一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；电解分系统包括风车、电解槽、氧气储罐和氢气储罐；煤制甲醇分系统包括气化炉、洗涤冷却器、脱碳塔、反应器、分离装置和甲醇储槽。该系统在具体工作时，将风能产生的电能通过电解转化为氢气的化学能，并进一步通过合成甲醇反应，将能量储存在甲醇中，能量密度高、可以长期储存、用途广泛，从而实现将风能进行有效的储存。合成甲醇时，合成气中缺少的氢气通过电解水获得，免去了水煤气变换反应，节省了水的使用，减少了二氧化碳的排放。减少了二氧化碳的排放。减少了二氧化碳的排放。

【技术实现步骤摘要】
一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法


[0001]本专利技术属于风能储能
，具体涉及一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法。

技术介绍

[0002]化学储能基于化学反应，通过反应物和生成物的化学键的断裂重组实现能量的存储。通过化学反应生成储能物质后，尤其是液态的储能物质，具有能量密度高和能够长期储存的特点，适合将风能转化后进行储存。其中，合成甲醇是一种化学储能方式，具有储能密度高、能够长期储存和产品用途广等特点。
[0003]在我国西北地区，风能资源丰富，但是为了稳定的利用风能，需要对火电机组等进行调峰或者进行电池储能，西北地区煤炭资源丰富，煤制甲醇产业比较成熟，因此，如果能够开发出一种化学储能系统，利用煤制甲醇系统，该系统可以将风能转化为化学能储存在储能物质中，会对风能的利用带来巨大变化。
[0004]现有的风能储能存能量密度低，不能长期储存。

