具有二氧化碳废气利用的零排放发电站制造技术

本发明专利技术涉及利用CO2废气的清洁能源系统、可再生能源系统或零排放能源系统(ZEES)。所述能源系统可以包括燃料处理器、能源催化反应器和发电机。所述燃料处理器可以将天然气、生物气或合成气中的CH4组分催化转化为包含H2、CO、CO2和H2O物质的重整产品。所述能源反应器可以将气体形式的重整产品转化为液体燃料。所述发电机可以使用燃料处理器的输出和/或能源反应器的输出发电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有二氧化碳废气利用的零排放发电站相关申请本申请要求2012年4月18日提交的美国临时申请号61/635,176、2012年5月4日提交的美国临时申请号61/482,495和2011年8月16日提交的美国临时申请号61/515,900的优先权，其内容在此通过引用并入本文。专利技术背景本申请涉及清洁能源系统、可再生能源系统或零排放能源系统(ZEES)，和更特别地涉及基于化学原理的具有二氧化碳废气利用的发电站(CPPP)。现在，遏制温室气体(GHG)排放的政府努力已经依靠各个地区和国家的法律持续了一段时间。通常，大部分地区和国家认同到2020年将温室气体排放减少到低于1990年水平的25％的过渡目标，和到2050年减少80％的总体目标。然而据报道，由于差距较大，该目标不太可能实现，除非在不远的将来发展出革命性的技术。当能源系统使用石油燃料时，由于有利的用于减排的系统硬件特性，可以计算碳信用额度（carboncredit）并将其应用于项目融资。当采用可再生燃料时，，将计算由于燃料的特性的额外碳信用额度。因此，出现了将与可再生燃料系统相关的碳信用额度进行组合的可能，所述可再生燃料系统可以被看作是这种具有负性的CO2足迹的系统。清洁技术也可能收到由各个地区和国家的机构管理的可再生能源信用额度(REC)。可以只根据所使用的燃料类型应用REC。根据其工作原理判断，燃料电池系统不具有可再生特性。专利技术概述本申请提供了清洁能源系统、可再生能源系统或具有二氧化碳废气利用的零排放能源系统(ZEES)。本申请利用化学原理来同步发电和转化能源，从而消除发电站排放的二氧化碳，并引入用于输送的新液体燃料源。本申请提供的能源系统解决了当前能源行业中两个最严重的问题：石油燃料短缺和由温室气体（GHG）排放导致的全球变暖。在一个实施方式中，当含碳流与匹配量的H2被用于液体燃料生产并且H2单独用于发电时，所述清洁能源系统是零排放能源系统。当采用可再生原料时，所述能源系统构成负性的二氧化碳足迹，因而潜在地获得双倍的碳信用额度。根据本专利技术的一个实施，生成清洁能量，并且由该系统产生的任何温室气体(GHG)被保留和被用于帮助生产高价值的燃料。本申请提供的能源系统可以被适当地定制，以用于任何安装、以可负担的成本将可得的城市固体废物(MSW)或生物质转化为清洁能源并具有低碳足迹。所述能源系统可以同样应用于包括煤炭和其它固体碳氢燃料的原料。在一个实施方式中，所述能源系统可以包括燃料处理器、能源催化反应器和发电机。该燃料处理器将天然气、生物气或合成气中的CH4组分催化转化为包含H2、CO、CO2和H2O物质的重整产品。该能源反应器可以将气体形式的重整产品转化为液体燃料。该发电机可以使用燃料处理器的输出和/或能源反应器的输出发电。在一个实施方式中，该燃料处理器可以包括部分氧化、自热和蒸汽甲烷重整器。重整产品可以用水变换工艺处理，以具有不同的在约0％至约20％之间变化的CO对CO2的百分率。燃料处理器的重整产品可以用变压吸附工艺进行处理，以形成两种流动流：1）高纯度H2流；2）高浓度的碳（CO、CO2）内容物。CO2可以用水变换工艺处理至20％的最大量水平，并且通过变压吸附处理，以生成浓缩的CO2流。浓缩的CO2流可以在油井现场被用于三次采油（EnhancedOilRecovery）（CO2-EOR）。在实施方式中，从燃料处理器产生的H2、CO和CO2可以在能源反应器中用甲醇合成催化剂处理成液体形式的甲醇（CH3OH）。甲醇可以在能源反应器中用合适的催化剂进一步处理成液体形式的DME（CH3OCH3）。DME在催化能源反应器中用另一种合适催化剂进一步处理成液体形式的汽油。由于合成气中CO2和CO的高浓度，来源于可再生原料的H2、CO2和CO碳的混合物可以用于生产航空燃料、丙烷、柴油或重质液体燃料。根据本专利技术的教导，可以操作清洁能源系统，以最大化将碳用于生产：a）液体生物燃料，包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇，以及b）液体合成燃料，包括DME、汽油、丙烷、丁烷、航空燃料和柴油。能源反应器利用化学催化剂或生物催化剂。能源反应器可以是化学催化剂床，比如固定床、结构化床、悬浮床或具有集成换热器的微通道。能源反应器可以采用单功能催化剂、双功能催化剂或多功能催化剂，以实现性能改善。能源反应器可以采用包括各种酵母、细菌和酶的生物催化剂。在实施方式中，重整产品可以以下面的燃料电池发电机中的一种应用于发电，包括固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)和碱性燃料电池(AFC)。SOFC应用于以下三种装置中的一种：固体氧化物燃料电池；由固体氧化物燃料电池和燃气轮机单元构成的混合系统；由固体氧化物燃料电池和蒸汽轮机单元构成的混合系统。重整产品可以应用于以下面的发电机的一种中来发电，包括内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机。在实施方式中，重整器可以是包括得自光伏(PV)、风或潮汐波的电能输入的混合重整系统（HybridReformingSystem），从而满足对重整器的吸热热输入和重整产品压缩过程的能源需求。