CN108678823B - 蓄能orc制氢系统 - Google Patents

蓄能orc制氢系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108678823B
CN108678823B CN201810698394.0A CN201810698394A CN108678823B CN 108678823 B CN108678823 B CN 108678823B CN 201810698394 A CN201810698394 A CN 201810698394A CN 108678823 B CN108678823 B CN 108678823B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
orc
lng
production system
hydrogen production
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810698394.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108678823A (zh
Inventor
谢剑
徐进良
尚炜
李享
雷蕾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201810698394.0A priority Critical patent/CN108678823B/zh
Publication of CN108678823A publication Critical patent/CN108678823A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108678823B publication Critical patent/CN108678823B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/006—Auxiliaries or details not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/06—Returning energy of steam, in exchanged form, to process, e.g. use of exhaust steam for drying solid fuel or plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Abstract

本发明公开了属于能源动力领域的一种蓄能ORC制氢系统。液化天然气(LNG)运输船在航行中排出大量余热，本发明通过储热器将其存储起来作为热源。LNG运输船停靠码头时携带的高压LNG存储罐向陆地上的低压LNG存储罐充装时又产生可靠冷源。本发明在上述热源与冷源间构建有机朗肯循环(ORC)，带动发电机产生交流电。交流电通过二极管桥式电路解调后成为直流电。直流电电解碱溶液，在阳极产生氧气，在阴极产生氢气。本发明所述的蓄能ORC制氢系统同时利用了LNG运输船航行中的余热以及LNG卸压充装时的冷能，将其高效地转换成了氢气这种清洁能源，是一种化石燃料清洁高效利用的关键技术。

