條件下發(fā)電又能減少能量浪費(fèi)和碳排放，產(chǎn)生有價(jià)值、易存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)膬?chǔ)能物質(zhì)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容