[发明专利]中低温太阳热能品位提升与CO2一体化分离的方法和装置

权利要求书

1.一种中低温太阳热能品位提升与CO₂一体化分离的方法，其特征在于，该方法是在甲烷/水蒸汽重整反应中引入透氢性能极强的钯基合金膜结构，从而大幅度改善反应条件，提高甲烷转化率，实现CO₂的分离。

2.根据权利要求1所述的中低温太阳热能品位提升与CO₂一体化分离的方法，其特征在于，该方法还包括：

利用200℃的抛物槽式太阳能提供重整蒸汽的汽化潜热，转化为蒸汽内能，通过参与重整反应转化为合成气化学能，实现品位提升。

3.根据权利要求2所述的中低温太阳热能品位提升与CO₂一体化分离的方法，其特征在于，该方法在利用200℃的抛物槽式太阳能的同时还包括：

利用550℃的聚光型塔式太阳能提供重整反应所需的反应热直接转化为合成气化学能，实现品位提升，最后在高效燃气-蒸汽联合循环系统中实现热功转换。

4.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括：

空气压气机(1)，用于将空气(S1)升压至Brayton循环的最高压力，形成压缩空气(S2)输出给燃烧室(2)；

燃烧室(2)，用于合成燃料气(S25)和压缩空气(S2)发生燃烧反应，得到高温气体(S26)；

燃气透平(3)，用于实现高温燃气(S26)膨胀作功；

燃料压气机(4)，用于将燃料气(S3)升压至重整反应压力；

第一升压泵(5)，用于将水(S5)升压至重整反应压力；

省煤器(6)，用于由重整产物(S14，S15)供热，加热淡水流股(S7)至重整反应压力下的饱和水态；

太阳能蒸发器(7)，用于利用太阳热能将重整反应压力下的饱和水(S8)蒸发；

槽式太阳能集热器(8)，用于聚集所需的中低温太阳能，并输出给太阳能蒸发器(7)；

回热器(9)，用于利用重整产物(S12，S13)对水蒸汽(S9)与压缩燃料气(S4)的混合气(S10)进行加热；

塔式太阳能集热器(10)，用于收集中温太阳热能，输出给重整器(11)；

膜重整器(11)，用于由塔式太阳能集热器(10)供热，使燃料和水蒸汽在一定压力下进行膜重整反应；

第一冷凝器(12)，用于将富含CO₂的合成气(S16)冷却降温，并脱除冷凝水(S18)；

氢气压缩机(13)，用于将重整反应得到的氢气(S17)升压至Brayton循环的最高压力；

第二升压泵(14)，用于将冷凝水(S18)升压至重整反应压力；

CO₂物理吸收单元(15)：用于将合成燃料气(S21)中的CO₂分离；

气体压缩机(16)：用于将脱除CO₂的清洁燃料气(S22)升压至Brayton循环的最高压力；

三压再热锅炉(17)：由燃气透平排烟(S27)供热，完成蒸汽底循环中不同压力给水的预热、蒸发、过热过程；

蒸汽透平(18)：余热锅炉产生的过热蒸汽(S32)膨胀作功；

第二冷凝器(19)：将蒸汽透平排汽(S29)冷凝至饱和水(S30)状态，以便循环利用；

第三升压泵(20)：将冷凝水(S30)升压至蒸汽循环所需压力；以及

发电机(21、22)：分别与燃气及蒸汽透平连接，将透平产生的机械功转化为电能输出。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在该装置中，加压后的给水送入省煤器加热至重整压力下的饱和水态，进入太阳能蒸发器蒸发，水蒸汽与压缩后的燃料气混合送入回热器进一步加热，随后进入太阳能供热的膜重整反应器发生吸热反应，在反应器膜两侧分别得到富含CO₂的合成燃料气及高纯度的氢气；合成燃料气经冷凝脱水后进入CO₂物理吸收单元，冷凝水作为重整反应物被重新使用，分离出的CO₂经四级间冷压缩液化，以便封存，脱碳后的清洁燃料气被压缩至燃烧反应压力，和压缩后的氢气一同作为燃料进入燃烧室与压缩空气燃烧，生成的高温烟气驱动燃气-蒸汽联合循环作功，实现动力输出。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述重整器(11)所需热量由塔式太阳能集热器(10)提供，进出口均与回热器(9)相连。