Description

蓄能ORC制氢系统
技术领域
本发明属于能源动力领域，涉及一种蓄能ORC制氢系统。
背景技术
在国家科研攻关项目支持以及能源市场需求的推动下，有机朗肯循环(ORC)已成为节能领域备受瞩目的热点技术。目前主流的ORC系统建立在高温热源与环境温度之间，利用诸如锅炉烟气余热、地热、太阳能等资源进行发电。近年来，我国调整能源结构，对天然气需求量进一步扩大，巨型液化天然气(LNG)运输船来往于国际产气区与我国沿海发达城市。LNG运输船兼具高温热源和低温冷源。根据卡诺定理，在高温热源与低温冷源之间构建ORC系统发电效率远高于高温热源与环境温度之间构建的ORC系统。LNG运输船上高温热源来源于航行中柴油机的高温烟气、套缸换热水以及压缩热空气等，这些能量达到LNG燃油能量的50％以上。另一方面，低温冷源则来源于停靠码头后LNG卸压充装的冷能，能量值也十分可观。因此，LNG运输船高温热源与低温冷源可用能十分可观，但在时间上不同步。本发明即针对这一实际应用背景的机遇和难题，创新性地通过蓄热的方式同时利用高温热源和低温冷源构建ORC系统，并将ORC系统发出的交流电转化为直流电就地制氢，生产清洁、高能燃料，从而实现化石燃料的清洁高效利用。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明公开了一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，主要包括：蓄热器、有机工质储液罐、泵、膨胀机、冷凝器、高压LNG存储罐、低压LNG存储罐和阀门，其中蓄热器蓄热侧的进出口分别与LNG运输船在航行中排出的余热和大气相连，蓄热器的放热侧与膨胀机、冷凝器的冷凝侧、有机工质储液罐、泵构成回路，冷凝器吸热侧的入口通过阀门与高压LNG存储罐相连，冷凝器吸热侧的出口与低压LNG存储罐相连。
所述蓄热器中充装有熔盐作为蓄热材料，用于吸收LNG运输船在航行中排出的余热，LNG运输船在航行中排出的余热包括柴油机的高温烟气、套缸换热水以及压缩热空气，余热的温度范围在100～500℃。
所述泵采用隔膜泵防止有机工质泄露。
所述膨胀机采用单螺杆膨胀机提升做功能力。
所述发电机的转子与膨胀机的主轴相连，发电机的两极分别与桥式整流电路两个输入端相连；桥式整流电路的两个输出端产生直流电，并分别与阴极和阳极相连，阴极设置于氢气罐中，电解槽中装有电解碱溶液。
所述阴极采用镍基材料，碱溶液采用NaOH溶液，阳极采用镍钴铁复合材料。
所述桥式整流电路由四个二极管组成，用于将发电机传出的交流电转变为直流电，其中二极管采用单向可控硅材质。
所述阴极设置于氢气罐中，所述阳极设置于氧气罐中。
所述氢气罐与低压LNG存储罐相连。
所述氧气罐与LNG船柴油机相连。
本发明的效果和益处是：本发明通过蓄热的方式解决了LNG运输船高温热源(航行时提供)与低温冷源(停靠码头时提供)在时间上不同步的问题，在高温热源和低温冷源间构建ORC系统，同时利用了LNG运输船航行中的余热以及LNG卸压充装时的冷能，提升了ORC系统热功转换效率和发电量。通过整流电路将ORC系统发出的交流电转化为直流电就地制氢，生产清洁、高能燃料，是一项化石燃料清洁高效利用的关键技术。
附图说明
图1是本发明蓄能ORC制氢系统实施例的装置示意图。
图中标号：1-LNG运输船在航行中排出的余热，2-蓄热器，3-蓄热材料，4-有机工质储液罐，5-泵，6-膨胀机，7-冷凝器，8-高压LNG存储罐，9-低压LNG存储罐，10-阀门，11-发电机，12-二极管，13-电解槽，14-碱溶液，15-阴极，16-氢气，17-氢气罐，18-阳极，19-氧气，20-氧气罐。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本发明蓄能ORC制氢系统的实施例。
如图1所示的本发明实施例，包括：蓄热器2、膨胀机6、冷凝器7、有机工质储液罐4、泵5、高压LNG存储罐8、低压LNG存储罐9、阀门10、发电机11、二极管12、电解槽13、碱溶液14、阴极15、氢气罐17、阳极18和氧气罐20；其中蓄热器2蓄热侧的输入为LNG运输船在航行中排出的余热1，被蓄热器2吸收热量的LNG运输船在航行中排出的余热1随后排放至大气中，蓄热器2的放热侧与膨胀机6、冷凝器7的冷凝侧、有机工质储液罐4、泵5构成回路，冷凝器7吸热侧的入口通过阀门10与高压LNG存储罐8相连，冷凝器7吸热侧的出口与低压LNG存储罐9相连，
发电机11的转子与膨胀机6的主轴相连，发电机11的静子由膨胀机6带动产生交流电，发电机11的两极分别与桥式整流电路两个输入端相连，桥式整流电路两个输出端产生直流电，分别与阴极15和阳极18相连，阴极15设置于氢气罐17中，阳极18设置于氧气罐20中，氢气罐17和氧气罐20安装于装有电解碱溶液14的电解槽13中。
蓄热器2中充装有熔盐作为蓄热材料3，用于吸收LNG运输船在航行中排出的余热1，LNG运输船在航行中排出的余热1包括柴油机的高温烟气、套缸换热水以及压缩热空气，余热在100～500℃的温度范围；
泵5采用隔膜泵防止有机工质泄露；
膨胀机6采用单螺杆膨胀机提升做功能力；
桥式整流电路由4个二极管12组成，用于将发电机11传出的交流电转变为直流电，其中二极管12采用单向可控硅材质以适应ORC回路大功率发电的特征；
阴极15采用镍基材料，碱溶液14采用NaOH溶液，阳极18采用镍钴铁复合材料；
阀门10用于控制LNG卸压充装时的充装速度，以匹配蓄热器2的蓄热量以及回路中有机工质乏气的换热速率。
本实施例中，氢气罐17可与低压LNG存储罐相连，由氢气罐17收集的氢气16作为高能燃料，充装到低压LNG存储罐中，实现清洁高效利用。
本实施例中，氧气罐20可与LNG船柴油机相连，由氧气罐20收集的氧气19作为助燃剂使LNG船柴油机实现富氧燃烧，进一步提高燃油利用效率、减少污染物排放以保护环境。
本实施例的工作流程为：
LNG运输船在航行中排出的余热1存储在蓄热器2中，待LNG运输船靠岸后，有机工质储液罐4中的有机工质乏气在泵5的驱动下进入蓄热器2，与蓄热材料3换热、吸收存储的热量并沸腾成蒸汽，随后进入膨胀机6做功；膨胀机6出口的有机工质乏气进入冷凝器7后冷凝成液体回到有机工质储液罐4中，构成ORC循环回路。
LNG运输船携带的高压LNG存储罐8向陆地上的低压LNG存储罐9充装时，高压LNG通过阀门10流经冷凝器7的吸热侧进行吸热，因而有机工质乏气可以在冷凝器7中凝结成液体；
在高温热源与低温冷源间构建的ORC发电回路，通过膨胀机6带动发电机11产生交流电，随后交流电经4个二极管12组成的桥式整流电路调制后转变为直流电。整流后的直流电引入电解槽13电解碱溶液14，从而在阴极15产生氢气16并存储在氢气罐17中；在阳极18产生氧气19并存储在氧气罐20中。
在本实施例中所使用的ORC循环回路的特色在于：通过蓄热器2解决了LNG运输船高温热源(航行时提供)与低温冷源(停靠码头时提供)在时间上错开的问题，同时利用了LNG运输船在航行中排出的余热1以及LNG卸压充装时的冷能，其热工转换效率远大于单纯利用余热的ORC系统。

