本发明专利技术公开了一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化系统，包括产氢子系统、储氢子系统、输氢子系统和用氢子系统四部分，其中，产氢子系统包括定日镜、气化反应器、预热器和冷却净化器；储氢子系统包括新气压缩机、燃气-蒸汽联合循环、甲醇换热器、甲醇合成塔、气液分离器、精馏塔和甲醇罐；输氢子系统包括输运装置，甲醇罐通过输运装置与甲醇中储站连接；用氢子系统包括甲醇中储站、槽式太阳能吸收／反应器、氢气变压吸附提纯装置、城市煤气管网系统、氢站和燃料电池。利用本发明专利技术，能够充分利用可再生能源来生成氢气，借助甲醇这个优质载体来实现氢能的高效存储和远距离输运，并缓解当前资源分布与经济发展间不均衡等问题。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化系统，包括产氢子系统、储氢子系统、输氢子系统和用氢子系统四部分，其中，产氢子系统包括定日镜、气化反应器、预热器和冷却净化器；储氢子系统包括新气压缩机、燃气-蒸汽联合循环、甲醇换热器、甲醇合成塔、气液分离器、精馏塔和甲醇罐；输氢子系统包括输运装置，甲醇罐通过输运装置与甲醇中储站连接；用氢子系统包括甲醇中储站、槽式太阳能吸收／反应器、氢气变压吸附提纯装置、城市煤气管网系统、氢站和燃料电池。利用本专利技术，能够充分利用可再生能源来生成氢气，借助甲醇这个优质载体来实现氢能的高效存储和远距离输运，并缓解当前资源分布与经济发展间不均衡等问题。【专利说明】以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化系统
本专利技术涉及氢能的高效利用
，尤其是一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化系统。
技术介绍
能源是人类赖以生存和发展的关键性要素之一，也是国民经济和社会发展的重要物质基础。但现有的能源供应体系主要依赖于煤炭和石油等化石燃料，过度使用化石燃料已对环境产生了严重污染，并加剧了全球气候变暖。就中国而言，以煤炭为主导的能源结构已严重制约当前经济和社会的高速发展，同时过高的石油对外依存度已严重威胁到国家能源安全。与此同时，化石燃料的不可再生性和日益增长的能源需求之间的矛盾也正急剧凸显，寻求清洁的可再生的替代能源已成为当前亟待解决的难题。近年来，各国的研究人员将目光投向了氢能，氢是自然界中最普遍的元素，据估计它占宇宙总质量的75%。氢气的燃烧效率和热值都非常高，相同质量下纯氢的热值几乎相当于当前汽车动力燃料(汽油、柴油等)燃烧热值的2.8倍。同时氢气的燃烧产物仅为水，不会对环境造成污染。目前主要利用水分解制氢、天然气重整制氢、煤气化制氢等方式来生产氢气，虽然氢气作为终端产品属于清洁能源，但氢气的生产过程却需消耗大量的化石燃料或优质的电能。在天然气重整反应中，现有的技术是直接燃烧天然气以提供反应所需要的热量，但天然气的最高理论燃烧温度能达到2300°C，而天然气重整制氢的反应温度仅为800~1000°C，温度之间的不匹配将造成严重的能量品位损失，煤气化制氢技术同样存在此类问题。已有的化石燃料制氢技术均采用直接燃烧原料的方式来提供反应热，虽然可以简化流程结构，但是所造成的环境污染和能量品位损失也是不可忽略的。另一方面，根据资源的分布特性和城市土地资源的宝贵性，使得氢气的生产设施往往建设在远离用户中心等偏远地区，由此远距离输送氢气成为了必然，而现有的输运方式主要包括气态氢输送和液态氢输送。气态输送方式通常是将氢经加压至一定压力后通过长管拖车等工具进行输送，一般利用由9个直径约为0.5m、长约10m、设计工作压力为20MPa的钢瓶组成的管束，但高压充气钢瓶中的氢重量仅占1.6%左右，即输运过程做了大量无用功，还需消耗大量氢气压缩功，而且储氢压力容器也存在诸多安全隐患。而液体输送方式是将氢深冷至21K液化后，再利用槽罐车或者管道进行输运，虽然其体积能量密度分别为常压下氢和15MPa输运压力下氢的845倍和6.5倍，但是氢气液化过程中消耗大量的冷却能量约占其储存能量的30 %，而且液氢易泄漏不能长期保存，还需采用各类技术手段保持液化罐的热绝缘性以降低蒸发损失。相对化石燃料而言，我国的太阳能资源非常丰富，年平均日太阳辐射量为180W /m2，并表现出西高东低的太阳能地域分布特点，我国的西藏、青海等新疆等西部地区年日照时间更是在3000小时以上，属世界太阳能资源丰富地区之一。与此同时，中国的生物质秸杆年产量为8.42亿吨，可收集利用量达到6.86亿吨，利用前景非常广阔。因此，可以充分利用这些清洁的可再生能源来生产氢，这不仅将有助于降低化石燃料的消耗，同时也能够实现低品质可再生能源向闻品质氢!能的转变。现有的氢输运系统虽然是直接将纯净的氢送往氢站等用户，但是输运的效率很低，而且在输运和储存过程中还存在诸多安全性问题。应当寻找一种易由氢气合成、且易分解成氢气的中间载体，以提高氢气的储存稳定性，不仅能借助现有的输运体系实现安全输送，还可降低对用户侧的技术要求。