以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置，包括產(chǎn)氫子裝置、儲氫子裝置、輸氫子裝置和用氫子裝置四部分，產(chǎn)氫子裝置包括定日鏡、氣化反應器、預熱器和冷卻凈化器；儲氫子裝置包括新氣壓縮機、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；輸氫子裝置包括輸運裝置，甲醇罐通過輸運裝置與甲醇中儲站連接；用氫子裝置包括甲醇中儲站、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。利用本實用新型，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】
【技術(shù)領域】
[0001] 本實用新型涉及氫能的高效利用【技術(shù)領域】，尤其是一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為 基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置。 以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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 實現(xiàn)低品質(zhì)可再生能源向商品質(zhì)氧能的轉(zhuǎn)變。
[0007] 現(xiàn)有的氫輸運裝置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。
[0008] 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)儲輸用一體化裝置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。 實用新型內(nèi)容
[0009] (一）要解決的技術(shù)問題
[0010] 有鑒于此，本實用新型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)儲輸用一體化裝置，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。 [0011](二）技術(shù)方案
[0012] 為達到上述目的，本實用新型提供了一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能 產(chǎn)儲輸用一體化裝置，包括產(chǎn)氫子裝置、儲氫子裝置、輸氫子裝置和用氫子裝置四部分，其 中：
[0013] 產(chǎn)氫子裝置包括定日鏡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；
[0014] 儲氫子裝置包括新氣壓縮機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；
[0015] 輸氫子裝置包括輸運裝置12,甲醇罐11通過輸運裝置12與甲醇中儲站13連接；
[0016] 用氫子裝置包括甲醇中儲站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。 [0017] 上述方案中，在產(chǎn)氫子裝置中，定日鏡1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是實現(xiàn)生物質(zhì)S1的氣化，將生物質(zhì)S1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是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)S1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是降低 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。
[0018] 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) S1，并將水S2轉(zhuǎn)化為蒸汽作為氣化劑。
[0019] 上述方案中，在儲氫子裝置中，新氣壓縮機5是提高合成氣的壓力，并輸送給甲醇 換熱器7 ;甲醇換熱器7是提升合成氣的溫度以提高在后續(xù)反應中甲醇的產(chǎn)率，并輸送給甲 醇合成塔8 ;甲醇合成塔8是實現(xiàn)合成氣中氫氣與一氧化碳反應生成甲醇的化學反應，并將 生成的產(chǎn)物通過甲醇換熱器7輸送給氣液分離器9 ;氣液分離器9是實現(xiàn)粗甲醇和未反應 合成氣的分離，分離后得到的甲醇被輸送給精餾塔10,分離后得到的未反應合成氣一部分 進入燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6,另一部分與精餾塔10生成的氣體一同進入新氣壓縮機5 ;燃 氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6由一組燃氣發(fā)電裝置和蒸汽發(fā)電裝置構(gòu)成，是將部分未合成的氣體轉(zhuǎn) 化為電能，避免為過渡追求甲醇產(chǎn)率而增加裝置的壓縮耗功量，提高裝置的資源利用率；精 餾塔10是對甲醇進行提純，將甲醇的純度提高至99%以上，提純得到的液體甲醇被輸送給 甲醇罐，提純后剩余的氣體進入新氣壓縮機5 ;甲醇罐11是實時存儲提純得到的液體甲醇。
[0020] 上述方案中，所述燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6中的燃氣透平是直接拖動新氣壓縮機5， 而其中的蒸汽透平將用于發(fā)電以提供裝置所需的廠用電。