Claims (9)

1.一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，主要包括：蓄热器(2)、有机工质储液罐(4)、泵(5)、膨胀机(6)、冷凝器(7)、高压LNG存储罐(8)、低压LNG存储罐(9)和阀门(10)，其中蓄热器(2)蓄热侧的进出口分别与LNG运输船在航行中排出的余热(1)和大气相连，蓄热器(2)的放热侧与膨胀机(6)、冷凝器(7)的冷凝侧、有机工质储液罐(4)、泵(5)构成回路，冷凝器(7)吸热侧的入口通过阀门(10)与高压LNG存储罐(8)相连，冷凝器(7)吸热侧的出口与低压LNG存储罐(9)相连；
发电机(11)的转子与膨胀机(6)的主轴相连，发电机(11)的两极分别与桥式整流电路两个输入端相连；桥式整流电路的两个输出端产生直流电，并分别与阴极(15)和阳极(18)相连，阴极(15)设置于氢气罐(17)中，电解槽(13)中装有电解碱溶液(14)。
2.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述蓄热器(2)中充装有熔盐作为蓄热材料(3)，用于吸收LNG运输船在航行中排出的余热(1)，LNG运输船在航行中排出的余热(1)包括柴油机的高温烟气、套缸换热水以及压缩热空气，余热的温度范围在100～500℃。
3.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述泵(5)采用隔膜泵防止有机工质泄漏。
4.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述膨胀机(6)采用单螺杆膨胀机提升做功能力。
5.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述阴极(15)采用镍基材料，碱溶液(14)采用NaOH溶液，阳极(18)采用镍钴铁复合材料。
6.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述桥式整流电路由四个二极管(12)组成，用于将发电机(11)传出的交流电转变为直流电，其中二极管(12)采用单向可控硅材质。
7.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述阳极(18)设置于氧气罐(20)中。
8.根据权利要求7所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述氢气罐(17)与低压LNG存储罐相连。
9.根据权利要求7所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述氧气罐(20)与LNG船柴油机相连。
CN201810698394.0A 2018-06-29 2018-06-29 蓄能orc制氢系统 Active CN108678823B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810698394.0A CN108678823B (zh) 2018-06-29 2018-06-29 蓄能orc制氢系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810698394.0A CN108678823B (zh) 2018-06-29 2018-06-29 蓄能orc制氢系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108678823A CN108678823A (zh) 2018-10-19
CN108678823B true CN108678823B (zh) 2023-08-15

