本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)，包括產(chǎn)氫子系統(tǒng)、儲氫子系統(tǒng)、輸氫子系統(tǒng)和用氫子系統(tǒng)四部分，其中，產(chǎn)氫子系統(tǒng)包括定日鏡、氣化反應器、預熱器和冷卻凈化器；儲氫子系統(tǒng)包括新氣壓縮機、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)、甲醇換熱器、甲醇合成塔、氣液分離器、精餾塔和甲醇罐；輸氫子系統(tǒng)包括輸運裝置，甲醇罐通過輸運裝置與甲醇中儲站連接；用氫子系統(tǒng)包括甲醇中儲站、槽式太陽能吸收／反應器、氫氣變壓吸附提純裝置、城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)、氫站和燃料電池。利用本發(fā)明專利技術(shù)，能夠充分利用可再生能源來生成氫氣，借助甲醇這個優(yōu)質(zhì)載體來實現(xiàn)氫能的高效存儲和遠距離輸運，并緩解當前資源分布與經(jīng)濟發(fā)展間不均衡等問題。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開了一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)，包括產(chǎn)氫子系統(tǒng)、儲氫子系統(tǒng)、輸氫子系統(tǒng)和用氫子系統(tǒng)四部分，其中，產(chǎn)氫子系統(tǒng)包括定日鏡、氣化反應器、預熱器和冷卻凈化器；儲氫子系統(tǒng)包括新氣壓縮機、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)、甲醇換熱器、甲醇合成塔、氣液分離器、精餾塔和甲醇罐；輸氫子系統(tǒng)包括輸運裝置，甲醇罐通過輸運裝置與甲醇中儲站連接；用氫子系統(tǒng)包括甲醇中儲站、槽式太陽能吸收／反應器、氫氣變壓吸附提純裝置、城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)、氫站和燃料電池。利用本專利技術(shù)，能夠充分利用可再生能源來生成氫氣，借助甲醇這個優(yōu)質(zhì)載體來實現(xiàn)氫能的高效存儲和遠距離輸運，并緩解當前資源分布與經(jīng)濟發(fā)展間不均衡等問題。【專利說明】以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及氫能的高效利用
，尤其是一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
能源是人類賴以生存和發(fā)展的關鍵性要素之一，也是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。但現(xiàn)有的能源供應體系主要依賴于煤炭和石油等化石燃料，過度使用化石燃料已對環(huán)境產(chǎn)生了嚴重污染，并加劇了全球氣候變暖。就中國而言，以煤炭為主導的能源結(jié)構(gòu)已嚴重制約當前經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，同時過高的石油對外依存度已嚴重威脅到國家能源安全。與此同時，化石燃料的不可再生性和日益增長的能源需求之間的矛盾也正急劇凸顯，尋求清潔的可再生的替代能源已成為當前亟待解決的難題。近年來，各國的研究人員將目光投向了氫能，氫是自然界中最普遍的元素，據(jù)估計它占宇宙總質(zhì)量的75%。氫氣的燃燒效率和熱值都非常高，相同質(zhì)量下純氫的熱值幾乎相當于當前汽車動力燃料(汽油、柴油等)燃燒熱值的2.8倍。同時氫氣的燃燒產(chǎn)物僅為水，不會對環(huán)境造成污染。目前主要利用水分解制氫、天然氣重整制氫、煤氣化制氫等方式來生產(chǎn)氫氣，雖然氫氣作為終端產(chǎn)品屬于清潔能源，但氫氣的生產(chǎn)過程卻需消耗大量的化石燃料或優(yōu)質(zhì)的電能。在天然氣重整反應中，現(xiàn)有的技術(shù)是直接燃燒天然氣以提供反應所需要的熱量，但天然氣的最高理論燃燒溫度能達到2300°C，而天然氣重整制氫的反應溫度僅為800~1000°C，溫度之間的不匹配將造成嚴重的能量品位損失，煤氣化制氫技術(shù)同樣存在此類問題。已有的化石燃料制氫技術(shù)均采用直接燃燒原料的方式來提供反應熱，雖然可以簡化流程結(jié)構(gòu)，但是所造成的環(huán)境污染和能量品位損失也是不可忽略的。另一方面，根據(jù)資源的分布特性和城市土地資源的寶貴性，使得氫氣的生產(chǎn)設施往往建設在遠離用戶中心等偏遠地區(qū)，由此遠距離輸送氫氣成為了必然，而現(xiàn)有的輸運方式主要包括氣態(tài)氫輸送和液態(tài)氫輸送。氣態(tài)輸送方式通常是將氫經(jīng)加壓至一定壓力后通過長管拖車等工具進行輸送，一般利用由9個直徑約為0.5m、長約10m、設計工作壓力為20MPa的鋼瓶組成的管束，但高壓充氣鋼瓶中的氫重量僅占1.6%左右，即輸運過程做了大量無用功，還需消耗大量氫氣壓縮功，而且儲氫壓力容器也存在諸多安全隱患。而液體輸送方式是將氫深冷至21K液化后，再利用槽罐車或者管道進行輸運，雖然其體積能量密度分別為常壓下氫和15MPa輸運壓力下氫的845倍和6.5倍，但是氫氣液化過程中消耗大量的冷卻能量約占其儲存能量的30 %，而且液氫易泄漏不能長期保存，還需采用各類技術(shù)手段保持液化罐的熱絕緣性以降低蒸發(fā)損失。相對化石燃料而言，我國的太陽能資源非常豐富，年平均日太陽輻射量為180W /m2，并表現(xiàn)出西高東低的太陽能地域分布特點，我國的西藏、青海等新疆等西部地區(qū)年日照時間更是在3000小時以上，屬世界太陽能資源豐富地區(qū)之一。與此同時，中國的生物質(zhì)秸桿年產(chǎn)量為8.42億噸，可收集利用量達到6.86億噸，利用前景非常廣闊。因此，可以充分利用這些清潔的可再生能源來生產(chǎn)氫，這不僅將有助于降低化石燃料的消耗，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)低品質(zhì)可再生能源向聞品質(zhì)氫!能的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)有的氫輸運系統(tǒng)雖然是直接將純凈的氫送往氫站等用戶，但是輸運的效率很低，而且在輸運和儲存過程中還存在諸多安全性問題。應當尋找一種易由氫氣合成、且易分解成氫氣的中間載體，以提高氫氣的儲存穩(wěn)定性，不僅能借助現(xiàn)有的輸運體系實現(xiàn)安全輸送，還可降低對用戶側(cè)的技術(shù)要求。著眼于未來的能源發(fā)展方向，不僅要求具備清潔且高效的氫能轉(zhuǎn)化技術(shù)，同時在氫能的生產(chǎn)、儲存和輸運側(cè)也應追求無污染、低成本。在借助豐富的太陽能和生物質(zhì)等可再生能源生產(chǎn)氫的同時，通過構(gòu)建科學合理的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)有助于氫能的推廣與應用，為有效地緩解日益增長的能源需求和有限的化石能源儲量之間的矛盾提供途徑。
技術(shù)實現(xiàn)思路
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本專利技術(shù)的主要目的在于提供一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)，以充分利用可再生能源來生成氫氣，借助甲醇這個優(yōu)質(zhì)載體來實現(xiàn)氫能的高效存儲和遠距離輸運，并緩解當前資源分布與經(jīng)濟發(fā)展間不均衡等問題。(二)技術(shù)方案為達到上述目的，本專利技術(shù)提供了一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)，包括產(chǎn)氫子系統(tǒng)、儲氫子系統(tǒng)、輸氫子系統(tǒng)和用氫子系統(tǒng)四部分，其中:產(chǎn)氫子系統(tǒng)包括定日鏡1、氣化反應器2、預熱器3和冷卻凈化器4，其中，定日鏡I設置于氣化反應器2周圍，氣化反應器2出口依次與預熱器3的熱端和冷卻凈化器4入口相連，生物質(zhì)SI和水S2經(jīng)預熱器3的冷端與氣化反應器2入口連接；儲氫子系統(tǒng)包括新氣壓縮機5、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6、甲醇換熱器7、甲醇合成塔8、氣液分離器9、精餾 塔10和甲醇罐11，其中，冷卻凈化器4的出口依次與新氣壓縮機5、甲醇換熱器7冷端與甲醇合成塔8入口連接，甲醇合成塔8出口經(jīng)甲醇換熱器7熱端與氣液分離器9相連，氣液分離器9的液相出口與精餾塔10連接，氣液分離器9的氣相出口一部分與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6連接，其他部分與精餾塔10的氣體出口一同與新氣壓縮機5的入口連接，精餾塔10的液體出口與甲醇罐11連接；輸氫子系統(tǒng)包括輸運裝置12，甲醇罐11通過輸運裝置12與甲醇中儲站13連接；用氫子系統(tǒng)包括甲醇中儲站13、槽式太陽能吸收/反應器14、氫氣變壓吸附提純裝置15、城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)16、氫站17和燃料電池18，其中，甲醇中儲站13出口與槽式太陽能吸收/反應器14入口連接，槽式太陽能吸收/反應器14出口與氫氣變壓吸附提純裝置15入口連接，氫氣變壓吸附提純裝置15的一氧化碳出口與城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)16連接，氫氣變壓吸附提純裝置15的氫氣出口途徑氫站17與燃料電池18等終端氫能用戶連接。上述方案中，在產(chǎn)氫子系統(tǒng)中:定日鏡I用于為氣化反應器2聚焦太陽能并提供高溫熱源；氣化反應器2用于實現(xiàn)生物質(zhì)SI的氣化，將生物質(zhì)SI由固體燃料轉(zhuǎn)化為作為氣體燃料的合成氣，并輸送給預熱器3 ;預熱器3用于利用合成氣的顯熱將水S2轉(zhuǎn)化為氣化反應所需的水蒸汽，并對生物質(zhì)SI進行干燥和預熱，以降低高溫太陽能的集熱量；冷卻凈化器4用于降低經(jīng)過預熱器3后的合成氣的溫度，并脫除合成氣中所含的灰分和硫化氫等雜質(zhì)，輸送給新氣壓縮機5。上述方案中，所述預熱器3充分利用氣化合成氣的顯熱來預熱用于氣化的生物質(zhì)SI，并將水S2轉(zhuǎn)化為蒸汽作為氣化劑。上述方案中，在儲氫子系統(tǒng)中:新氣壓縮機5用于提高合成氣的壓力，并輸送給甲醇換熱器7 ；甲醇換熱器7用于提升合成氣的溫度以提高本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化系統(tǒng)，包括產(chǎn)氫子系統(tǒng)、儲氫子系統(tǒng)、輸氫子系統(tǒng)和用氫子系統(tǒng)四部分，其中：產(chǎn)氫子系統(tǒng)包括定日鏡(1)、氣化反應器(2)、預熱器(3)和冷卻凈化器(4)，其中，定日鏡(1)設置于氣化反應器(2)周圍，氣化反應器(2)出口依次與預熱器(3)的熱端和冷卻凈化器(4)入口相連，生物質(zhì)S1和水S2經(jīng)預熱器(3)的冷端與氣化反應器(2)入口連接；儲氫子系統(tǒng)包括新氣壓縮機(5)、燃氣?蒸汽聯(lián)合循環(huán)(6)、甲醇換熱器(7)、甲醇合成塔(8)、氣液分離器(9)、精餾塔(10)和甲醇罐(11)，其中，冷卻凈化器(4)的出口依次與新氣壓縮機(5)、甲醇換熱器(7)冷端與甲醇合成塔(8)入口連接，甲醇合成塔(8)出口經(jīng)甲醇換熱器(7)熱端與氣液分離器(9)相連，氣液分離器(9)的液相出口與精餾塔(10)連接，氣液分離器(9)的氣相出口一部分與燃氣?蒸汽聯(lián)合循環(huán)(6)連接，其他部分與精餾塔(10)的氣體出口一同與新氣壓縮機(5)的入口連接，精餾塔(10)的液體出口與甲醇罐(11)連接；輸氫子系統(tǒng)包括輸運裝置(12)，甲醇罐(11)通過輸運裝置(12)與甲醇中儲站(13)連接；用氫子系統(tǒng)包括甲醇中儲站(13)、槽式太陽能吸收／反應器(14)、氫氣變壓吸附提純裝置(15)、城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)(16)、氫站(17)和燃料電池(18)，其中，甲醇中儲站(13)出口與槽式太陽能吸收／反應器(14)入口連接，槽式太陽能吸收／反應器(14)出口與氫氣變壓吸附提純裝置(15)入口連接，氫氣變壓吸附提純裝置(15)的一氧化碳出口與城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)(16)連接，氫氣變壓吸附提純裝置(15)的氫氣出口途徑氫站(17)與燃料電池(18)連接。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉啟斌，金紅光，白章，
申請(專利權(quán))人：中國科學院工程熱物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11
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