清洁能源系统可以是包括得自PV、风和潮汐波电能输入的混合系统（HybridSystem），从而支持对系统能源需求，以及用液体燃料产品的存储能力为这些能量来源的间歇期提供补救。在实施方式中，清洁能源系统可以应用于使用可再生原料，所述可再生原料包括包括具有原料处理器的城市固体废物、城市污水、农场动物废物、生物质和木质生物质。城市污水和农场动物废物可以首先通过消化池进行处理以产生沼气，其包含CH4、CO2和CO。城市固体废物、农场生物质、木质生物质可以首先通过气化器进行处理以产生合成气，所其包含CH4、CO2和CO。在实施方式中，原料处理器可以是合成气产生器，其包括热驱动、等离子体或微波驱动的气化器。原料处理器可以是合成气产生器，其归类为被Tennessee的HathawayRenewableEnergy公司所称的挥发器（volatilizer）。所述挥发器提供热值超过500Btu/ft3的富CH4合成气，而不是通常选择的提供典型热值为300Btu/ft3的富H2合成气的气化器。生物质原料可以包括森林废物、社区（市区）废物、固相煤，其通过挥发器产生由CH4、H2、CO、CO2和其它次要物质组成的热值超过500Btu/ft3的合成气和作为固体残留的生物炭或木炭。生物炭作为用于商业用途的活性炭的具有商业价值；并且要求碳信用额度和可再生能源信用额度。在实施方式中，生物质原料可以包括液相或淤泥状废物，其通过挥发器产生热值超过500Btu/ft3的合成气，所述合成气由CH4、H2、CO、CO2和其它次要的固体残留物质构成。挥发器可以在不经历燃烧，而是经历外源加热物理步骤下处理生物质。外部加热源可来源于合成气的再循环部分，其提供高于1000℃的清洁燃烧的高温热源。外部热源可来源于SOFC发电机的800℃至1000℃的高温废气流或混合发电机的600℃至800℃的高温废气流。挥发器在热源的上述范围内的温度下操作。附图说明本专利技术的前述和其它目的、特征和优点将从下面的描述中和所附附图中将是显而易见的，其中类似的参考字符在所有不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
清洁能源系统，其包括：燃料处理器，其接收天然气、生物气或合成气并且将所述天然气、生物气或合成气中的甲烷组分催化转化为包含H2、CO、CO2和H2O物质的重整产品，能源反应器，其将气体形式的重整产品转化为液体燃料，和发电机，其使用燃料处理器的输出或能源反应器的输出发电，其中所述系统是零排放发电站，其具备在靠近能源、市场地点处安装的资格，并且具有用于异地消费的可运输产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.04 US 61/482,495;2011.08.06 US 61/515,900;1.清洁能源系统，其包括：燃料处理器，其接收天然气、生物气或合成气并且将所述天然气、生物气或合成气中的甲烷组分催化转化为仅包含H2、CO、CO2和H2O物质的重整产品，热交换器，其用于控制所述重整产品的温度；能源反应器，其将气体形式的重整产品转化为液体燃料，和发电机，其使用燃料处理器的输出或能源反应器的输出发电，其中所述系统是零排放发电站，其具备在靠近能源、市场地点处安装的资格，并且具有用于异地消费的可运输产品。2.权利要求1所述的能源系统，其中所述燃料处理器包括部分氧化重整器、自热重整器或蒸汽甲烷重整器。3.权利要求2所述的能源系统，其中所述重整产品用水变换工艺进行处理，从而具有不同的在0％至20％之间变化的CO对CO2百分率。4.权利要求2所述的能源系统，其中所述重整产品根据变压吸附工艺进行处理，以形成纯化的氢气流和包含至少CO和CO2的浓缩的碳流。5.权利要求1所述的能源系统，其中所述CO2根据水变换工艺处理至20％的最大量水平，并且通过变压吸附工艺处理以形成浓缩的CO2流。6.权利要求1所述的能源系统，其进一步包括：冷凝器，其安置在所述燃料处理器和所述能源反应器之间，用于从所述重整产品中提取水，和第一热交换器，其安置在所述冷凝器和所述燃料处理器之间，用于和所述重整产品进行热交换。7.权利要求6所述的能源系统，其进一步包括：第一压缩器，其安置在所述冷凝器和所述能源反应器之间，以压缩所述冷凝器的重整产品输出，第二能源反应器，其安置在所述能源反应器和所述发电机之间，用于将重整产品进一步处理成液体燃料，第二热交换器，其安置在所述能源反应器和所述第二能源反应器之间，用于控制重整产品的温度，第二压缩器，其安置在所述第二热交换器和所述第二能源反应器之间，用于压缩所述第二热交换器的重整产品输出，储存罐，其用于储存液体燃料，和第三热交换器，其安置在所述第二能源反应器和所述储存罐之间。8.权利要求1所述的能源系统，其中所述燃料处理器包括：多个导热板，和多个催化剂板，其中所述导热板与所述催化剂板交替堆叠在一起，以形成堆叠。9.权利要求1所述的能源系统，其中所述能源反应器包括：外壳，其限定了具有入口和出口的腔室，和束状元件，其安装在具有管道和流的腔室内，所述管道在入口和出口之间延伸，所述流限定安置管道周围的结构。10.权利要求1所述的能源系统，其进一步包括与所述燃料处理器的输入联接的可再生原料处理器。11.权利要求1所述的能源系统，其中H2、CO和CO2在所述能源反应器中利用甲醇合成催化剂被进一步处理成液体形式的甲醇(CH3OH)，并且所述甲醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世薰，
申请(专利权)人：兹特克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US