Family

ID=63812575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810698394.0A Active CN108678823B (zh) 2018-06-29 2018-06-29 蓄能orc制氢系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108678823B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109595131A (zh) * 2019-01-17 2019-04-09 苏州良造能源科技有限公司 一种太阳能光热和天然气冷能联合动力机发电系统
CN109837553B (zh) * 2019-03-20 2023-10-27 宁波大学 一种船舶柴油机耦合固体氧化物电解池的发电与制氢一体化装置
CN110761960A (zh) * 2019-10-10 2020-02-07 东方电气集团东方汽轮机有限公司 耦合地热的lng冷能再热发电系统及方法
CN114561668B (zh) * 2022-03-01 2024-04-26 国家电投集团氢能科技发展有限公司 具有蓄热装置的制氢系统和制氢系统的控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010049944A1 (en) * 2008-10-30 2010-05-06 Sounthirarajan Kumarasamy Hydrogen carburetor for generating hydrogen to run an internal combustion engine and method thereof
WO2015159817A1 (ja) * 2014-04-17 2015-10-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 水素ガス発生システム
CN105351022A (zh) * 2015-11-23 2016-02-24 中国科学院工程热物理研究所 一种分布式供能压缩气体储能系统
CN208546202U (zh) * 2018-06-29 2019-02-26 华北电力大学 蓄能orc制氢系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8034219B2 (en) * 2005-12-21 2011-10-11 General Electric Company System and method for the production of hydrogen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010049944A1 (en) * 2008-10-30 2010-05-06 Sounthirarajan Kumarasamy Hydrogen carburetor for generating hydrogen to run an internal combustion engine and method thereof
WO2015159817A1 (ja) * 2014-04-17 2015-10-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 水素ガス発生システム
CN105351022A (zh) * 2015-11-23 2016-02-24 中国科学院工程热物理研究所 一种分布式供能压缩气体储能系统
CN208546202U (zh) * 2018-06-29 2019-02-26 华北电力大学 蓄能orc制氢系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108678823A (zh) 2018-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108678823B (zh) 蓄能orc制氢系统
CN103993920B (zh) 一种利用冷能的海岛供能系统
CN101915224B (zh) 塔式太阳能循环热力发电系统
CN109441573A (zh) 用于调峰的零碳排放天然气联合发电工艺
CN106286170A (zh) 太阳能、海水源热泵、燃气及超临界二氧化碳船舶联合发电系统
JP2004210597A (ja) 排熱利用水素・酸素システムおよび液体水素の製造方法
CN112145247B (zh) 耦合太阳能氢能有机朗肯循环的灵活高效发电系统及方法
CN113389699A (zh) 太阳能风能与氨氧燃气互补循环热发电装置
CN212389483U (zh) 太阳能风能与氨氧燃气互补循环热发电装置
CN110711463A (zh) 一种基于太阳能和lng冷能的燃气电厂co2捕集系统
CN211777807U (zh) 一种与风力发电和太阳能光热耦合的压缩空气储能系统
CN112832963A (zh) 太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置
CN201916139U (zh) 塔式太阳能循环热力发电系统
CN113187682A (zh) 太阳能风能与燃气互补热发电副产化肥装置
CN111102142A (zh) 一种基于超临界流体的塔式太阳能热发电系统
CN108843406B (zh) 一种烟气再热式碟式光热与燃气蒸汽联合循环发电系统
CN208546202U (zh) 蓄能orc制氢系统
CN112780363A (zh) 一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统及方法
CN110578564A (zh) 太阳能燃气互补联合风电制备合成气循环热发电装置
CN110926049B (zh) 一种热电联产低温供暖工艺及系统
CN201246193Y (zh) 利用太阳能及空气热能提取技术蓄热发电的装置
CN211258905U (zh) 太阳能风能与燃气互补联合制氢制甲烷循环热发电装置
CN214303958U (zh) 一种采用背压小汽轮机驱动的水下压缩空气储能调峰系统
CN112576328A (zh) 一种动力循环水电联产系统及其方法
CN209876873U (zh) 一种燃料电池的废热回收装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant