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一種太陽(yáng)能制氫合成甲醇的設(shè)備及工藝的制作方法

文檔序號(hào):12452262閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種太陽(yáng)能制氫合成甲醇的設(shè)備,其特征在于,包括:

太陽(yáng)能聚熱系統(tǒng),用于聚光、集熱,為高溫水蒸氣制備系統(tǒng)提供熱能;

高溫水蒸氣制備系統(tǒng),用于利用太陽(yáng)能聚熱系統(tǒng)提供的熱能制備800℃~900℃的高溫水蒸氣,該高溫水蒸氣供應(yīng)給高溫電解制氫系統(tǒng);

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng),用于利用太陽(yáng)能發(fā)出直流電,供應(yīng)給高溫電解制氫系統(tǒng);

高溫電解制氫系統(tǒng),利用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)的直流電,對(duì)高溫水蒸氣進(jìn)行電解制氫及制氧,制得的高溫氫氣輸向氣體混合裝置;

二氧化碳制備系統(tǒng),用于制備二氧化碳,輸向氣體混合裝置;

氣體混合裝置,用于將高溫氫氣及二氧化碳混合成中溫氣體,輸向甲醇合成系統(tǒng);

甲醇合成系統(tǒng),用于氫氣和二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體;甲醇合成系統(tǒng)設(shè)有控溫裝置及控壓裝置,其中,控溫裝置用于將甲醇合成系統(tǒng)的合成溫度調(diào)整為220-260℃,控壓裝置用于將甲醇合成系統(tǒng)的壓力調(diào)整為5.5-6.2Mpa;

第一換熱器,安裝于甲醇合成系統(tǒng)與分子篩膜分離器之間的輸送管道上,甲醇水混合氣體在第一換熱器中,與從水儲(chǔ)存罐輸送過(guò)來(lái)的水進(jìn)行換熱,甲醇水混合氣體溫度降低,液化成甲醇水稀溶液,水的溫度升高;

分子篩膜分離器,用于分離甲醇水稀溶液中的水,使甲醇水稀溶液變成甲醇水濃溶液,分離之后的水輸送至水儲(chǔ)存罐,甲醇水濃溶液輸送至甲醇儲(chǔ)存罐;

甲醇儲(chǔ)存罐,用于儲(chǔ)存甲醇水濃溶液;

水儲(chǔ)存罐,用于儲(chǔ)存水,并接收從分子篩膜分離器分離出來(lái)的水;

輸送泵,用于將水儲(chǔ)存罐中的水泵送至高溫水蒸氣制備系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能制氫合成甲醇的設(shè)備,其特征在于:還包括氧氣儲(chǔ)存罐及第二換熱器,所述高溫電解制氫系統(tǒng)制得的氧氣經(jīng)第二換熱器后儲(chǔ)存于氧氣儲(chǔ)存罐中,所述從水儲(chǔ)存罐輸送過(guò)來(lái)的水經(jīng)第二換熱器后輸送至高溫水蒸氣制備系統(tǒng);在第二換熱器中,氧氣溫度降低,水溫度升高。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能制氫合成甲醇的設(shè)備,其特征在于:所述高溫電解制氫系統(tǒng)設(shè)有固體氧化物電解堆,所述直流電為36V。

4.一種太陽(yáng)能制氫合成甲醇的設(shè)備,其特征在于,包括:

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng),用于太陽(yáng)能發(fā)電,供應(yīng)給高溫水蒸氣制備系統(tǒng)及高溫電解制氫系統(tǒng);

高溫水蒸氣制備系統(tǒng),其內(nèi)設(shè)有利用太陽(yáng)能供電的電加熱器,高溫水蒸氣制備系統(tǒng)利用電加熱器的熱能,制備800℃~900℃的高溫水蒸氣,供應(yīng)給高溫電解制氫系統(tǒng);

高溫電解制氫系統(tǒng),利用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)的直流電,對(duì)高溫水蒸氣進(jìn)行電解制氫及制氧,制得的高溫氫氣輸向氣體混合裝置;

二氧化碳制備系統(tǒng),用于制備二氧化碳,輸向氣體混合裝置;

氣體混合裝置,用于將高溫氫氣及二氧化碳混合成中溫氣體,輸向甲醇合成系統(tǒng);

甲醇合成系統(tǒng),用于氫氣和二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體;甲醇合成系統(tǒng)設(shè)有控溫裝置及控壓裝置,其中,控溫裝置用于將甲醇合成系統(tǒng)的合成溫度調(diào)整為220-260℃,控壓裝置用于將甲醇合成系統(tǒng)的壓力調(diào)整為5.5-6.2Mpa;