着眼于未来的能源发展方向，不仅要求具备清洁且高效的氢能转化技术，同时在氢能的生产、储存和输运侧也应追求无污染、低成本。在借助丰富的太阳能和生物质等可再生能源生产氢的同时，通过构建科学合理的氢能产储输用一体化系统有助于氢能的推广与应用，为有效地缓解日益增长的能源需求和有限的化石能源储量之间的矛盾提供途径。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化系统，以充分利用可再生能源来生成氢气，借助甲醇这个优质载体来实现氢能的高效存储和远距离输运，并缓解当前资源分布与经济发展间不均衡等问题。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化系统，包括产氢子系统、储氢子系统、输氢子系统和用氢子系统四部分，其中:产氢子系统包括定日镜1、气化反应器2、预热器3和冷却净化器4，其中，定日镜I设置于气化反应器2周围，气化反应器2出口依次与预热器3的热端和冷却净化器4入口相连，生物质SI和水S2经预热器3的冷端与气化反应器2入口连接；储氢子系统包括新气压缩机5、燃气-蒸汽联合循环6、甲醇换热器7、甲醇合成塔8、气液分离器9、精馏 塔10和甲醇罐11，其中，冷却净化器4的出口依次与新气压缩机5、甲醇换热器7冷端与甲醇合成塔8入口连接，甲醇合成塔8出口经甲醇换热器7热端与气液分离器9相连，气液分离器9的液相出口与精馏塔10连接，气液分离器9的气相出口一部分与燃气-蒸汽联合循环6连接，其他部分与精馏塔10的气体出口一同与新气压缩机5的入口连接，精馏塔10的液体出口与甲醇罐11连接；输氢子系统包括输运装置12，甲醇罐11通过输运装置12与甲醇中储站13连接；用氢子系统包括甲醇中储站13、槽式太阳能吸收/反应器14、氢气变压吸附提纯装置15、城市煤气管网系统16、氢站17和燃料电池18，其中，甲醇中储站13出口与槽式太阳能吸收/反应器14入口连接，槽式太阳能吸收/反应器14出口与氢气变压吸附提纯装置15入口连接，氢气变压吸附提纯装置15的一氧化碳出口与城市煤气管网系统16连接，氢气变压吸附提纯装置15的氢气出口途径氢站17与燃料电池18等终端氢能用户连接。上述方案中，在产氢子系统中:定日镜I用于为气化反应器2聚焦太阳能并提供高温热源；气化反应器2用于实现生物质SI的气化，将生物质SI由固体燃料转化为作为气体燃料的合成气，并输送给预热器3 ;预热器3用于利用合成气的显热将水S2转化为气化反应所需的水蒸汽，并对生物质SI进行干燥和预热，以降低高温太阳能的集热量；冷却净化器4用于降低经过预热器3后的合成气的温度，并脱除合成气中所含的灰分和硫化氢等杂质，输送给新气压缩机5。上述方案中，所述预热器3充分利用气化合成气的显热来预热用于气化的生物质SI，并将水S2转化为蒸汽作为气化剂。上述方案中，在储氢子系统中:新气压缩机5用于提高合成气的压力，并输送给甲醇换热器7 ；甲醇换热器7用于提升合成气的温度以提高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化系统，包括产氢子系统、储氢子系统、输氢子系统和用氢子系统四部分，其中：产氢子系统包括定日镜(1)、气化反应器(2)、预热器(3)和冷却净化器(4)，其中，定日镜(1)设置于气化反应器(2)周围，气化反应器(2)出口依次与预热器(3)的热端和冷却净化器(4)入口相连，生物质S1和水S2经预热器(3)的冷端与气化反应器(2)入口连接；储氢子系统包括新气压缩机(5)、燃气‑蒸汽联合循环(6)、甲醇换热器(7)、甲醇合成塔(8)、气液分离器(9)、精馏塔(10)和甲醇罐(11)，其中，冷却净化器(4)的出口依次与新气压缩机(5)、甲醇换热器(7)冷端与甲醇合成塔(8)入口连接，甲醇合成塔(8)出口经甲醇换热器(7)热端与气液分离器(9)相连，气液分离器(9)的液相出口与精馏塔(10)连接，气液分离器(9)的气相出口一部分与燃气‑蒸汽联合循环(6)连接，其他部分与精馏塔(10)的气体出口一同与新气压缩机(5)的入口连接，精馏塔(10)的液体出口与甲醇罐(11)连接；输氢子系统包括输运装置(12)，甲醇罐(11)通过输运装置(12)与甲醇中储站(13)连接；用氢子系统包括甲醇中储站(13)、槽式太阳能吸收／反应器(14)、氢气变压吸附提纯装置(15)、城市煤气管网系统(16)、氢站(17)和燃料电池(18)，其中，甲醇中储站(13)出口与槽式太阳能吸收／反应器(14)入口连接，槽式太阳能吸收／反应器(14)出口与氢气变压吸附提纯装置(15)入口连接，氢气变压吸附提纯装置(15)的一氧化碳出口与城市煤气管网系统(16)连接，氢气变压吸附提纯装置(15)的氢气出口途径氢站(17)与燃料电池(18)连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘启斌，金红光，白章，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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