一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统，聚光分光器的输出端同时与集热器和光伏电池连接，集热器与燃料侧反应器连通，光伏电池与电解电池电性连接，且燃料侧反应器的二氧化碳出口和电解电池的氢气出口均穿过换热器并与甲醇合成器的输入端连接，压气机、空气侧反应器、加热器、透平和发电机依次连接，电解电池的氧气出口穿过换热器并与压气机的输入端连接，空气侧反应器与燃料侧反应器之间循环连接，透平的气体出口贯穿余热锅炉，且热机、吸收式制冷机和供热器均与余热锅炉的输出端连接。本发明专利技术中，通过设置甲醇合成单元，能够将反应产生的二氧化碳作为原材料合成甲醇，有助于降低二氧化碳封存成本，并实现二氧化碳的零排放。二氧化碳的零排放。二氧化碳的零排放。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统


[0001]本专利技术涉及能源利用
，更具体的，涉及一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统。

技术介绍

[0002]传统甲烷驱动的多联产系统，具有灵活启动、能源利用率高等优点，在国家能源结构中扮演着重要角色，但燃烧碳氢燃料会排放大量温室气体二氧化碳。基于此，将传统的甲烷直燃过程改为两步法反应过程的新思路被提出，具体包括：利用金属氧化物与甲烷发生还原反应，甲烷变为二氧化碳，金属氧化物被还原为金属；进一步，被还原的金属与空气发生氧化反应，释放热量，实现甲烷化学能到热能的转换。由于上述两个过程是彼此分离的气固反应，二氧化碳和未反应的空气不混合，进而实现无能耗捕集二氧化碳，但是由于气体二氧化碳封存成本较高，新思路距离实际应用尚存距离。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于现有的甲烷驱动的多联产系统二氧化碳封存成本高。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提出了一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统，通过设置甲醇合成单元，能够将反应产生的二氧化碳作为原材料合成甲醇，有助于降低二氧化碳封存成本，并实现二氧化碳的零排放，且加工成本较低，具有较高的市场应用前景。
[0004]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统，包括甲醇合成单元、发电单元和余热利用单元，
[0006]甲醇合成单元包括聚光分光器、集热器、光伏电池、燃料侧反应器、电解电池、换热器和甲醇合成器，聚光分光器的输出端同时与集热器和光伏电池连接，集热器与燃料侧反应器连通，光伏电池与电解电池电性连接，且燃料侧反应器的二氧化碳出口和电解电池的氢气出口均穿过换热器并与甲醇合成器的输入端连接，
[0007]发电单元包括依次连接的压气机、空气侧反应器、加热器、透平和发电机，透平与发电机共轴设置，电解电池的氧气出口穿过换热器并与压气机的输入端连接，空气侧反应器与燃料侧反应器之间循环连接，
[0008]余热利用单元包括余热锅炉、热机、吸收式制冷机和供热器，透平的气体出口贯穿余热锅炉，且热机、吸收式制冷机和供热器均与余热锅炉的输出端连接，供热器输入端还连接有换热器。
[0009]在本专利技术较佳的技术方案中，所述透平的旋转轴还与所述甲醇合成器驱动连接，且甲醇合成器与所述供热器之间热性连通。
[0010]在本专利技术较佳的技术方案中，所述燃料侧反应器一侧还设置有甲烷进气口。
[0011]在本专利技术较佳的技术方案中，所述电解电池和所述压气机之间还设置有冷凝器，
且电解电池的氧气出口与冷凝器连接。
[0012]在本专利技术较佳的技术方案中，所述余热锅炉上还设置有进水口，且余热锅炉的出水口与所述电解电池连通。
[0013]在本专利技术较佳的技术方案中，所述电解电池一侧还设置有空气入口，且空气入口与电解电池内的阳极腔连通。
[0014]在本专利技术较佳的技术方案中，所述电解电池两端还连接有外部电网。
[0015]在本专利技术较佳的技术方案中，所述加热器与所述电解电池热性连通。
[0016]本专利技术的有益效果为：
[0017]1、本专利技术提出的一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统，通过设置甲醇合成单元，能够将反应产生的二氧化碳作为原材料合成甲醇，有助于降低二氧化碳封存成本，并实现二氧化碳的零排放，且加工成本较低，具有较高的市场应用前景。
[0018]2、通过设置聚光分光器，能够将太阳能中的高质量短波波段直接产电，而低质量的长波波段直接产热，有助于减少了太阳能利用的不可逆损失，实现了太阳能全光谱的梯级利用。
[0019]3、通过设置聚光分光器，可将被弃掉的绿电用于制氢和固碳，为间歇性、低质量的可再生绿电提供应用场合。
附图说明
[0020]图1是本专利技术具体实施方式提供的一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统的工艺流程图。
[0021]图中：
[0022]1、甲醇合成单元；11、聚光分光器；12、集热器；13、光伏电池；14、燃料侧反应器；15、电解电池；16、换热器；17、甲醇合成器；18、冷凝器；2、发电单元；21、压气机；22、空气侧反应器；23、加热器；24、透平；25、发电机；3、余热利用单元；31、余热锅炉；32、热机；33、吸收式制冷机；34、供热器。
具体实施方式
[0023]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0024]如图1所示，实施例中提供了一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统，包括甲醇合成单元1、发电单元2和余热利用单元3，
[0025]甲醇合成单元1包括聚光分光器11、集热器12、光伏电池13、燃料侧反应器14、电解电池15、换热器16和甲醇合成器17，聚光分光器11的输出端同时与集热器12和光伏电池13连接，集热器12与燃料侧反应器14连通，光伏电池13与电解电池15电性连接，且燃料侧反应器14的二氧化碳出口和电解电池15的氢气出口均穿过换热器16并与甲醇合成器17的输入端连接，
[0026]发电单元2包括依次连接的压气机21、空气侧反应器22、加热器23、透平24和发电机25，透平24与发电机25共轴设置，电解电池15的氧气出口穿过换热器16并与压气机21的输入端连接，空气侧反应器22与燃料侧反应器14之间循环连接，
[0027]余热利用单元3包括余热锅炉31、热机32、吸收式制冷机33和供热器34，透平24的
气体出口贯穿余热锅炉31，且热机32、吸收式制冷机33和供热器34均与余热锅炉31的输出端连接，供热器34输入端还连接有换热器16。
[0028]本实施例中，入射太阳光通过聚光分光器11进行聚光，用于提升能量密度，并能够将长波波段分配至集热器12处，集热器12能够将长波太阳能转化成热能，并输入至燃料侧反应器14内，进而使得燃料侧反应器14内升温，用以驱动甲烷与金属氧化物MO
x
的还原反应，同时将短波波段分配至光伏电池13处，光伏电池13能够将短波太阳能转化成电能，并输送至电解电池15，用以为电解水制氢提供电能，从而减少太阳能利用的不可逆损失，实现对太阳能全光谱的梯级利用，其中，甲烷与金属氧化物MO
x
的反应能够产生CO2，电解电池15电解水能够产生H2，甲醇合成器17能够以CO2和H2作为原材料合成甲醇，从而对CO2进行固定，实现了CO2的零排放，且甲醇的储存成本低。换热器16能够吸收CO2和H2放出的热量，并将热量输送至供热器34内，从而实现对余热的充分利用。压气机21的进气口设置有两个，分别用于供外界空气和电解水产生的氧气通过，且压气机21能够将空气压缩，使得空气侧反应器22内处于高压状态，有助于加快氧化反应的速度。燃料侧反应器14与空气侧反应器22连接，在燃料侧反应器14内的MO
x
被还原后会被输送至空气侧反应器22内，并在空气侧反应器22内被氧化，以实现对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能和甲烷互补驱动的零排放多联产系统，包括甲醇合成单元(1)、发电单元(2)和余热利用单元(3)，其特征在于：甲醇合成单元(1)包括聚光分光器(11)、集热器(12)、光伏电池(13)、燃料侧反应器(14)、电解电池(15)、换热器(16)和甲醇合成器(17)，聚光分光器(11)的输出端同时与集热器(12)和光伏电池(13)连接，集热器(12)与燃料侧反应器(14)连通，光伏电池(13)与电解电池(15)电性连接，且燃料侧反应器(14)的二氧化碳出口和电解电池(15)的氢气出口均穿过换热器(16)并与甲醇合成器(17)的输入端连接，发电单元(2)包括依次连接的压气机(21)、空气侧反应器(22)、加热器(23)、透平(24)和发电机(25)，透平(24)与发电机(25)共轴设置，电解电池(15)的氧气出口穿过换热器(16)并与压气机(21)的输入端连接，空气侧反应器(22)与燃料侧反应器(14)之间循环连接，余热利用单元(3)包括余热锅炉(31)、热机(32)、吸收式制冷机(33)和供热器(34)，透平(24)的气体出口贯穿余热锅炉(31)，且热机(32)、吸收式制冷机(33)和供热器(34)均与余热锅炉(31)的输出端连接，供热器(34)输入端还连接有换热器(16)。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲万军，高阳，张静，林有胜，黄斯珉，杨敏林，
申请(专利权)人：北京耀阳高技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：