第一換熱器,安裝于甲醇合成系統(tǒng)與分子篩膜分離器之間的輸送管道上,甲醇水混合氣體在第一換熱器中,與從水儲(chǔ)存罐輸送過(guò)來(lái)的水進(jìn)行換熱,甲醇水混合氣體溫度降低,液化成甲醇水稀溶液,水的溫度升高;

分子篩膜分離器,用于分離甲醇水稀溶液中的水,使甲醇水稀溶液變成甲醇水濃溶液,分離之后的水輸送至水儲(chǔ)存罐,甲醇水濃溶液輸送至甲醇儲(chǔ)存罐;

甲醇儲(chǔ)存罐,用于儲(chǔ)存甲醇水濃溶液;

水儲(chǔ)存罐,用于儲(chǔ)存水,并接收從分子篩膜分離器分離出來(lái)的水;

輸送泵,用于將水儲(chǔ)存罐中的水泵送至高溫水蒸氣制備系統(tǒng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能制氫合成甲醇的設(shè)備,其特征在于:還包括氧氣儲(chǔ)存罐及第二換熱器,所述高溫電解制氫系統(tǒng)制得的氧氣經(jīng)第二換熱器后儲(chǔ)存于氧氣儲(chǔ)存罐中,所述從水儲(chǔ)存罐輸送過(guò)來(lái)的水再經(jīng)第二換熱器后輸送至高溫水蒸氣制備系統(tǒng);在第二換熱器中,氧氣溫度降低,水溫度升高。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能制氫合成甲醇的設(shè)備,其特征在于:所述高溫電解制氫系統(tǒng)設(shè)有固體氧化物電解堆,所述直流電為36V。

7.一種太陽(yáng)能制氫合成甲醇工藝,其特征在于,包括以下工藝步驟:

a.利用太陽(yáng)能聚熱或太陽(yáng)能發(fā)電,使高溫水蒸氣制備系統(tǒng)工作,制備800℃~900℃的高溫水蒸氣,并供應(yīng)給高溫電解制氫系統(tǒng);

b.利用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)為高溫電解制氫系統(tǒng)供應(yīng)直流電,高溫電解制氫系統(tǒng)電解高溫水蒸氣制得氫氣及氧氣,其中,高溫氫氣輸向氣體混合裝置;與此同時(shí),利用二氧化碳制備系統(tǒng)制備二氧化碳,輸向氣體混合裝置;

c.在氣體混合裝置中,高溫氫氣與二氧化碳混合成中溫氣體,輸向甲醇合成系統(tǒng);

d.在甲醇合成系統(tǒng)中,將合成溫度調(diào)整為220-260℃,將壓力調(diào)整為5.5-6.2Mpa,將氣體空速控制在12000-16000h-1,氫氣、二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體;

e.甲醇水混合氣體經(jīng)第一換熱器后,液化甲醇水稀溶液,進(jìn)入分子篩膜分離器;

f.甲醇水稀溶液經(jīng)分子篩膜分離器后分離出大量的水,變成甲醇水濃溶液,分離之后的水輸送至水儲(chǔ)存罐,甲醇水濃溶液輸送至甲醇儲(chǔ)存罐;

g.水儲(chǔ)存罐中的水在輸送泵的泵送作用下,經(jīng)第一換熱器升溫后,輸送至高溫水蒸氣制備系統(tǒng),以便制備成高溫電解制氫裝置所需要的高溫水蒸氣。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能制氫合成甲醇工藝,其特征在于:所述高溫電解制氫系統(tǒng)設(shè)有固體氧化物電解堆SOEC,固體氧化物電解堆SOEC的陰極材料為Ni,陽(yáng)極材料為L(zhǎng)aMnO3,電解質(zhì)為摻雜Sc2O3的ZrO2,電解溫度為800℃~900℃,電解壓力為5.5-6.2Mpa,電解直流電壓為36V;高溫電解制氫系統(tǒng)還設(shè)有用于磁化高溫水蒸氣的磁化裝置。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能制氫合成甲醇工藝,其特征在于:所述甲醇合成系統(tǒng)使用的催化劑為CuO及ZnO組成的雙組分催化劑,其重量百分比為50:50。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能制氫合成甲醇工藝,其特征在于:在步驟g 中,水儲(chǔ)存罐中的水在經(jīng)過(guò)第一換熱器后,再經(jīng)第二換熱器輸送至高溫水蒸氣制備系統(tǒng),所述步驟b中制得的高溫氧氣經(jīng)第二換熱器后儲(chǔ)存于氧氣儲(chǔ)存罐中。

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