CN209179828U - 镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统 - Google Patents

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黄志强
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Abstract

本实用新型提供了一种镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统，包括利用可再生能源电力电解镁的子系统、镁与水反应子系统、固碳子系统和汽轮发电机组。可再生能源电厂的冗余电力提供给电解镁厂，电解镁的原料为氯化镁可来自西部的盐湖，电解镁厂生产的镁通过远距离运输环节输送至使用地点。镁与水在反应器中反应生成氧化镁和氢，反应热输入汽轮发电机组回路用于发电。镁与水反应生成氧化镁给氧化镁固碳装置，氧化镁固碳装置中的碳酸化反应热传递给汽轮发电机组回路用于发电。本实用新型可大量消纳可再生能源，可实现能量的大规模远距离传输，可制备高品质的氢气，可固定二氧化碳，可向汽轮发电机组提供热量。

Description

镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统
技术领域
本实用新型涉及一种镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统，属于新能源技术领域。
背景技术
当今社会正在经历一场前所未有的能源革命，一方面可再生能源替代常规化石能源全面进入工业生产和日常生活中的用能领域，另一方面能源的载体变得更加多样化，电、热、氢，以及含能材料都是能源载体。能源技术日新月异，但也带来不容忽视的矛盾和冲突。我国西部地区和三北地区是太阳能、风能、水能等可再生能源富集区域，但是，这些新能源无法被电网消纳，弃风、弃光、弃水的情况相当突出，造成严重的资源浪费。东部地区工业发达，人口密集，但是可再生能源少，化石能源的大量使用带来严重的大气污染问题和大量的碳排放，制约了社会的高质量发展进程。
如何将西部地区和三北地区的可再生能源高效地转移至东部地区，如何减少排放，是急需解决的重要问题。目前来看，可再生能源制氢，然后远距离输送氢，这是一条可行的途径，但是，成本很高，还存在安全问题。因此，还必须寻找其他的能量转换、远传方式，并且减少碳排放，实现更好的综合效益。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种能量转换、远传方式，并且减少碳排放，实现更好的综合效益。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统，其特征在于：包括利用可再生能源电力电解镁的子系统、镁与水反应子系统、固碳子系统和汽轮发电机组；
所述利用可再生能源电力电解镁的子系统包括可再生能源发电厂和电解镁厂，可再生能源发电厂的冗余电力输送系统连接电解镁厂，电解镁厂通过运输环节连接镁供给装置；
所述镁与水反应子系统包括制氢给水泵，制氢给水泵出口连接冷却器水侧进口，冷却器水侧出口连接反应器水进口，反应器气体产物出口连接冷却器气体产物侧进口，冷却器气体产物侧出口连接水分离器，水分离器气体出口连接氢收集装置，镁供给装置连接反应器镁进口；
所述固碳子系统包括氧化镁固碳装置和二氧化碳供给装置，反应器固体产物出口连接氧化镁固碳装置固体进口，二氧化碳供给装置连接氧化镁固碳装置气体进口；
所述汽轮发电机组包括给水泵，给水泵出口分两路：一路连接锅炉的进口，另一路连接氧化镁固碳装置水侧进口，氧化镁固碳装置水侧出口连接反应器水侧进口，反应器水侧出口连接锅炉进口，锅炉出口连接汽轮机进口，汽轮机出口连接凝汽器进口，凝汽器出口连接给水泵进口。
优选地，所述汽轮发电机组为蒸汽朗肯循环系统。
上述的一种镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统使用时，步骤为：
步骤1：可再生能源发电厂的冗余电力提供给电解镁厂，电解镁厂生产的镁通过运输环节输送至使用地点的镁供给装置；
步骤2：镁供应装置向反应器输入镁，制氢给水泵向反应器提供水，镁与水在反应器中反应生成氧化镁和氢，Mg+H2O＝MgO+H2，通过冷却器冷却反应器出来的氢和水混合物，水分离器分离氢和水混合物中的水，氢进入氢收集装置，反应器释放的热量传递给汽轮发电机组的水工质；
步骤3：二氧化碳供给装置向氧化镁固碳装置输入二氧化碳，反应器输出固体产物给氧化镁固碳装置，氧化镁固碳装置中发生碳酸化反应MgO+CO2＝MgCO3，反应热传递给汽轮机组的水工质。
优选地，所述步骤1中，电解镁的原料为氯化镁。
优选地，所述步骤2中，反应器中镁与水的反应温度为650-1000℃，压力为20-40MPa。
优选地，汽轮发电机组中，给水泵出口分为两路：一路进入锅炉；另一路进入氧化镁固碳装置吸收碳酸化反应热，再进入反应器吸收镁与水反应热，然后进入锅炉；锅炉产生的蒸汽进入汽轮机膨胀做功，推动发电机发电，汽轮机排汽进入凝汽器凝结成液态水，液态水再进入给水泵。
优选地，所述氧化镁固碳装置中的碳酸化反应温度为200-500℃，压力为8MPa以上。
优选地，所述氧化镁固碳装置中的碳酸化反应为直接干法或直接湿法碳酸化。
相比现有技术，本实用新型提供的镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统具有如下有益效果：
