一種太陽能制氫合成甲醇的設備及工藝制造技術

本發明專利技術公開了一種太陽能制氫合成甲醇的設備及工藝，該設備包括太陽能聚熱系統、高溫水蒸氣制備系統、太陽能發電系統、高溫電解制氫系統、二氧化碳制備系統、氣體混合裝置、甲醇合成系統、第一換熱器、分子篩膜分離器、甲醇儲存罐、水儲存罐、輸送泵；其中，高溫水蒸氣制備系統用于利用太陽能聚熱系統提供的熱能制備800℃～900℃的高溫水蒸氣，供應給高溫電解制氫系統；第一換熱器，安裝于甲醇合成系統與分子篩膜分離器之間的輸送管道上；分子篩膜分離器，用于分離甲醇水稀溶液中的水，分離之后的水輸送至水儲存罐，通過輸送泵泵送至高溫水蒸氣制備系統。本發明專利技術的氫原料制備效率高、太陽能能量利用率高，并能充分利用制甲醇所產生的副產物水。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種太陽能制氫合成甲醇的設備及工藝。
技術介紹
甲醇（CH3OH），是一種重要的有機化工原料和優質能源，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產品，也是農藥、醫藥的重要原料之一。甲醇亦可代替汽油作燃料使用，以及用于先進的重整制氫工藝。在現有技術中，甲醇制造方法主要包括以下幾種：其一、氯甲烷水解法：CH3Cl+H2O→CH3OH+HCl；其二、甲烷部分氧化法，甲烷直接氧化生成甲醇：2CH4+O2→2CH3OH；其三、煤、焦炭、油等礦物能源制甲醇的方法；其四、氫和一氧化碳的合成制甲醇，其反應式：CO+H2→CH3OH，可參照中國專利技術專利申請97101425.6、200780005726.2、200610151359.4等等；其五、二氧化碳和氫在催化劑作用下制甲醇：CO2+3H2→CH3OH+H2O，可參照中國專利技術專利申請200810046409.1、200910112654.2、200910163236.6、201310175806.X、200810046409.1等等。然而，上述現有甲醇制造工藝都是直接采用H2、CH4、CO、CH3Cl或礦物能源作原料。在自然界的自然能中，太陽能是非常重要的可再生清潔能源。其中，太陽能的利用方式主要包括三種：其一、太陽能光伏發電，太陽能光伏系統可為房屋提供照明以及交通信號燈和監控系統，并入電網供電；光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，產生更多電能；天臺及建筑物表面均可安裝光伏組件，這些光伏設施通常被稱為附設于建筑物的光伏系統。其二、太陽能聚熱，現代太陽熱能科技將陽光聚合，并運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。其三、利用太陽能電池或鋰電池等進行儲能。然而，上述太陽能在實際利用過程中，光伏發電要么需要并網，要么需要和建筑物用電設施相配合；太陽能聚熱同樣需要和建筑物用熱設施相配合，而產生的熱水、蒸氣經常用不完；此外儲能方式也受到儲能電池的限制。隨著技術的發展，太陽能制氫技術已經逐漸形成，太陽能制氫方面公開的中國專利有：200810063882.0一種高效自耦合太陽能制氫系統、200810172947.5太陽能水電解制氫（氧）裝置、201010291005.6一種聚光轉光復合增強型太陽能催化分解水制氫系統、201110006999.7多碟太陽能聚熱耦合生物質超臨界水氣化制氫吸熱反應器、200910249943.7一種利用太陽能分解水制氫的納米電極的制備方法。然而，由于氫氣沸點非常低（-252.8℃），需要施加較強的壓力才能將其轉化成液態，并儲存于鋼瓶等耐壓容器中方能運輸，且具有爆炸風險，因此，太陽能制氫的儲能方式受到了極大的限制。中國專利技術申請201410376774.4（申請人：廣東合即得能源科技有限公司，系本創作者）公開了一種甲醇制造工藝；中國專利技術專利200510045058.9公開了一種利用太陽能生產氫氣或甲醇的方法。但是，上述制甲醇工藝過程中，氫原料的制備效率較低、太陽能能量沒有得到較好的利用，能量浪費較為嚴重，制甲醇所產生的副產物水也沒有得到很好的利用。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是針對上述現有技術中的不足，提供一種太陽能制氫合成甲醇的設備，該設備的氫原料制備效率高、太陽能能量利用率高，并能充分利用制甲醇所產生的副產物水。與此同時，本專利技術還要提供一種太陽能制氫合成甲醇的工藝。