[发明专利]一种太阳能氢电甲醇联产储能系统及其使用方法

说明书

一种太阳能氢电甲醇联产储能系统及其使用方法，包括太阳能化学链反应系统，太阳能化学链反应系统包括第一太阳能化学链反应器和第二太阳能化学链反应器，甲烷和原料水发生化学链重整反应，采用化学链反应的方式，实现了甲烷的低耗高效重整。本发明通过氢气提纯反应器与加氢反应器相连，生产的氢气在加氢反应器中通过加氢反应转化为液态物质，使得本发明中的产品均为液态，有利于产品的大规模存储和运输。本发明利用高温太阳能将甲烷和水原料转化为合成气，把吸收的太阳能存储于生成物的化学能中，提高了燃料的热值，通过合成反应释能系统和汽水系统进行后续的转化，实现了氢气、甲醇、电能的联产，创造了较高的经济价值。

技术领域

本发明属于太阳能高效热化学储能和太阳能燃料制备与利用领域，具体涉及一种太阳能氢电甲醇联产储能系统及其使用方法。

背景技术

在全球能源需求的急剧上升及温室气体排放问题的不断加剧的背景下，太阳能具有间歇性、低密度和不稳定性、难以持续供应的缺点，需要对太阳能的高效存储。太阳能热储存技术将阳光充沛时空下的热能储存到阳光不足的时空下备用，以维持热发电系统的稳定性。

目前研究较多的太阳能储能方式包括显热储能、潜热(相变)储能和热化学储能3种方式， 这3种储能方式都要经过3个储能阶段：吸热阶段、存储阶段、放热阶段。与显热储能、潜热(相变)储能相比，太阳能热化学储能利用可逆反应进行能量的存储和释放，具有储能密度高，储能密度比显热、潜热储能高1-2个数量级，在常温下长期储存分解物，并实现其远距离运输等诸多优点。

氢能是一种重要的可再生能源，氢的用途广泛，尤其在交通能源方面，可以用于液态燃料的合成与升级，以替代传统石油制取汽油、柴油；同时，以氢为燃料的质子交换膜燃料电池能源转化效率高，副产物仅为水，有望成为新一代交通工具的动力核心。氢作为二次能源，需要通过能量转化过程从碳氢化合物和水等含氢物质中提取，主要技术路径包括热化学、电解水、光解水制氢等。目前，以化石能源为原料的热化学过程在工业上应用最为广泛，主要包括甲烷蒸汽重整、石脑油重整、煤气化等工艺，碳排放问题严重。水分解制氢的效率提高，以及化石燃料制氢的高能耗、高碳排放问题成为制氢工艺中亟待解决的问题。甲醇是一种燃烧性能良好的清洁燃料，可直接用作汽车燃料，也可与汽油掺合使用，同时甲醇也是一种重要的有机化工原料，是碳一化工的重要产品，广泛应用于医药、化工等领域。同时，甲醇是一种易燃液体，燃烧性能好，辛烷值高，抗爆性好，被称为新一代燃料。此外，甲醇还可直接用于发电站或柴油机。在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量居第四位，仅次于乙烯、两稀和苯。随着甲醇需求的不断提高，探究更加清洁、高效的制甲醇方式成为研究热点。

甲烷水蒸气热化学重整作为一种太阳能热化学储能方式，具有原料廉价易得、反应热高、储能密度高、常压进行、结构简单等诸多优点，适宜作为一种高效的太阳能热化学储能体系。但是传统甲烷水蒸气重整制氢工艺在流程末端进行碳氢分离，能量转化与产物分离集成度低，导致单元操作多，且气体分离能耗高。化学链是指将一个化学反应分解为在不同空间或时间内进行的两个或多个反应，利用可循环介质在其中传递物质和能量，同时实现反应产物的原位分离。化学链重整过程通过循环利用固态氧载体（通常为金属氧化物），在还原床（燃料反应器）中为燃料转化提供氧，在氧化床（蒸汽反应器）中被还原的氧载体与水反应制取氢气并补充氧，在完成重整反应的同时实现了氢气的近零能耗分离，简化了传统工艺中所需的水煤气变换、空气分离、二氧化碳分离等多个单元操作，实现了系统的高度集成强化。

并且，在传统的甲烷蒸汽重整中，通过燃烧甲烷产生热量，这种方式㶲效率很低且会造成很高的碳排放，水蒸气和甲烷比例高达3-5:1，导致大量能量被用于蒸汽的发生，而水蒸气的转化率很低，进而造成大量的能量被浪费，后续过程中的二氧化碳分离成本高。并且，利用太阳能甲烷重整储能技术产生的氢气和合成气均为气体，大规模存储和运输具有一定难度。

因此，需要开发一种既能高效存储太阳能、实现阳光不足条件下发电又能减少能量浪费和碳排放，产生有价值、易存储和运输的储能物质的装置。

发明内容