CN113738581A - 一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；电解分系统包括风车、电解槽、氧气储罐和氢气储罐；煤制甲醇分系统包括气化炉、洗涤冷却器、脱碳塔、反应器、分离装置和甲醇储槽。该系统在具体工作时，将风能产生的电能通过电解转化为氢气的化学能，并进一步通过合成甲醇反应，将能量储存在甲醇中，能量密度高、可以长期储存、用途广泛，从而实现将风能进行有效的储存。合成甲醇时，合成气中缺少的氢气通过电解水获得，免去了水煤气变换反应，节省了水的使用，减少了二氧化碳的排放。

Description

一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法
技术领域
本发明属于风能储能技术领域，具体涉及一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法。
背景技术
化学储能基于化学反应，通过反应物和生成物的化学键的断裂重组实现能量的存储。通过化学反应生成储能物质后，尤其是液态的储能物质，具有能量密度高和能够长期储存的特点，适合将风能转化后进行储存。其中，合成甲醇是一种化学储能方式，具有储能密度高、能够长期储存和产品用途广等特点。
在我国西北地区，风能资源丰富，但是为了稳定的利用风能，需要对火电机组等进行调峰或者进行电池储能，西北地区煤炭资源丰富，煤制甲醇产业比较成熟，因此，如果能够开发出一种化学储能系统，利用煤制甲醇系统，该系统可以将风能转化为化学能储存在储能物质中，会对风能的利用带来巨大变化。
现有的风能储能存能量密度低，不能长期储存。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明提供了一种基于煤制甲醇的风能储能系统及方法，将风能转化为甲醇这一储能物质进行存储，能量密度高，能长期储存，用途广泛。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于煤制甲醇的风能储能系统，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；
所述电解分系统包括风车1、电解槽2、氧气储罐3和氢气储罐10，风车1发出的电力输送到电解槽2，电解槽2的出口分别与氧气储罐3和氢气储罐10的入口相连通；
所述的煤制甲醇分系统包括气化炉4、洗涤冷却器5、脱碳塔6、反应器7、分离装置8和甲醇储槽9；气化炉4的气体出口与洗涤冷却器5的入口相连通，洗涤冷却器5的出口与脱碳塔6的入口相连通，脱碳塔6的出口与反应器7的入口相连通，反应器7的出口与分离装置8的入口相连通，分离装置8的出口分别于反应器7的入口、电解槽2的入口和甲醇储槽9的入口相连通。
所述的反应器7为管壳式反应器或浆态床反应器，反应器7中装载有合成甲醇催化剂。
所述气化炉4为鲁奇气化炉，气化工艺为纯氧和水蒸气连续常压气化工艺。
所述脱碳塔6为低温甲醇洗。
所述分离装置8将气液分离后，选用精馏塔工艺将甲醇和水进行分离。
所述气化炉4底部设置灰渣排出口，所述洗涤冷却器5的底部设置排出口。
一种基于煤制甲醇的风能储能系统的运行方法，包括以下步骤；
风车1发出的电力，进入电解槽2，电解槽2中的水电解后生成的氧气进入氧气储罐3，氢气进入氢气储罐10，氧气储罐3中的氧气送入气化炉4，在气化炉4中，煤炭与水蒸气、氧气反应，生成合成气和灰渣，灰渣从气化炉4底部排出，合成气进入洗涤冷却器5中经过洗涤和冷却后进入脱碳塔6，洗涤冷却器5的底部排出含有部分残碳的黑水，合成气中的二氧化碳在脱碳塔6中被脱除，脱除二氧化碳后的合成气进入反应器7中，氢气储罐10中的氢气也送入反应器7，按照一定比例混合后，一起在反应器7中进行合成甲醇反应，反应后的产物进入分离装置8，分离后未反应的气体返回反应器7中，生成的甲醇进入甲醇储罐9，副反应生成的水补入电解槽2。
在风能充足时，风车1持续发电，电解槽2电解产生氢气能力大于反应器7的处理氢气的能力，部分过剩的氢气储存在氢气储罐3中；
在风能不足时，电解槽2电解产生氢气能力小于反应器7的处理氢气的能力，利用氢气储罐3中储存的过剩的氢气，维持反应器7的正常工作。
所述反应器7中一氧化碳和氢气的体积比为1:2。
本发明的有益效果：
本发明所述的基于煤制甲醇的风能储能系统在具体工作时，将风能产生的电能通过电解转化为氢气的化学能，并进一步通过合成甲醇反应，将能量储存在甲醇中，能量密度高、可以长期储存、用途广泛，从而实现将风能进行有效的储存，电解产生的氧气还可以用于煤炭的气化反应。合成甲醇时，合成气中缺少的氢气通过电解水获得，免去了水煤气变换反应，节省了水的使用，减少了二氧化碳的排放。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
其中，1为风车、2为电解槽、3为氧气储罐、4为气化炉、5为洗涤冷却器、6为脱碳塔、7为反应器、8为分离装置、9为甲醇储槽、10为氢气储罐。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
参考图1，本发明所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；电解分系统，包括风车1、电解槽2、氧气储罐3和氢气储罐10；煤制甲醇分系统，包括气化炉4、洗涤冷却器5、脱碳塔6、反应器7、分离装置8和甲醇储槽9。
所述的风车1发出的电力输送到电解槽2，电解槽2的出口分别与氧气储罐3和氢气储罐10的入口相连通。
所述的气化炉4的气体出口与洗涤冷却器5的入口相连通，洗涤冷却器5的的出口与脱碳塔6的入口相连通，脱碳塔6的出口与反应器7的入口相连通，反应器7的出口与分离装置8的入口相连通，分离装置8的出口分别于反应器7的入口、电解槽2的入口和甲醇储槽9的入口相连通。
优选的，气化炉4的形式为鲁奇气化炉，气化工艺为纯氧和水蒸气连续常压气化工艺。
优选的，脱碳塔6所用的工艺为低温甲醇洗。
优选的，所述的反应器7的形式为管壳式反应器，反应器的管程中装载有合成甲醇催化剂。
优选的，分离装置8将气液分离后，选用精馏塔工艺将甲醇和水进行分离。
风车1发出的电力进入电解槽2，电解槽2中的水电解后生成的氧气进入氧气储罐3，氢气进入氢气储罐10。电解产生1立方米的氢气，耗电量约为5千瓦时，风场的装机容量为50MW，在额定工况下，氢气的产量为10000立方米/小时，氧气的产量为5000立方米/小时。
氧气储罐3中的氧气送入气化炉1，在气化炉1中，煤炭与水蒸气、氧气反应，生成合成气和灰渣，灰渣从气化炉1底部排出，合成气进入洗涤冷却器5中经过洗涤和冷却后进入脱碳塔6，洗涤冷却器5的底部排出含有部分残碳的黑水，合成气中的二氧化碳在脱碳塔6中被脱除，脱除二氧化碳后的合成气进入反应器7中。两台直径为3000毫米的鲁奇气化炉，处理量可以达到35吨煤/小时，选用的煤种为烟煤，产气率约为1.45立方米/千克煤，气化后产生的合成气脱除二氧化碳和硫化氢等杂质后，合成气产量约为45000立方米/小时，合成气中的一氧化碳和氢气的比例约为4:6，即一氧化碳的产量为18000立方米/小时，氢气的产量为27000立方米/小时。
将氢气储罐10中的氢气也送入反应器7，补入氢气的量为9000立方米/小时，调节一氧化碳和氢气的体积比为1:2，一氧化碳和氢气在反应器7中进行合成甲醇反应，反应后的产物进入分离装置8，分离后未反应的气体返回反应器7中，生成的甲醇进入甲醇储罐9，副反应生成的水补入电解槽2。
在风能充足时，风车1持续发电，电解槽2电解产生氢气能力为10000立方米每小时，大于反应器7的处理补入氢气的能力9000立方米/小时，部分过剩的氢气储存在氢气储罐3中。
在风能不足时，电解槽2电解产生氢气能力小于反应器7的处理氢气的能力，可以利用氢气储罐3中储存的过剩的氢气，维持反应器7的正常工作。
需要指出的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，具体的实施方法，如气化炉1的炉型和气化工艺、脱碳塔6的脱碳工艺、反应器7的形式、分离装置8的形式和工艺等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。

