CN114776441A - Co2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法 - Google Patents
Co2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114776441A CN114776441A CN202210451055.9A CN202210451055A CN114776441A CN 114776441 A CN114776441 A CN 114776441A CN 202210451055 A CN202210451055 A CN 202210451055A CN 114776441 A CN114776441 A CN 114776441A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxygen
- power generation
- water
- electrolysis
- electric energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 70
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 19
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 46
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 13
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- 125000001967 indiganyl group Chemical group [H][In]([H])[*] 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- MPMSMUBQXQALQI-UHFFFAOYSA-N cobalt phthalocyanine Chemical compound [Co+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 MPMSMUBQXQALQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000013064 chemical raw material Substances 0.000 abstract description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
- F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
- C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/01—Products
- C25B3/07—Oxygen containing compounds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
- F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
- F25J3/04533—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the direct combustion of fuels in a power plant, so-called "oxyfuel combustion"
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
- F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
- F25J3/04587—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for the NH3 synthesis, e.g. for adjusting the H2/N2 ratio
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明提供了一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法,该***包括风电或光伏发电***、水电解池、空气分离装置、氨合成模块、富氧燃烧发电模块以及CO2和H2O共电解池。本发明利用风能或太阳能发电驱动空气分离为氮气与氧气、驱动水电解为氢气和氧气,氧气作为化石燃料燃烧的助燃剂,化石燃料燃料发电输出电能,产生的高温烟气可直接通入水电解池进行共电解生成碳氢化合物,碳氢化合物在常温下是液态,便于储运,而且是重要的化工原料。电力来源为风能或太阳能发电,CO2排放减少。氢气与氮气合成氨。实现电与碳氢化合物、氨等联产,CO2高值化资源化利用,从而抵消碳减排成本,有利于化石燃料发电***进行低碳高效改革。
Description
技术领域
本发明属于能源综合应用技术领域,尤其涉及一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法。
背景技术
为减缓温室效应,能源体系正进行绿色低碳转型变革,减少能源***的二氧化碳排放已成为人类社会共识。二氧化碳的捕集、利用及封存技术(CCUS)在能源体系绿色低碳改革中发挥重要作用,尤其是对于火力发电、水泥、钢铁等能源密集型行业,CCUS技术能很好地与现有设备结合,避免基础设施的大规模重建。
然而,CCUS技术需要新投资,同时运行费用高。例如目前火力发电减碳排放的技术主要为将燃烧后的烟气通过化学吸收或物理吸附方法将其中的二氧化碳吸收分离,但由于烟气中二氧化碳体积分数低,这类捕集***庞大,分离解析能耗较高(供电效率降低10-15%)。所以,高昂的碳减排成本给火力发电等领域的低碳清洁改革带来很大困难。
CCUS技术可以通过CO2转化为高附加值原料,来充分利用现代化工高附加值原料的广阔市场来降低碳减排成本。例如,甲酸、甲醇等是重要的化工原材料,具有较高的市场价值,但目前其来源均是化石燃料,属于高碳化学工艺,若能探索甲酸、甲醇新的低碳生产方法,对化工行业的碳减排也能起到一定作用。
整体而言,目前二氧化碳的捕集、利用及封存技术成本较高,为火力发电碳减排带来困难。同时现代化工原料生产过程对化石燃料的依赖性强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法,旨在解决现有技术中的二氧化碳的捕集、利用及封存技术成本较高,为火力发电碳减排带来困难的问题。
本发明是这样实现的,一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***,包括风电或光伏发电***、水电解池、空气分离装置、氨合成模块、富氧燃烧发电模块以及CO2和H2O共电解池;
所述风电或光伏发电***的电能输出端口输出的电能分为三个支路,分别连接到所述水电解池的电能输入端口、空气分离装置的电能输入端口以及CO2和H2O共电解池的电能输入端口;
所述水电解池的水输入口连接外部水源,其氢气输出端口连接所述氨合成模块的氢气输入端口,其氧气输出端口连接所述富氧燃烧发电模块的氧气输入端口;
所述空气分离装置的氮气输出端口连接所述氨合成模块的氮气输入端口,其氧气输出端口连接所述富氧燃烧发电模块的氧气输入端口;
所述氨合成模块用于将输入的氮气与氢气合成氨,作为***产物之一向外输出;
所述富氧燃烧发电模块的燃料输入口用于输入化石燃料,化石燃料富氧燃烧,化学能转化为机械能再转化为电能,作为***产物之二向外输出;所述富氧燃烧发电模块的尾气输出口输出的高温CO2和H2O气体分成两股,一股流入所述水电解池的热源输入端口,另一股与来自所述水电解池的换热后的尾气汇流后,一同流入所述CO2和H2O共电解池的原料输入端口;
所述CO2和H2O共电解池的水输入口连接外部水源,CO2与H2O发生共电解产生碳氢化合物,作为***产物之三向外输出。
本发明为实现上述目的,还提供了一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的联产方法,包括以下步骤:
将风电或光伏发电***产生的电能分别接入水电解池、空气分离装置中;水在水电解池发生电化学反应产生氢气与氧气,空气在空气分离装置中分离产生氮气与氧气;所产生的氧气均汇流进入富氧燃烧发电模块中作为助燃剂;
所述氢气与氮气通入氨合成模块中合成氨,作为产物之一向外输出;
富氧燃烧发电模块中氧气与化石燃料进行富氧燃烧,化学能转化为机械能再转化为电能输出,作为产物之二向外输出;同时产生高温烟气,所述高温烟气的成分包括二氧化碳和水蒸气;
高温烟气分为两股,一股为水电解池提供热量后与另一股汇流成为汇流烟气,所述汇流烟气通入CO2和H2O共电解池进行共电解,电能来自风电或光伏发电***的发电;
在CO2和H2O共电解池中,二氧化碳和水蒸气转化为碳氢化合物,作为产物之三向外输出;CO2和H2O共电解池中外接水源,可调节H2O与CO2比例控制碳氢化合物生成过程。
进一步的,所述氨合成模块中的化学反应为:
所述CO2和H2O共电解池中,当采用氧化锡作为催化剂时,其化学反应为:
CO2+H2O+2e-→HCOO-+OH-
当采用钴酞菁作为催化剂时,其化学反应为:
CO2+5H2O+6e-→CH3OH+6OH-。
进一步的,所述空气分离装置采用低温空气分离技术。
进一步的,所述水电解池采用碱性电解水、质子交换膜电解水或高温固体氧化物电解水技术。
进一步的,通过调节通入所述CO2和H2O共电解池中的H2O的量,来调控发生共电解反应的CO2与H2O的比例,进而控制生成目标产物。
进一步的,所述CO2与H2O发生共电解产生的碳氢化合物为甲醇或甲酸。
本发明与现有技术相比,有益效果在于:
本发明利用风能或太阳能发电驱动空气分离为氮气与氧气、驱动水电解为氢气和氧气,将所产生的氧气作为化石燃料燃烧的助燃剂,天然气及煤炭等化石燃料燃料时,化学能转化为机械能再转化为电能输出,同时产生高温烟气,高温烟气中只有水蒸气和CO2,可直接通入固体氧化物电解池进行共电解生成甲醇、甲酸等碳氢化合物。
由于电力来源为风能或太阳能发电,因此减少了二氧化碳排放。氢气与氮气可合成氨,作为***产物向外输出,产生经济价值。碳氢化合物(如甲醇、甲酸等)在常温下是液态,便于储运,而且是现代化工体系中重要的中间原料,既使得碳氢化合物的生产过程由高碳工艺转化为低碳工艺,同时实现二氧化碳的高值化资源化利用,从而抵消了碳减排付出的高昂成本,有利于化石燃料发电***进行低碳高效改革。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制;术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;此外,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参看图1,示出了本实施例提供的一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***,包括风电或光伏发电***1、水电解池2、空气分离装置3、氨合成模块4、富氧燃烧发电模块5以及CO2和H2O共电解池6。
风电或光伏发电***1的电能输出端口输出的电能分为三个支路,分别连接到水电解池2的电能输入端口、空气分离装置3的电能输入端口以及CO2和H2O共电解池4的电能输入端口,从而为电解水、空气分离以及共电解提供电能。
水电解池2的水输入口连接外部水源,其氢气输出端口连接氨合成模块4的氢气输入端口,其氧气输出端口连接富氧燃烧发电模块5的氧气输入端口。
