[发明专利]产生用于工厂设备的氧气和氢气的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业厂房，例如动力发电厂。本发明涉及产生氧气和氢气以便在动力发电厂，例如整体气化联合循环(IGCC)发电厂中消耗。

背景技术

通常，整体气化联合循环(IGCC)发电厂通过使用气化器将燃料源转换成合成气(例如，一氧化碳和氢气的混合物)。随后可以将此合成气产物提供到燃烧器，所述燃烧器可以燃烧合成气以驱动一个或多个涡轮机。典型的IGCC气化器可以将燃料源(例如，煤浆)与蒸汽和氧气化合，以产生合成气。空气分离单元是IGCC发电厂的主要氧气源。通常，IGCC发电厂可以操作一个或多个空气分离单元，所述空气分离单元可以在冷冻温度下冷凝压缩空气，以便分离空气中的氮气、氧气和其他组分气体。因此，这些空气分离单元通常消耗大量能量。此外，这些空气分离单元可能在每日和每年中的较温暖时期消耗更多能量来冷凝和分离压缩空气。

电解是使用施加电压来断裂一个或多个分子键的过程。例如，可以使用传统电解来通过施加直流电流分裂水分子，以便在阴极收集氢气并且在阳极收集氧气。但是，传统的液态水电解实质上低效(例如，由于竞争性内部反应)、消耗的能量(例如，直流电流)远大于理论上断裂水分子中的氢键和氧键所需的能量。

发明内容

以下概述了与本发明原始主张的权利要求范围一致的一些实施例。这些实施例并不意图限制本发明的范围，相反，这些实施例仅用于提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可以包括可能与下述实施例类似或不同的各种形式。

在一个实施例中，本发明提供一种系统，所述系统包括光电解系统，所述光电解系统具有太阳能收集器，所述太阳能收集器配置用于收集并聚集太阳辐射以加热水、发电或者执行这两者。所述系统还包括电解单元，所述电解单元配置用于使用至少所产生的电力来电解受热水，以产生第一气体混合物和第二气体混合物。所述第一气体混合物包括氧气和蒸汽并且第二气体混合物包括氢气和蒸汽。所述系统进一步包括：第一装置，所述第一装置配置用于接收并使用第一气体混合物；以及氢膜，所述氢膜配置用于接收氢气和蒸汽混合物并将其分离成氢气组分和蒸汽组分。

在另一个实施例中，本发明提供一种方法，所述方法包括通过太阳能收集器收集太阳辐射以及将所述太阳辐射分离成长波长组分和短波长组分。所述方法还包括：使用长波长组分加热水以提供受热水；以及使用短波长组分产生电流。所述方法还包括向受热水施加至少所产生的电流以产生氧气和蒸汽混合物以及氢气和蒸汽混合物。所述方法进一步包括将氧气和蒸汽混合物输送到氧燃烧反应器。

在另一个实施例中，本发明提供一种系统，所述系统包括光电解系统，所述光电解系统配置用于处理太阳辐射和水以提供氧气和蒸汽流以及氢气和蒸汽流。所述系统还包括装置，所述装置配置用于将氢气组分从氢气和蒸汽流中分离并且将氢气组分的至少一部分转换成用于光电解系统的电力。所述系统还包括控制器，所述控制器包括存储器和处理器并且配置用于控制所述光电解系统、所述装置或者这两者的运行。

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：

图1是示意图，示出了根据本发明多个方面的光电解系统的实施例，所述光电解系统提供氧气/蒸汽流以及氢气/蒸汽流，所述氧气/蒸汽流以及氢气/蒸汽流被输送到整体气化联合循环(IGCC)发电厂、化学制造厂和/或炼油厂；

图2是示意图，示出了根据本发明多个方面的整体气化联合循环(IGCC)发电厂的实施例，所述IGCC发电厂从光电解系统接收氧气/蒸汽流以及氢气/蒸汽流；

图3是根据本发明多个方面的流程图，示出了光电解系统借以使用充足日照提供氧气/蒸汽流以及氢气/蒸汽流的过程；以及

图4是根据本发明多个方面的流程图，示出了光电解系统借以使用不充足日照提供氧气/蒸汽流以及氢气/蒸汽流的过程。

具体实施方式

下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了准确描述这些实施例，说明书中可以不描述实际实施方案的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实际实施方案时，均应当做出与实施方案特定相关的各种决定，以实现开发人员的特定目标，例如，是否要遵守与系统相关以及与业务相关的约束，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。另外，应当了解，此类开发工作可能复杂而且耗时，但对所属领域中受益于本发明的普通技术人员而言，这将仍是设计、制造以及生产中的常规任务。