[0021 ] 上述方案中，所述氣液分離器9和所述精餾塔10所排出的氣體將作為未合成氣送 至甲醇合成塔8加以循環(huán)利用，以提高裝置的甲醇產(chǎn)量，但同時也抽取一部分作為燃料氣 送至燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6以維持裝置的正常運轉(zhuǎn)。
[0022] 上述方案中，在輸氫子裝置中，輸運裝置12是運輸甲醇罐11中存儲的液體甲醇。 所述輸運裝置12為卡車、火車或管道，以實現(xiàn)甲醇的遠距離輸運。
[0023] 上述方案中，在用氫子裝置中，甲醇中儲站13中儲甲醇，根據(jù)用戶的需求進行來 調(diào)節(jié)后續(xù)的甲醇分解流量，從而滿足裝置的動態(tài)運行特性；槽式太陽能吸收/反應器14是 利用中低溫太陽能來完成甲醇的裂解，以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)包含氫氣和一氧化碳的合成氣；氫氣變 壓吸附提純裝置15是實現(xiàn)氫氣和一氧化碳的分離，并對氫氣進行提純，以滿足氫能用戶的 設計要求，將氫氣和一氧化碳分別輸送給城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)16和氫站17 ;氫站17為氫能 用戶直接提供氫氣；燃料電池18直接利用氫氣以產(chǎn)生電能的裝置，并能夠與電動汽車或微 小電網(wǎng)進行連接。
[0024] 上述方案中，所述槽式太陽能吸收/反應器14為甲醇的催化分解提供所需的中低 溫太陽能，安裝在建筑物的屋頂位置，以節(jié)省土地資源的使用量；所述氫氣變壓吸附提純裝 置15對甲醇的催化分解得到的氫氣進行分離和提純，從而滿足終端用戶燃料電池18的要 求，而分離出的C0被送至城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)16加以充分利用。
[0025] (三）有益效果
[0026] 從上述技術(shù)方案可看出，本實用新型具有以下有益效果：
[0027] 1、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 基于"溫度對口，梯級利用"的能源利用機理，借助不同的太陽能集熱裝置來完成生物質(zhì)的 氣化及后期甲醇分解等過程以降低裝置的能量品位損失，同時通過合理的裝置熱能優(yōu)化以 提高裝置的能量利用率。
[0028] 2、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 是以利用太陽能和生物質(zhì)為基礎的，避免消耗煤炭和天然氣等化石燃料并有效地降低co2 等污染物的排放。
[0029] 3、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 直接利用高溫太陽能提供生物質(zhì)氣化反應熱，無需通過燃燒生物質(zhì)本身來提供所需的熱 量，這不僅提高了生物質(zhì)的有效利用率，也能降低合成氣凈化負擔，而且所產(chǎn)生的合成氣組 分更適合于后續(xù)的甲醇合成。
[0030] 4、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 通過將太陽能引入生物質(zhì)氣化反應中，由此實現(xiàn)了太陽能向化學能的轉(zhuǎn)化，不僅實現(xiàn)了太 陽能的品位提升，而且也充分利用合成氣的化學能形式來儲存太陽能，也有助于實現(xiàn)太陽 能等可再生能源的地區(qū)間輸送。
[0031] 5、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 以甲醇作為氫能載體，能保證氫氣的穩(wěn)定儲存，可按照現(xiàn)有的甲醇生產(chǎn)和相關的輸運技術(shù) 體系來保證氫能的正常生產(chǎn)和遠距離輸運，降低了技術(shù)風險，并提高裝置運行的安全性。
[0032] 6、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 依據(jù)資源分布的特點，可充分利用例如中國西部等豐富的太陽能和生物質(zhì)資源、廣闊的土 地資源來發(fā)展規(guī)?；奶柲芗吧镔|(zhì)氣化和甲醇生產(chǎn)裝置，同時利用甲醇作為氫能的穩(wěn) 定載體，可通過長距離輸運等方式來緩解地區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展和能源供應之間的矛盾。
[0033] 7、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 氫能的用戶主要集中在城市等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，同時根據(jù)槽式太陽能吸收/反應器的結(jié)構(gòu)特 點，可將其安裝至建筑物的屋頂，不僅降低了對土地資源的依賴，同時也提高了太陽能集熱 性能。
[0034] 8、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 在甲醇生產(chǎn)端就著力于提高甲醇的純度，這可以降低后續(xù)甲醇制氫端中的氫氣凈化提純負 荷，從而有利于保持氫能終端設備的正常運轉(zhuǎn)。
[0035] 9、本實用新型提供的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， C0作為甲醇分解制氫端的副產(chǎn)物，將被送至城市煤氣管網(wǎng)裝置加以充分利用，實現(xiàn)了資源 的高效合理利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1為依據(jù)本實用新型實施例的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用 一體化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖1中各部件及相應的標記為：1-定日鏡，2-氣化反應器，3-預熱器，4-冷卻凈 化器，5-新氣壓縮機，6-燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)，7-甲醇換熱器，8-甲醇合成塔，9-氣液分離 器，10-精餾塔，11-甲醇罐，12-輸運裝置，13-甲醇中儲站，14-槽式太陽能吸收/反應器， 15-氫氣變壓吸附提純裝置，16-城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)、17-氫站、18-燃料電池。

【具體實施方式】
[0038] 為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并 參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。
[0039] 圖1是依據(jù)本實用新型實施例的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用 一體化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括產(chǎn)氫子裝置、儲氫子裝置、輸氫子裝置和用氫子裝置 四部分，其中：
[0040] 產(chǎn)氫子裝置包括定日鏡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。定日鏡1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)S1的氣化，將生物 質(zhì)S1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)S1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。
[0041] 儲氫子裝置包括新氣壓縮機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。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在后續(xù)反應中甲醇的 產(chǎn)率，并輸送給甲醇合成塔8。甲醇合成塔8用于實現(xiàn)合成氣中氫氣與一氧化碳反應生成甲 醇的化學反應，并將生成的產(chǎn)物通過甲醇換熱器7輸送給氣液分離器9。氣液分離器9用于 實現(xiàn)粗甲醇和未反應合成氣的分離，分離后得到的甲醇被輸送給精餾塔10,分離后得到的 未反應合成氣一部分進入燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6,另一部分與精餾塔10生成的氣體一同進 入新氣壓縮機5。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6由一組燃氣發(fā)電裝置和蒸汽發(fā)電裝置構(gòu)成，用于將 部分未合成的氣體轉(zhuǎn)化為電能，避免為過渡追求甲醇產(chǎn)率而增加裝置的壓縮耗功量，提高 裝置的資源利用率。精餾塔10用于對甲醇進行提純，將甲醇的純度提高至99%以上，提純 得到的液體甲醇被輸送給甲醇罐，提純后剩余的氣體進入新氣壓縮機5。甲醇罐11用于實 時存儲提純得到的液體甲醇。
[0042] 輸氫子裝置包括輸運裝置12,甲醇罐11通過輸運裝置12與甲醇中儲站13連接。 輸運裝置12用于運輸甲醇罐11中存儲的液體甲醇。
[0043] 用氫子裝置包括甲醇中儲站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。甲 醇中儲站13用于中儲甲醇，根據(jù)用戶的需求進行來調(diào)節(jié)后續(xù)的甲醇分解流量，從而滿足裝 置的動態(tài)運行特性。槽式太陽能吸收/反應器14用于利用中低溫太陽能來完成甲醇的裂 解，以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)包含氫氣和一氧化碳的合成氣。氫氣變壓吸附提純裝置15用于實現(xiàn)氫氣和 一氧化碳的分離，并對氫氣進行提純，以滿足氫能用戶的設計要求，將氫氣和一氧化碳輸送 給城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)16和氫站17。氫站17用于氫站類似于加油站，為氫能用戶直接提供 氫氣。燃料電池18是直接利用氫氣以產(chǎn)生電能的裝置，是氫能用戶的典型代表，可與電動 汽車或微小電網(wǎng)進行連接。
[0044] 圖1中，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)S1，并將 水S2轉(zhuǎn)化為蒸汽作為氣化劑。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6中的燃氣透平可直接拖動新氣壓縮 機5,而其中的蒸汽透平將用于發(fā)電以提供裝置所需的廠用電。氣液分離器9和精餾塔10 所排出的氣體將主要作為未合成氣送至甲醇合成塔8加以循環(huán)利用，以提高裝置的甲醇產(chǎn) 量，但同時也抽取一部分作為燃料氣送至燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6以維持裝置的正常運轉(zhuǎn)。輸 運裝置12可以為卡車，但卡車僅作為其中的一種甲醇輸運方式，還可借助火車及管道等其 他方式來進行甲醇遠距離輸運。槽式太陽能吸收/反應器14為甲醇的催化分解提供所需 的中低溫太陽能，可安裝在建筑物的屋頂?shù)任恢?，以?jié)省土地資源的使用量，同時這種甲醇 分解制氫的設備結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠性高。氫氣變壓吸附提純裝置15對甲醇的催化分解得 到的氫氣進行分離和提純，從而滿足燃料電池18等終端用戶的要求，而分離出的C0等其他 氣體將可送至城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)16加以充分利用。