空气分离装置3的氮气输出端口连接氨合成模块4的氮气输入端口,其氧气输出端口连接富氧燃烧发电模块5的氧气输入端口。
氨合成模块4用于将输入的氮气与氢气合成氨,作为***产物之一向外输出。
富氧燃烧发电模块5的燃料输入口用于输入化石燃料,化石燃料富氧燃烧,化学能转化为机械能再转化为电能,作为***产物之二向外输出;富氧燃烧发电模块5的尾气输出口输出的高温CO2和H2O气体分成两股,一股流入水电解池2的热源输入端口,另一股与来自水电解池2的换热后的尾气汇流后,一同流入CO2和H2O共电解池6的原料输入端口。
CO2和H2O共电解池6的水输入口连接外部水源,CO2与H2O发生共电解产生碳氢化合物(如甲醇或甲酸),作为***产物之三向外输出。
应用本实施例的综合能源***的实现联产的操作流程如下:
S1、风电或光伏发电***1产生的电能分别进入水电解池2、空气分离装置3中,水在水电解池2发生电化学反应产生氢气与氧气,空气在空气分离装置3中产生氮气与氧气;所产生的氧气均汇流进入富氧燃烧发电模块5中作为助燃剂。
S2、氢气与氮气流入氨合成模块4合成氨,作为***多联产物之一向外输出。
S3、富氧燃烧发电模块5中氧气与天然气或煤炭等化石燃料进行富氧燃烧,化学能转化为机械能再转化为电能,作为***多联产物之二向外输出;同时产生高温烟气;所述高温烟气的主要成分是二氧化碳和水蒸气。
S4、所述高温烟气分为两股,一股为水电解池提供热量后与另一股汇流成为汇流烟气,所述汇流烟气通入CO2和H2O共电解池6中进行共电解,电能来自风电或光伏发电***1的发电;在所述CO2和H2O共电解池6中,二氧化碳和水蒸气转化为碳氢化合物,作为***多联产物之三向外输出。
其中,上述氨合成模块4中的化学反应为:
上述CO2和H2O共电解池6中,当采用氧化锡作为催化剂时,其化学反应为:
CO2+H2O+2e-→HCOO-+OH-
当采用钴酞菁作为催化剂时,其化学反应为:
CO2+5H2O+6e-→CH3OH+6OH-。
于实际应用中,空气分离装置3可采用低温空气分离技术,水电解池2可采用碱性电解水、质子交换膜电解水或高温固体氧化物电解水技术。
另外,还可通过调节通入CO2和H2O共电解池5中的H2O的量,来调控发生共电解反应的CO2与H2O的比例,进而控制生成目标产物。
综上所述,本实施例利用风能或太阳能发电驱动空气分离为氮气与氧气、驱动水电解为氢气和氧气,将所产生的氧气作为化石燃料燃烧的助燃剂,天然气及煤炭等化石燃料燃料时,化学能转化为机械能再转化为电能输出,同时产生高温烟气,高温烟气中只有水蒸气和CO2,可直接通入固体氧化物电解池进行共电解生成甲醇、甲酸等碳氢化合物。
由于电力来源为风能或太阳能发电,因此减少了二氧化碳排放。氢气与氮气可合成氨,作为***产物向外输出,产生经济价值。甲醇、甲酸等碳氢化合物在常温下是液态,便于储运,而且是现代化工体系中重要的中间原料,既使得碳氢化合物的生产过程由高碳工艺转化为低碳工艺,同时实现二氧化碳的高值化资源化利用,从而抵消了碳减排付出的高昂成本,有利于化石燃料发电***进行低碳高效改革。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***,其特征在于,包括风电或光伏发电***、水电解池、空气分离装置、氨合成模块、富氧燃烧发电模块以及CO2和H2O共电解池;
所述风电或光伏发电***的电能输出端口输出的电能分为三个支路,分别连接到所述水电解池的电能输入端口、空气分离装置的电能输入端口以及CO2和H2O共电解池的电能输入端口;
所述水电解池的水输入口连接外部水源,其氢气输出端口连接所述氨合成模块的氢气输入端口,其氧气输出端口连接所述富氧燃烧发电模块的氧气输入端口;
所述空气分离装置的氮气输出端口连接所述氨合成模块的氮气输入端口,其氧气输出端口连接所述富氧燃烧发电模块的氧气输入端口;
所述氨合成模块用于将输入的氮气与氢气合成氨,作为***产物之一向外输出;
所述富氧燃烧发电模块的燃料输入口用于输入化石燃料,化石燃料富氧燃烧,化学能转化为机械能再转化为电能,作为***产物之二向外输出;所述富氧燃烧发电模块的尾气输出口输出的高温CO2和H2O气体分成两股,一股流入所述水电解池的热源输入端口,另一股与来自所述水电解池的换热后的尾气汇流后,一同流入所述CO2和H2O共电解池的原料输入端口;
所述CO2和H2O共电解池的水输入口连接外部水源,CO2与H2O发生共电解产生碳氢化合物,作为***产物之三向外输出。
2.一种CO2共电解结合富氧燃烧发电的联产方法,其特征在于,包括以下步骤:
将风电或光伏发电***产生的电能分别接入水电解池、空气分离装置中;水在水电解池发生电化学反应产生氢气与氧气,空气在空气分离装置中分离产生氮气与氧气;所产生的氧气均汇流进入富氧燃烧发电模块中作为助燃剂;
所述氢气与氮气通入氨合成模块中合成氨,作为产物之一向外输出;
富氧燃烧发电模块中氧气与化石燃料进行富氧燃烧,化学能转化为机械能再转化为电能输出,作为产物之二向外输出;同时产生高温烟气,所述高温烟气的成分包括二氧化碳和水蒸气;
高温烟气分为两股,一股为水电解池提供热量后与另一股汇流成为汇流烟气,所述汇流烟气通入CO2和H2O共电解池进行共电解,电能来自风电或光伏发电***的发电;
在CO2和H2O共电解池中,二氧化碳和水蒸气转化为碳氢化合物,作为产物之三向外输出;CO2和H2O共电解池中外接水源,用于调节H2O与CO2比例控制碳氢化合物生成过程。
4.如权利要求2所述的联产方法,其特征在于,所述空气分离装置采用低温空气分离技术。
5.如权利要求2所述的联产方法,其特征在于,所述水电解池采用碱性电解水、质子交换膜电解水或高温固体氧化物电解水技术。
6.如权利要求2所述的联产方法,其特征在于,通过调节通入所述CO2和H2O共电解池中的H2O的量,来调控发生共电解反应的CO2与H2O的比例,进而控制生成目标产物。