技术实现思路

[0005]为了克服以上技术问题，本专利技术提供了一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法，将风能转化为甲醇这一储能物质进行存储，能量密度高，能长期储存，用途广泛。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于煤制甲醇的风能储能系统，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；
[0008]所述电解分系统包括风车1、电解槽2、氧气储罐3和氢气储罐10，风车1发出的电力输送到电解槽2，电解槽2的出口分别与氧气储罐3和氢气储罐10的入口相连通；
[0009]所述的煤制甲醇分系统包括气化炉4、洗涤冷却器5、脱碳塔6、反应器7、分离装置8和甲醇储槽9；气化炉4的气体出口与洗涤冷却器5的入口相连通，洗涤冷却器5的出口与脱碳塔6的入口相连通，脱碳塔6的出口与反应器7的入口相连通，反应器7的出口与分离装置8的入口相连通，分离装置8的出口分别于反应器7的入口、电解槽2的入口和甲醇储槽9的入口相连通。
[0010]所述的反应器7为管壳式反应器或浆态床反应器，反应器7中装载有合成甲醇催化剂。
[0011]所述气化炉4为鲁奇气化炉，气化工艺为纯氧和水蒸气连续常压气化工艺。
[0012]所述脱碳塔6为低温甲醇洗。
[0013]所述分离装置8将气液分离后，选用精馏塔工艺将甲醇和水进行分离。
[0014]所述气化炉4底部设置灰渣排出口，所述洗涤冷却器5的底部设置排出口。
[0015]一种基于煤制甲醇的风能储能系统的运行方法，包括以下步骤；
[0016]风车1发出的电力，进入电解槽2，电解槽2中的水电解后生成的氧气进入氧气储罐3，氢气进入氢气储罐10，氧气储罐3中的氧气送入气化炉4，在气化炉4中，煤炭与水蒸气、氧
气反应，生成合成气和灰渣，灰渣从气化炉4底部排出，合成气进入洗涤冷却器5中经过洗涤和冷却后进入脱碳塔6，洗涤冷却器5的底部排出含有部分残碳的黑水，合成气中的二氧化碳在脱碳塔6中被脱除，脱除二氧化碳后的合成气进入反应器7中，氢气储罐10中的氢气也送入反应器7，按照一定比例混合后，一起在反应器7中进行合成甲醇反应，反应后的产物进入分离装置8，分离后未反应的气体返回反应器7中，生成的甲醇进入甲醇储罐9，副反应生成的水补入电解槽2。
[0017]在风能充足时，风车1持续发电，电解槽2电解产生氢气能力大于反应器7的处理氢气的能力，部分过剩的氢气储存在氢气储罐3中；
[0018]在风能不足时，电解槽2电解产生氢气能力小于反应器7的处理氢气的能力，利用氢气储罐3中储存的过剩的氢气，维持反应器7的正常工作。
[0019]所述反应器7中一氧化碳和氢气的体积比为1:2。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术所述的基于煤制甲醇的风能储能系统在具体工作时，将风能产生的电能通过电解转化为氢气的化学能，并进一步通过合成甲醇反应，将能量储存在甲醇中，能量密度高、可以长期储存、用途广泛，从而实现将风能进行有效的储存，电解产生的氧气还可以用于煤炭的气化反应。合成甲醇时，合成气中缺少的氢气通过电解水获得，免去了水煤气变换反应，节省了水的使用，减少了二氧化碳的排放。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的系统示意图。
[0023]其中，1为风车、2为电解槽、3为氧气储罐、4为气化炉、5为洗涤冷却器、6为脱碳塔、7为反应器、8为分离装置、9为甲醇储槽、10为氢气储罐。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0025]参考图1，本专利技术所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；电解分系统，包括风车1、电解槽2、氧气储罐3和氢气储罐10；煤制甲醇分系统，包括气化炉4、洗涤冷却器5、脱碳塔6、反应器7、分离装置8和甲醇储槽9。
[0026]所述的风车1发出的电力输送到电解槽2，电解槽2的出口分别与氧气储罐3和氢气储罐10的入口相连通。
[0027]所述的气化炉4的气体出口与洗涤冷却器5的入口相连通，洗涤冷却器5的的出口与脱碳塔6的入口相连通，脱碳塔6的出口与反应器7的入口相连通，反应器7的出口与分离装置8的入口相连通，分离装置8的出口分别于反应器7的入口、电解槽2的入口和甲醇储槽9的入口相连通。
[0028]优选的，气化炉4的形式为鲁奇气化炉，气化工艺为纯氧和水蒸气连续常压气化工艺。
[0029]优选的，脱碳塔6所用的工艺为低温甲醇洗。
[0030]优选的，所述的反应器7的形式为管壳式反应器，反应器的管程中装载有合成甲醇催化剂。
[0031]优选的，分离装置8将气液分离后，选用精馏塔工艺将甲醇和水进行分离。
[0032]风车1发出的电力进入电解槽2，电解槽2中的水电解后生成的氧气进入氧气储罐3，氢气进入氢气储罐10。电解产生1立方米的氢气，耗电量约为5千瓦时，风场的装机容量为50MW，在额定工况下，氢气的产量为10000立方米/小时，氧气的产量为5000立方米/小时。
[0033]氧气储罐3中的氧气送入气化炉1，在气化炉1中，煤炭与水蒸气、氧气反应，生成合成气和灰渣，灰渣从气化炉1底部排出，合成气进入洗涤冷却器5中经过洗涤和冷却后进入脱碳塔6，洗涤冷却器5的底部排出含有部分残碳的黑水，合成气中的二氧化碳在脱碳塔6中被脱除，脱除二氧化碳后的合成气进入反应器7中。两台直径为3000毫米的鲁奇气化炉，处理量可以达到35吨煤/小时，选用的煤种为烟煤，产气率约为1.45立方米/千克煤，气化后产生的合成气脱除二氧化碳和硫化氢等杂质后，合成气产量约为45000立方米/小时，合成气中的一氧化碳和氢气的比例约为4:6，即一氧化碳的产量为18000立方米/小时，氢气的产量为27000立方米/小时。
[0034]将氢气储罐10中的氢气也送入反应器7，补入氢气的量为9000立方米/小时，调节一氧化碳和氢气的体积比为1:2，一氧化碳和氢气在反应器7中进行合成甲醇反应，反应后的产物进入分离装置8，分离后未反应的气体返回反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；所述电解分系统包括风车(1)、电解槽(2)、氧气储罐(3)和氢气储罐(10)，风车(1)发出的电力输送到电解槽(2)，电解槽(2)的出口分别与氧气储罐(3)和氢气储罐(10)的入口相连通；所述的煤制甲醇分系统包括气化炉(4)、洗涤冷却器(5)、脱碳塔(6)、反应器(7)、分离装置(8)和甲醇储槽(9)；气化炉(4)的气体出口与洗涤冷却器(5)的入口相连通，洗涤冷却器(5)的出口与脱碳塔(6)的入口相连通，脱碳塔(6)的出口与反应器(7)的入口相连通，反应器(7)的出口与分离装置(8)的入口相连通，分离装置(8)的出口分别于反应器(7)的入口、电解槽(2)的入口和甲醇储槽(9)的入口相连通。2.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述的反应器(7)为管壳式反应器或浆态床反应器，反应器(7)中装载有合成甲醇催化剂。3.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述气化炉(4)为鲁奇气化炉，气化工艺为纯氧和水蒸气连续常压气化工艺。4.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述脱碳塔(6)为低温甲醇洗。5.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述分离装置(8)将气液分离后，选用精馏塔工艺将甲醇和水进行分离。6.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述气化炉(4)底部设置灰渣排出口，所述洗涤冷却器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张纯，吴家荣，白文刚，张一帆，李红智，姚明宇，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：