[发明专利]一种基于非并网风电的二氧化碳循环利用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非并网风电的二氧化碳循环利用的方法，属于二氧化碳循环利用领域。

背景技术

工业革命以来，由于化石燃料的大规模利用，导致了大气中的二氧化碳含量快速上升，造成了地球上碳循环的破坏。大气中二氧化碳含量由工业革命前的约280ppm增加到今天的接近400ppm，随着全球工业化的进行，大气中二氧化碳含量还将会继续增加。全球碳计划组织的年度分析报告显示，2012年二氧化碳的排放量达到了创记录的350亿吨，比衡量温室气体排放水平的基准年1990年高出58％。

大气中二氧化碳排放量增加是造成地球气候变暖的根源，伴随着气候变暖，造成冰川融化、气象灾害(厄尔尼诺、干旱、洪涝、高温天气等频发)，进而影响人类、动植物生存环境。随着世界对温室气体危害认识的增加，《联合国气候变化框架公约》于1992年5月在纽约联合国总部通过；1997年，《京都议定书》达成，使温室气体减排成为发达国家的法律义务。

近些年随着我国经济的快速发展，我国二氧化碳总排放量已经超过美国，成为世界第一大二氧化碳排放国，二氧化碳的减排成为中国经济发展面临的又一难题。

减少二氧化碳排放量可以通过增加核能、水能、风能、太阳能等新能源在一次能源消费总量中比例，减少化石能源利用量来达到减排二氧化碳的目的。或者通过物理化学方法实现化石燃料排放废弃中二氧化碳的收集，提纯，回收利用或者埋藏的方法来实现二氧化碳减排。

专利申请号：201280027538.0(二氧化碳捕集系统)给出一种利用氨吸收方法实现烟气中二氧化碳的收集和提纯方法；专利申请号：201210497862.0(封存二氧化碳的方法)、专利申请号：201010108130.9(二氧化碳的深埋储存方法)通过深井埋藏的方法实现二氧化碳的贮存。采用深井填埋方法处理二氧化碳尽管减少了二氧化碳的排放量，但是运行成本高，给企业造成巨大经济压力；同时若发生地质灾害，二氧化碳是否会再次流出，也给社会造成许多困扰。

解决二氧化碳更有利的方法是实现碳循环，二氧化碳是化石燃料燃烧生成物，二氧化碳通过加氢催化又可以制得甲烷、甲醇等燃料；甲烷、甲醇燃烧又生产二氧化碳，捕集后在进行加氢反应，如此循环往复，实现真正意义的碳循环。二氧化碳合成甲烷反应如下：

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O ΔH_298K＝-252.9kJ/mol

二氧化碳合成甲醇反应如下：

co₂+3H₂→CH₃OH+H₂O ΔH₂₉₈＝-49.0kJ/mol

二氧化碳加氢催化的又一个问题是氢气来源，目前大规模制氢方法有煤炭气化制氢、天然气、石油裂解制氢，这两种方法制得氢气后会额外增加二氧化碳排放，并不能实现碳循环。而利用可再生能源发电制氢，如核能、风能、太阳能等方法制氢过程中没有二氧化碳排放，可以实现真正意义上的碳循环。

在没有足够的调峰机组情况下，风场的不稳定性使得风电在电网的贡献率不可能超过10％，并且由于风电并网需要将风电调整到与电网一致的电压、周率、波形、相序，还要调整有功和无功功率，达到电网最基本的并网需求，复杂控制系统使得风电机组成本增加。而风电电解水对风电质量要求低很多，相比较并网风电设备，非并网风电机组成本大大降低，风电利用率也得到极大提高。

本发明提出一种非并网风电与二氧化碳制甲烷的方法，利用非并网风电电解水，制得氢气和氧气，氢气与二氧化碳进入催化反应器反应制得甲烷；副产氧气可作为富氧燃烧、煤气化等氧化剂；甲烷化反应放热量通过热交换制得蒸汽用于发电或者压缩机做功。同时为了提高系统经济性，系统夜间结合谷电进行电解水。

发明内容

为了实现二氧化碳循环利用(二氧化碳减排)，本发明提出利用非稳定风能来电解水制得氢气，利用氢气和二氧化碳的催化反应制取甲烷或者甲醇的一种方法，实现低品位能源向高品位能源的转化。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：利用非并网风电电解水，产生氢气和氧气；氢气和氧气分别进入氢气储罐和氧气储罐；氢气与二氧化碳进入催化反应器制得甲烷或者甲醇，若制取产物为甲烷，则反应器出口气体通过除湿获得以甲烷为主的混合气，甲烷通过压缩供给用户，若制取产物为甲醇，则将甲醇作为工业原料；催化反应器放热通过余热锅炉进行收集，获得中压蒸汽部分用于发电，部分用于推动压缩机做功。