[發(fā)明專利]一種以鎂為載體的能源系統(tǒng)及其工作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111205579.1
• 申請(qǐng)日: 2021-10-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113794236A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳家榮;李紅智;楊玉;張磊;吳帥帥;張一帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/28;H02J15/00;H01M8/065;C25C3/04;C25C7/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

1.一種以鎂為載體的能源系統(tǒng)。其特征在于，包括電解鎂系統(tǒng)、鎂水反應(yīng)系統(tǒng)、氫氯燃料電池系統(tǒng)和物料回收系統(tǒng)；

所述電解鎂系統(tǒng)包括可再生能源發(fā)電裝置(1)和電解鎂裝置(2)；

所述鎂水反應(yīng)系統(tǒng)包括鎂水反應(yīng)器(6)、分離器(7)、混合工質(zhì)透平(8)、冷凝器(9)和發(fā)電機(jī)(10)；

所述氫氯燃料電池系統(tǒng)包括氫氯燃料電池(5)；

所述物料回收系統(tǒng)包括酸堿中和裝置(4)和干燥脫水裝置(3)；

所述電解鎂裝置(2)的電源來(lái)自可再生能源發(fā)電裝置(1)，電解鎂裝置(2)的陽(yáng)極產(chǎn)物通向氫氯燃料電池(5)的氯氣入口，陰極產(chǎn)物通向鎂水反應(yīng)器(6)的鎂燃料入口，鎂水反應(yīng)器(6)的另一個(gè)入口通入水，鎂水反應(yīng)器(6)的出口連接分離器(7)入口，分離器(7)的混合工質(zhì)出口連接混合工質(zhì)透平(8)入口，分離器(7)的氫氧化鎂出口連接酸堿中和裝置(4)的堿入口，混合工質(zhì)透平(8)出口連接冷凝器(9)入口，冷凝器(9)的氫氣側(cè)出口連接氫氯燃料電池(5)的氫氣入口，氫氯燃料電池(5)的反應(yīng)產(chǎn)物出口連接酸堿中和裝置(4)的酸入口，酸堿中和裝置(4)的出口連接干燥脫水裝置(3)的入口，干燥脫水裝置(3)的出口連接電解鎂裝置(2)的電解槽。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種以鎂為載體的能源系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，所述電解鎂裝置(2)中的原料氯化鎂來(lái)源于西北部鹽湖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種以鎂為載體的能源系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，所述可再生能源發(fā)電裝置(1)中的可再生能源為風(fēng)能和或太陽(yáng)能。

4.權(quán)利要求1所述一種以鎂為載體的能源系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，利用可再生能源發(fā)電裝置(1)作為電解鎂裝置(2)的電源，電解鎂裝置(2)的陽(yáng)極產(chǎn)物氯氣通入氫氯燃料電池(5)的氯氣入口，陰極產(chǎn)物鎂單質(zhì)作為儲(chǔ)能載體一部分用于存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變和儲(chǔ)能，一部分進(jìn)入鎂水反應(yīng)器(6)與水在80℃以上發(fā)生劇烈反應(yīng)，反應(yīng)方程為Mg+2H₂O＝Mg(OH)₂+H₂，該反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣、水蒸氣和氫氧化鎂混合物隨后進(jìn)入分離器(7)分離，密度較大的氫氧化鎂進(jìn)入分離器(7)底部被收集，密度較小的氫氣和水蒸氣混合物進(jìn)入混合工質(zhì)透平(8)，高溫高壓的混合工質(zhì)在混合工質(zhì)透平中膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(10)發(fā)電，做功完的混合工質(zhì)進(jìn)入冷凝器(9)冷凝分離，冷凝器(9)中液態(tài)水被分離，氣態(tài)氫氣通入氫氯燃料電池(5)的氫氣入口；氫氯燃料電池(5)原理與氫氧燃料電池原理相同，以氯氣為氧化劑代替氧氣，該燃料電池為酸性環(huán)境，負(fù)極反應(yīng)為H₂-2e⁺＝2H⁺，正極反應(yīng)為CI₂+2e⁺＝2CI^-，總反應(yīng)H₂+CI₂＝2HCI，產(chǎn)物鹽酸進(jìn)入酸堿中和裝置(4)與來(lái)自分離器(7)底部的氫氧化鎂發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，生成氯化鎂和水，反應(yīng)放出的熱用于鎂水反應(yīng)中加熱水；生成的氯化鎂和水進(jìn)入干燥脫水裝置(3)脫除水分，得到氯化鎂通入電解槽以實(shí)現(xiàn)物料的回收。