1、可大量消纳可再生能源，特别是，我国的青海省太阳能发电、风电、水电都很丰富，又是电解镁原料氯化镁的原料地，电解镁产业非常发达，电解镁厂可以就地大量消纳可再生能源电力，将电能以较高的效率转换为镁，从而避免弃风、弃光、弃水问题。
2、可实现能量的大规模远距离传输，镁是轻质金属、化学性质稳定、无毒无害，镁为载体的大规模能量传输方式既经济又安全。
3、可制备高品质的氢气，镁与水反应生成氧化镁和氢气，生成的氢气品质高，并且可以在高压下反应，从而直接制备高压氢气，节省了氢气压缩耗功。
4、可固定二氧化碳、镁与水的反应物氧化镁通过化学工艺吸收二氧化碳，生成非常稳定的碳酸镁，这是一种永久、稳定的固碳方式。
5、可向汽轮发电机组提供热量，镁和水反应释放的高温反应热可用于发电，碳酸化反应释放的反应热也可用于发电，通过向汽轮发电机组提供热量，节省了煤耗。
附图说明
图1为本实施例提供的镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统示意图；
附图标记说明：
1-给水泵，2-锅炉，3-汽轮机，4-发电机，5-凝汽器，6-制氢给水泵，7-冷却器，8-反应器，9-氧化镁固碳装置，10-镁供给装置，11-水分离器，12-氢收集装置，13-可再生能源发电厂，14-电解镁厂，15-运输环节，16-二氧化碳供给装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。
图1为本实施例提供的镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统示意图，所述的镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统包括可再生能源发电厂13，可再生能源发电厂13将冗余的电力输送给电解镁厂14，电解镁厂14生产镁，并通过远距离的传输环节15输送至使用地点的镁供给装置10。电解镁的原料氯化镁可来自西部的盐湖。
制氢给水泵6出口连接冷却器7水侧进口，冷却器7水侧出口连接反应器8水进口，反应器8气体产物出口连接冷却器7产物侧进口，冷却器7产物侧出口连接水分离器11，水分离器11气体出口连接氢收集装置12，镁供给装置10连接反应器8镁进口。
反应器8固体产物出口连接氧化镁固碳装置9固体进口，二氧化碳供给装置16连接氧化镁固碳装置9二氧化碳进口。
给水泵1出口分两路，一路连接锅炉2的进口，另一路连接氧化镁固碳装置9水侧进口，氧化镁固碳装置9水侧出口连接反应器8水侧进口，反应器8水侧出口连接锅炉2的进口，锅炉2出口连接汽轮机3进口，汽轮机3出口连接凝汽器5进口，凝汽器5出口连接给水泵1进口。
所述的镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统的实施方法为：
可再生能源电厂13的冗余电力提供给电解镁厂14，电解镁的原料为氯化镁可来自西部的盐湖，电解镁厂14生产的镁通过远距离运输环节15输送至使用地点。
镁与水在反应器8中反应生成氢和氧化镁，制氢给水泵6向反应器8提供水，并通过冷却器7冷却反应器8出来的氢和水混合物，水分离器11分离氢和水的混合物中的水，氢进入氢收集装置12，镁供应装置10向反应器8输入镁，反应器8释放的热量传递给汽轮机组的水工质。
给水泵1出口分为两路，一路进入锅炉2，另一路进入氧化镁固碳装置9吸收碳酸化反应热，再进入反应器8吸收镁与水反应热，然后进入锅炉2，锅炉2产生的蒸汽进入汽轮机3膨胀做功，推动发电机4发电，汽轮机3排汽进入凝汽器5凝结成液态水，水再进入给水泵1。
二氧化碳供给装置16向氧化镁固碳装置9输入二氧化碳，反应器8输出固体产物给氧化镁固碳装置9，氧化镁固碳装置9中的碳酸化反应热传递给汽轮机组的水工质。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统，其特征在于：包括利用可再生能源电力电解镁的子系统、镁与水反应子系统、固碳子系统和汽轮发电机组；
所述利用可再生能源电力电解镁的子系统包括可再生能源发电厂(13)和电解镁厂(14)，可再生能源发电厂(13)的冗余电力输送系统连接电解镁厂(14)，电解镁厂(14)通过运输环节(15)连接镁供给装置(10)；
所述镁与水反应子系统包括制氢给水泵(6)，制氢给水泵(6)出口连接冷却器(7)水侧进口，冷却器(7)水侧出口连接反应器(8)水进口，反应器(8)气体产物出口连接冷却器(7)气体产物侧进口，冷却器(7)气体产物侧出口连接水分离器(11)，水分离器(11)气体出口连接氢收集装置(12)，镁供给装置(10)连接反应器(8)镁进口；
所述固碳子系统包括氧化镁固碳装置(9)和二氧化碳供给装置(16)，反应器(8)固体产物出口连接氧化镁固碳装置(9)固体进口，二氧化碳供给装置(16)连接氧化镁固碳装置(9)气体进口；
所述汽轮发电机组包括给水泵(1)，给水泵(1)出口分两路：一路连接锅炉(2)的进口，另一路连接氧化镁固碳装置(9)水侧进口，氧化镁固碳装置(9)水侧出口连接反应器(8)水侧进口，反应器(8)水侧出口连接锅炉(2)进口，锅炉(2)出口连接汽轮机(3)进口，汽轮机(3)出口连接凝汽器(5)进口，凝汽器(5)出口连接给水泵(1)进口。
2.如权利要求1所述的一种镁为载体的基于汽轮机的能量转换远传及固碳系统，其特征在于：所述汽轮发电机组为蒸汽朗肯循环系统。
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