Claims (9)

1.一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，包括电解分系统和煤制甲醇分系统；
所述电解分系统包括风车(1)、电解槽(2)、氧气储罐(3)和氢气储罐(10)，风车(1)发出的电力输送到电解槽(2)，电解槽(2)的出口分别与氧气储罐(3)和氢气储罐(10)的入口相连通；
所述的煤制甲醇分系统包括气化炉(4)、洗涤冷却器(5)、脱碳塔(6)、反应器(7)、分离装置(8)和甲醇储槽(9)；气化炉(4)的气体出口与洗涤冷却器(5)的入口相连通，洗涤冷却器(5)的出口与脱碳塔(6)的入口相连通，脱碳塔(6)的出口与反应器(7)的入口相连通，反应器(7)的出口与分离装置(8)的入口相连通，分离装置(8)的出口分别于反应器(7)的入口、电解槽(2)的入口和甲醇储槽(9)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述的反应器(7)为管壳式反应器或浆态床反应器，反应器(7)中装载有合成甲醇催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述气化炉(4)为鲁奇气化炉，气化工艺为纯氧和水蒸气连续常压气化工艺。
4.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述脱碳塔(6)为低温甲醇洗。
5.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述分离装置(8)将气液分离后，选用精馏塔工艺将甲醇和水进行分离。
6.根据权利要求1所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统，其特征在于，所述气化炉(4)底部设置灰渣排出口，所述洗涤冷却器5的底部设置排出口。
7.基于权利要求1-6任一项所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤；
风车(1)发出的电力，进入电解槽(2)，电解槽(2)中的水电解后生成的氧气进入氧气储罐(3)，氢气进入氢气储罐(10)，氧气储罐(3)中的氧气送入气化炉(4)，在气化炉(4)中，煤炭与水蒸气、氧气反应，生成合成气和灰渣，灰渣从气化炉(4)底部排出，合成气进入洗涤冷却器(5)中经过洗涤和冷却后进入脱碳塔(6)，洗涤冷却器(5)的底部排出含有部分残碳的黑水，合成气中的二氧化碳在脱碳塔(6)中被脱除，脱除二氧化碳后的合成气进入反应器(7)中，氢气储罐(10)中的氢气也送入反应器(7)，按照一定比例混合后，一起在反应器(7)中进行合成甲醇反应，反应后的产物进入分离装置(8)，分离后未反应的气体返回反应器(7)中，生成的甲醇进入甲醇储罐(9)，副反应生成的水补入电解槽(2)。
8.根据权利要求7所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统的运行方法，其特征在于，在风能充足时，风车(1)持续发电，电解槽(2)电解产生氢气能力大于反应器(7)的处理氢气的能力，部分过剩的氢气储存在氢气储罐(3)中；
在风能不足时，电解槽(2)电解产生氢气能力小于反应器(7)的处理氢气的能力，利用氢气储罐(3)中储存的过剩的氢气，维持反应器7的正常工作。
9.根据权利要求7所述的一种基于煤制甲醇的风能储能系统的运行方法，其特征在于，所述反应器(7)中一氧化碳和氢气的体积比为1:2。
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