[0045] 圖1所示本實用新型實施例的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一 體化裝置，其中各組成部分之間的具體工作流程為：預熱器3充分利用氣化合成氣的顯熱 來預熱生物質(zhì)S1，同時也利用這部分熱量將水S2轉(zhuǎn)化為蒸汽以作為氣化劑。同時將預熱 后的生物質(zhì)S1和經(jīng)轉(zhuǎn)化的水蒸氣S2送至氣化反應器2中，并利用定日鏡1聚焦并提供高 溫熱源來驅(qū)動氣化反應器2中的生物質(zhì)氣化反應。氣化產(chǎn)生的高溫氣化合成氣首先送至預 熱器3中進行降溫并對釋放出的顯熱進行充分利用，而后再送入冷卻凈化器4中進行凈化 并脫除硫、灰等各類雜質(zhì)。經(jīng)凈化后的氣化合成氣將利用新氣壓縮機5進行提壓，利用甲醇 換熱器7進行預熱后送至甲醇合成塔8中用于生產(chǎn)甲醇，由此利用甲醇作為載體來實現(xiàn)氫 氣的穩(wěn)定儲存。甲醇合成塔8的出口將送出甲醇和未反應的合成氣，首先利用甲醇換熱器 7進行減溫以釋放顯熱，再利用氣液分離器9來進行甲醇和氣體之間的分離，分離出的粗甲 醇將利用精餾塔10進行提純并送至甲醇罐11中進行儲存。氣液分離器9分離出的一部分 氣體送至燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6作為燃料氣進行燃燒，剩余的氣體將和精餾塔10的馳放氣 進行混合并返送至新氣壓縮機5加以循環(huán)利用，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)6中的燃氣透平將直 接拖動新氣壓縮機5,而蒸汽透平將用于發(fā)電以提供裝置所需的廠用電以維持裝置的正常 運轉(zhuǎn)。
[0046] 裝置獲得的高品質(zhì)甲醇僅利用甲醇罐11進行短暫儲存，而后直接利用輸運裝置 12送至甲醇中儲站13中，輸運裝置12可以為卡車，但卡車僅作為其中的一種甲醇輸運方 式，也可借助現(xiàn)有的火車及管道輸運體系來現(xiàn)甲醇的遠距離輸送。
[0047] 甲醇中儲站13可建設至靠近用戶的城市地區(qū)，同時還可借助建筑的屋頂來安裝 槽式太陽能吸收/反應器14,將甲醇中儲站13中的甲醇送至槽式太陽能吸收/反應器14 中進行催化分解，槽式太陽能吸收/反應器14可自行提供中低溫太陽能熱源以驅(qū)動甲醇分 解反應，甲醇的催化分解反應主要產(chǎn)生氫氣和一氧化碳，并利用氫氣變壓吸附提純裝置15 進行分離，經(jīng)過分離和提純后的氫氣將可直接借助氫站17送至燃料電池18等終端用戶，或 借助固體儲氫金屬化合物進行儲存供電動汽車或移動氫站使用。利用氫氣變壓吸附提純裝 置15分離出的一氧化碳是甲醇分解制氫的副產(chǎn)物，將送至城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)16,從而實現(xiàn) 組分的高效利用，避免了資源浪費。
[0048] 以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一 步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本 實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置，包括產(chǎn)氫子裝置、 儲氫子裝置、輸氫子裝置和用氫子裝置四部分，其特征在于： 產(chǎn)氫子裝置包括定日鏡（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； 儲氫子裝置包括新氣壓縮機（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⑷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； 輸氫子裝置包括輸運裝置（12)，甲醇罐（11)通過輸運裝置（12)與甲醇中儲站（13)連 接； 用氫子裝置包括甲醇中儲站（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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 其特征在于，在輸氫子裝置中，輸運裝置（12)是運輸甲醇罐（11)中存儲的液體甲醇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝 置，其特征在于，所述輸運裝置（12)為卡車、火車或管道，以實現(xiàn)甲醇的遠距離輸運。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以太陽能及生物質(zhì)氣化為基礎的氫能產(chǎn)儲輸用一體化裝置， 其特征在于，所述槽式太陽能吸收/反應器（14)為甲醇的催化分解提供所需的中低溫太 陽能，安裝在建筑物的屋頂位置，以節(jié)省土地資源的使用量；所述氫氣變壓吸附提純裝置 (15)對甲醇的催化分解得到的氫氣進行分離和提純，從而滿足終端用戶燃料電池（18)的 要求，而分離出的CO被送至城市煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)（16)加以充分利用。
【文檔編號】C07C9/04GK203904281SQ201420119712
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】劉啟斌, 金紅光, 白章 申請人:中國科學院工程熱物理研究所