高溫能量的綜合利用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫能量綜合利用方法。包括：將反應(yīng)原料通入反應(yīng)器中，在高溫下通過(guò)兩步法進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)；向生成的產(chǎn)物中加入碳?xì)浠衔?，利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行余熱余氣回收利用，進(jìn)一步增加燃料的熱值的同時(shí)將燃料的溫度降低到現(xiàn)有換熱器技術(shù)有成熟解決方案的溫度范圍。本發(fā)明的高溫綜合利用方法能夠?qū)2O和CO2分解為H2和CO，且如此產(chǎn)生的燃料在燃燒時(shí)凈碳排放量為零。通過(guò)與化石能源互補(bǔ)，可實(shí)現(xiàn)兩步法中余熱余氣合理利用，避免使用超高溫?fù)Q熱器的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)甲醇-動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)，且從總體效果考慮，降低了單位燃料熱值的碳排放，減少了對(duì)化石能源的依賴(lài)性。若對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱量回收，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的效率，降低單位熱值的碳排放量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高溫能量的綜合利用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及新能源【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高溫能量的綜合利用方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 熱化學(xué)是利用高溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的一類(lèi)能源利用技術(shù)，例如通過(guò)聚焦太陽(yáng)能 或者核反應(yīng)堆獲得高溫?zé)崮?，進(jìn)行化石能源的分解、氣化等。熱化學(xué)技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)之 一是可以通過(guò)非碳能源（例如核能）和/或可再生能源（例如太陽(yáng)能）所產(chǎn)生的高溫將 化石能源的燃燒反應(yīng)完全逆轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)燃燒反應(yīng)的逆反應(yīng)即水或二氧化碳等"燃燒產(chǎn)物"的分 解，從而實(shí)現(xiàn)燃料的生產(chǎn)（并同時(shí)獲得純氧），從而大規(guī)模取代傳統(tǒng)的化石能源。所獲得的 燃料在生產(chǎn)過(guò)程中和燃燒時(shí)，均不會(huì)向大氣增加新的二氧化碳排放，從而不僅有望解決人 類(lèi)的能源需求問(wèn)題，而且有望解決目前由于化石能源的大量燃燒造成的氣候變化、環(huán)境污 染等一系列問(wèn)題。
[0003] 熱化學(xué)直接分解水或二氧化碳的反應(yīng)所需溫度較高。為了降低溫度、提高效率，熱 化學(xué)反應(yīng)通常分為多步（最少為兩步）且往復(fù)進(jìn)行，稱(chēng)之為"熱化學(xué)循環(huán)"。在典型的熱化 學(xué)循環(huán)中，〇 2與H 2或CO在不同的步驟產(chǎn)生，其中產(chǎn)生O 2的步驟稱(chēng)之為還原步，產(chǎn)生H 2和/ 或CO的步驟稱(chēng)為氧化步。兩個(gè)步驟所產(chǎn)生的氣體均具有很高的溫度（即"余熱"），而且氧 化步完成后的氣體混合物中仍有剩余的H 2O和/或CO2 (即"余氣"），因此有必要進(jìn)行余熱 余氣的利用以提高高溫能源的綜合利用效率。
[0004] 在熱化學(xué)反應(yīng)中，太陽(yáng)能熱化學(xué)反應(yīng)是以聚焦太陽(yáng)能為熱源驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)并以化 學(xué)能的形式對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行高密度儲(chǔ)存的儲(chǔ)能方式。其中，利用高品位太陽(yáng)熱能直接分解水 和CO 2從而生成燃料（HjPCO)是太陽(yáng)能熱化學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展方向之一，燃料的生產(chǎn)不再依 賴(lài)于化石能源，且燃料單位熱值的碳排放量顯著下降。高溫太陽(yáng)能熱化學(xué)循環(huán)利用金屬氧 化物的氧化-還原反應(yīng)，通過(guò)高價(jià)態(tài)金屬氧化物（M m)與其低價(jià)態(tài)金屬氧化物或者金屬態(tài) (Mred)之間相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)水或者CO2的分解。循環(huán)中的還原步驟以高品位太陽(yáng)能為熱源， 使部分或全部氧生成M 氧化步則以M W與水或CO 2反應(yīng)，完成M ^再生的同時(shí)制備 出氫氣或CO : 「00051 高淵 T,,:

【權(quán)利要求】
1. 一種高溫能量的綜合利用方法，包括以下步驟： 在高溫下使反應(yīng)原料發(fā)生熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)； 向上述生成的產(chǎn)物中加入單質(zhì)碳或者碳?xì)浠衔镞M(jìn)行反應(yīng)，回收上述步驟產(chǎn)生的余熱 余氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫能量的綜合利用方法，其中所述熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)中的還 原反應(yīng)的溫度為500-2000°C，優(yōu)選1000-1700°C ;以及 所述發(fā)生熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)的反應(yīng)原料為水和/或二氧化碳。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫能量的綜合利用方法，其中所述碳?xì)浠衔餅榧淄?、?烷或乙烯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫能量的綜合利用方法，其中所述熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)生成的 產(chǎn)物中可與碳?xì)浠衔锓磻?yīng)的物質(zhì)與后續(xù)通入的碳?xì)浠衔锏哪柋葹榇笥诘扔?0 : 3， 小于 10 : 0,優(yōu)選為 10 : 1.7-2. 3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫能量的綜合利用方法，其中所述碳?xì)浠衔餅榧淄?；?及 所述碳?xì)浠衔飬⑴c的反應(yīng)為甲烷重整反應(yīng)，所述重整反應(yīng)使用了重整催化劑，優(yōu)選 為鎳催化劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫能量的綜合利用方法，其中所述熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)中使用 金屬氧化物作為催化劑，優(yōu)選為氧化鈰。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫能量的綜合利用方法，還包括將所述單質(zhì)碳或者碳?xì)浠?合物參與的反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫能量的綜合利用方法，還包括將所述水煤氣變換反應(yīng)的 產(chǎn)物進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫能量的綜合利用方法，其中將甲醇合成反應(yīng)中未反應(yīng)的 氣體及合成甲醇過(guò)程中的弛放氣，通入燃機(jī)蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中做功。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫能量的綜合利用方法，其中將所述單質(zhì)碳或者碳?xì)浠?合物對(duì)所述熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生的余熱余氣利用后生成的混合物進(jìn)行甲醇動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)，或 者通入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫能量的綜合利用方法，其中在所述單質(zhì)碳或者碳?xì)浠?合物參與的反應(yīng)后的管路中設(shè)置至少一個(gè)換熱單元或者余熱鍋爐，對(duì)反應(yīng)余熱進(jìn)行回收。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫能量的綜合利用方法，其中在所述單質(zhì)碳或者碳?xì)浠?合物參與的反應(yīng)中，還包括將生成的氧氣與所述單質(zhì)碳或者碳?xì)浠衔锇l(fā)生氧化反應(yīng)的步 驟。
【文檔編號(hào)】C10J1/20GK104445060SQ201410601570
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】郝勇, 孔慧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所