為解決上述第一個技術問題，本專利技術的第一技術方案是：一種太陽能制氫合成甲醇的設備，包括：太陽能聚熱系統，用于聚光、集熱，為高溫水蒸氣制備系統提供熱能；高溫水蒸氣制備系統，用于利用太陽能聚熱系統提供的熱能制備800℃～900℃的高溫水蒸氣，該高溫水蒸氣供應給高溫電解制氫系統；太陽能發電系統，用于利用太陽能發出直流電，供應給高溫電解制氫系統；高溫電解制氫系統，利用太陽能發電系統供應的直流電，對高溫水蒸氣進行電解制氫及制氧，制得的高溫氫氣輸向氣體混合裝置；二氧化碳制備系統，用于制備二氧化碳，輸向氣體混合裝置；氣體混合裝置，用于將高溫氫氣及二氧化碳混合成中溫氣體，輸向甲醇合成系統；甲醇合成系統，用于氫氣和二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體；甲醇合成系統設有控溫裝置及控壓裝置，其中，控溫裝置用于將甲醇合成系統的合成溫度調整為220-260℃，控壓裝置用于將甲醇合成系統的壓力調整為5.5-6.2Mpa；第一換熱器，安裝于甲醇合成系統與分子篩膜分離器之間的輸送管道上，甲醇水混合氣體在第一換熱器中，與從水儲存罐輸送過來的水進行換熱，甲醇水混合氣體溫度降低，液化成甲醇水稀溶液，水的溫度升高；分子篩膜分離器，用于分離甲醇水稀溶液中的水，使甲醇水稀溶液變成甲醇水濃溶液，分離之后的水輸送至水儲存罐，甲醇水濃溶液輸送至甲醇儲存罐；甲醇儲存罐，用于儲存甲醇水濃溶液；水儲存罐，用于儲存水，并接收從分子篩膜分離器分離出來的水；輸送泵，用于將水儲存罐中的水泵送至高溫水蒸氣制備系統。為解決上述第一個技術問題，本專利技術的第二技術方案是：一種太陽能制氫合成甲醇的設備，包括：太陽能發電系統，用于太陽能發電，供應給高溫水蒸氣制備系統及高溫電解制氫系統；高溫水蒸氣制備系統，其內設有利用太陽能供電的電加熱器，高溫水蒸氣制備系統利用電加熱器的熱能，制備800℃～900℃的高溫水蒸氣，供應給高溫電解制氫系統；高溫電解制氫系統，利用太陽能發電系統供應的直流電，對高溫水蒸氣進行電解制氫及制氧，制得的高溫氫氣輸向氣體混合裝置；二氧化碳制備系統，用于制備二氧化碳，輸向氣體混合裝置；氣體混合裝置，用于將高溫氫氣及二氧化碳混合成中溫氣體，輸向甲醇合成系統；甲醇合成系統，用于氫氣和二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體；甲醇合成系統設有控溫裝置及控壓裝置，其中，控溫裝置用于將甲醇合成系統的合成溫度調整為220-260℃，控壓裝置用于將甲醇合成系統的壓力調整為5.5-6.2Mpa；第一換熱器，安裝于甲醇合成系統與分子篩膜分離器之間的輸送管道上，甲醇水混合氣體在第一換熱器中，與從水儲存罐輸送過來的水進行換熱，甲醇水混合氣體溫度降低，液化成甲醇水稀溶液，水的溫度升高；分子篩膜分離器，用于分離甲醇水稀溶液中的水，使甲醇水稀溶液變成甲醇水濃溶液，分離之后的水輸送至水儲存罐，甲醇水濃溶液輸送至甲醇儲存罐；甲醇儲存罐，用于儲存甲醇水濃溶液；水儲存罐，用于儲存水，并接收從分子篩膜分離器分離出來的水；輸送泵，用于將水儲存罐中的水泵送至高溫水蒸氣制備系統。所述太陽能制氫合成甲醇的設備還包括氧氣儲存罐及第二換熱器，所述高溫電解制氫系統制得的氧氣經第二換熱器后儲存于氧氣儲存罐中，所述從水儲存罐輸送過來的水再經第二換熱器后輸送至高溫水蒸氣制備系統；在第二換熱器中，氧氣溫度降低，水溫度升高。所述高溫電解制氫系統設有固體氧化物電解堆，所述直流電為36V。為解決上述第二個技術問題，本專利技術的技術方案是：一種太陽能制氫合成甲醇工藝，包括以下工藝步驟：a.利用太陽能聚熱或太陽能發電，使高溫水蒸氣制備系統工作，制備800℃～900℃的高溫水蒸氣，并供應給高溫電解制氫系統；b.利用太陽能發電系統為高溫電解制氫系統供應直流電，高溫電解制氫系統電解高溫水蒸氣制得氫氣及氧氣，其中，高溫氫氣輸向氣體混合裝置；與此同時，利用二氧化碳制備系統制備二氧化碳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種太陽能制氫合成甲醇的設備，其特征在于，包括：太陽能聚熱系統，用于聚光、集熱，為高溫水蒸氣制備系統提供熱能；高溫水蒸氣制備系統，用于利用太陽能聚熱系統提供的熱能制備800℃～900℃的高溫水蒸氣，該高溫水蒸氣供應給高溫電解制氫系統；太陽能發電系統，用于利用太陽能發出直流電，供應給高溫電解制氫系統；高溫電解制氫系統，利用太陽能發電系統供應的直流電，對高溫水蒸氣進行電解制氫及制氧，制得的高溫氫氣輸向氣體混合裝置；二氧化碳制備系統，用于制備二氧化碳，輸向氣體混合裝置；氣體混合裝置，用于將高溫氫氣及二氧化碳混合成中溫氣體，輸向甲醇合成系統；甲醇合成系統，用于氫氣和二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體；甲醇合成系統設有控溫裝置及控壓裝置，其中，控溫裝置用于將甲醇合成系統的合成溫度調整為220?260℃，控壓裝置用于將甲醇合成系統的壓力調整為5.5?6.2Mpa；第一換熱器，安裝于甲醇合成系統與分子篩膜分離器之間的輸送管道上，甲醇水混合氣體在第一換熱器中，與從水儲存罐輸送過來的水進行換熱，甲醇水混合氣體溫度降低，液化成甲醇水稀溶液，水的溫度升高；分子篩膜分離器，用于分離甲醇水稀溶液中的水，使甲醇水稀溶液變成甲醇水濃溶液，分離之后的水輸送至水儲存罐，甲醇水濃溶液輸送至甲醇儲存罐；甲醇儲存罐，用于儲存甲醇水濃溶液；水儲存罐，用于儲存水，并接收從分子篩膜分離器分離出來的水；輸送泵，用于將水儲存罐中的水泵送至高溫水蒸氣制備系統。...

【技術特征摘要】
1.一種太陽能制氫合成甲醇的設備，其特征在于，包括：太陽能聚熱系統，用于聚光、集熱，為高溫水蒸氣制備系統提供熱能；高溫水蒸氣制備系統，用于利用太陽能聚熱系統提供的熱能制備800℃～900℃的高溫水蒸氣，該高溫水蒸氣供應給高溫電解制氫系統；太陽能發電系統，用于利用太陽能發出直流電，供應給高溫電解制氫系統；高溫電解制氫系統，利用太陽能發電系統供應的直流電，對高溫水蒸氣進行電解制氫及制氧，制得的高溫氫氣輸向氣體混合裝置；二氧化碳制備系統，用于制備二氧化碳，輸向氣體混合裝置；氣體混合裝置，用于將高溫氫氣及二氧化碳混合成中溫氣體，輸向甲醇合成系統；甲醇合成系統，用于氫氣和二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體；甲醇合成系統設有控溫裝置及控壓裝置，其中，控溫裝置用于將甲醇合成系統的合成溫度調整為220-260℃，控壓裝置用于將甲醇合成系統的壓力調整為5.5-6.2Mpa；第一換熱器，安裝于甲醇合成系統與分子篩膜分離器之間的輸送管道上，甲醇水混合氣體在第一換熱器中，與從水儲存罐輸送過來的水進行換熱，甲醇水混合氣體溫度降低，液化成甲醇水稀溶液，水的溫度升高；分子篩膜分離器，用于分離甲醇水稀溶液中的水，使甲醇水稀溶液變成甲醇水濃溶液，分離之后的水輸送至水儲存罐，甲醇水濃溶液輸送至甲醇儲存罐；甲醇儲存罐，用于儲存甲醇水濃溶液；水儲存罐，用于儲存水，并接收從分子篩膜分離器分離出來的水；輸送泵，用于將水儲存罐中的水泵送至高溫水蒸氣制備系統。2.根據權利要求1所述的太陽能制氫合成甲醇的設備，其特征在于：還包括氧氣儲存罐及第二換熱器，所述高溫電解制氫系統制得的氧氣經第二換熱器后儲存于氧氣儲存罐中，所述從水儲存罐輸送過來的水經第二換熱器后輸送至高溫水蒸氣制備系統；在第二換熱器中，氧氣溫度降低，水溫度升高。3.根據權利要求1所述的太陽能制氫合成甲醇的設備，其特征在于：所述高溫電解制氫系統設有固體氧化物電解堆，所述直流電為36V。4.一種太陽能制氫合成甲醇的設備，其特征在于，包括：太陽能發電系統，用于太陽能發電，供應給高溫水蒸氣制備系統及高溫電解制氫系統；高溫水蒸氣制備系統，其內設有利用太陽能供電的電加熱器，高溫水蒸氣制備系統利用電加熱器的熱能，制備800℃～900℃的高溫水蒸氣，供應給高溫電解制氫系統；高溫電解制氫系統，利用太陽能發電系統供應的直流電，對高溫水蒸氣進行電解制氫及制氧，制得的高溫氫氣輸向氣體混合裝置；二氧化碳制備系統，用于制備二氧化碳，輸向氣體混合裝置；氣體混合裝置，用于將高溫氫氣及二氧化碳混合成中溫氣體，輸向甲醇合成系統；甲醇合成系統，用于氫氣和二氧化碳在催化劑作用下合成為甲醇水混合氣體；甲醇合成系統設有控溫裝置及控壓裝置，其中，控溫裝置用于將甲醇合成系統的合成溫度調整為220-260℃，控壓裝置用于將甲醇合成系統的壓力調整為5.5-6.2Mpa；第一換熱器，安裝于甲醇合成系統與分子篩膜分離器之間的輸送管道上，甲醇水混合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：向華，
申請(專利權)人：廣東合即得能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44