7.如权利要求6所述的联产方法,其特征在于,所述CO2与H2O发生共电解产生的碳氢化合物为甲醇或甲酸。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210451055.9A CN114776441A (zh) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | Co2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210451055.9A CN114776441A (zh) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | Co2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114776441A true CN114776441A (zh) | 2022-07-22 |
Family
ID=82432389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210451055.9A Pending CN114776441A (zh) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | Co2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114776441A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115750017A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-07 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 液态空气储能耦合制氨发电***及方法 |
-
2022
- 2022-04-26 CN CN202210451055.9A patent/CN114776441A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115750017A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-07 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 液态空气储能耦合制氨发电***及方法 |
CN115750017B (zh) * | 2022-11-30 | 2024-05-24 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 液态空气储能耦合制氨发电***及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2022193349A1 (zh) | 一种基于可再生能源电解水和碳捕技术的联合制氢*** | |
WO2023284602A1 (zh) | 多能源耦合互补和有序转化***与方法 | |
CN101540410B (zh) | 天然气制氢与质子交换膜燃料电池集成发电的方法及装置 | |
CN114214637B (zh) | 一种电解水制氢氧综合利用的装置和方法 | |
CN112725034A (zh) | 一种耦合生物质气化的可再生能源电转气*** | |
CN114776441A (zh) | Co2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源***及联产方法 | |
CN113005475B (zh) | 一种基于氨基热化学能储能的太阳能高温电解水耦合制氢的***及工艺 | |
CN112552143A (zh) | 一种耦合固体氧化物电解池的煤制乙二醇***及方法 | |
CN219067873U (zh) | 一种新能源耦合火电制用氢和二氧化碳资源化利用*** | |
CN217538845U (zh) | Co2共电解结合富氧燃烧发电的综合能源*** | |
CN114526158B (zh) | 一种基于二氧化碳氢化作用的能量与物质转换***和方法 | |
CN216756382U (zh) | 一种甲醇制备及循环利用*** | |
CN115354345A (zh) | 光伏光热耦合共电解结合垃圾发电的综合能源***及其工艺方法 | |
CN201402833Y (zh) | 基于天然气制氢与质子交换膜燃料的电池集成发电装置 | |
TWI434822B (zh) | 甲醇製作方法及其裝置 | |
CN114658537B (zh) | 基于co2共电解与生物催化的发电与物质联供***及方法 | |
CN214734561U (zh) | 一种清洁氢与可再生能源氢联合生产*** | |
CN114522518A (zh) | 一种含碳循环利用的燃气电厂低成本减碳排放***及方法 | |
CN208706777U (zh) | 基于城市天然气的热电氢多联产*** | |
CN112628701A (zh) | 应用于化学链空分耦合富氧燃烧***的气化炉供热*** | |
CN220926680U (zh) | 一种沼气与绿氢互补制液体燃料的*** | |
CN117819479B (zh) | 一种天然气制氢耦合二氧化碳捕集制合成气*** | |
CN219441225U (zh) | 一种利用绿氢制氨实现烟气脱硝的*** | |
CN220149230U (zh) | 一种绿电制绿氨联产硝酸封闭循环*** | |
Mastropasqua et al. | Electrochemical Energy Storage and Synthetic Natural Gas Production Based on Reversible Molten Carbonate Cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |