[发明专利]联合绿氢与CO2

说明书

本发明提供了一种联合绿氢与COsubgt;2/subgt;资源化利用的燃煤富氧燃烧发电系统及方法，该系统包括电解池、燃煤锅炉、COsubgt;2/subgt;提纯装置、透平‑发电机、再热器、换热器、冷却器、压缩机以及COsubgt;2/subgt;加氢反应器。本系统有机联合燃煤富氧燃烧、热功转化与电解水制氢、COsubgt;2/subgt;加氢反应等物质与能量转化过程，涉及最大化耦合利用其中的化学势与热能能势，进行电‑热‑碳氢燃料多联产，实现高效率发电、低碳排放与COsubgt;2/subgt;资源化利用兼容协同。通过热量梯级利用，降低电解水制氢的电量需求、回收COsubgt;2/subgt;加氢反应放出的热量加热做功工质、利用电解水制氢的副产品氧气进行富氧燃烧，从而减少COsubgt;2/subgt;提纯能耗、提高系统整体能效水平。

技术领域

本发明属于能源综合应用技术领域，尤其涉及一种联合绿氢与CO₂资源化利用的燃煤富氧燃烧发电系统及方法。

背景技术

为应对气候变化，减少能源系统的二氧化碳排放已成为人类社会共识。甲烷、煤炭、石油等化石燃料由于能量质量密度高、稳定性与可控性好，将会作为能源体系不可或缺的一部分发挥作用，如何有效减少化石燃料燃烧利用的二氧化碳排放对控制整个社会二氧化碳总排放有重要作用。目前，减少化石燃料燃烧利用二氧化碳排放的技术主要有燃烧后通过化学吸收或物理吸附方法将二氧化碳吸收分离，由于烟气中二氧化碳体积分数低，这类捕集系统庞大，分离解析能耗较高（供电效率降低10-15%）；燃烧前通过空气分离装置对空气进行处理、分离出氧气，将氧气作为助燃剂，化石燃料进行富氧燃烧，提高烟气中二氧化碳的浓度、降低二氧化碳分离难度，但是空气分离装置的能耗也十分高。煤炭等化石燃料热力循环如何能实现高效率发电、低碳排放与碳资源化利用的多目标兼容是能源领域的一个难题。

当前化石燃料热力循环为了实现高效率发电、二氧化碳减排与二氧化碳资源化利用等多目标，通常采用“先高效发电、再减碳排放、最后碳资源化利用”的“串联链式”系统形式，这限制了化石燃料热力循环实现高效、低碳和资源化利用的兼容协同发展。另一方面，随着风光发电等可再生能源的发展，利用风光发电难以上网的富余电能电解水，将电能转化为氢能储存也得到关注，但是电解水制氢的副产品氧气并未得到充分利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联合绿氢与CO₂资源化利用的燃煤富氧燃烧发电系统及方法，其可以最大化耦合利用燃煤热力循环中的化学势与热能能势，实现电-热-醇的多联产。

本发明是这样实现的，一种联合绿氢与CO₂资源化利用的燃煤富氧燃烧发电系统，包括电解池、燃煤锅炉、CO₂提纯装置、透平-发电机、再热器、换热器、冷却器、压缩机以及CO₂加氢反应器；

所述电解池用于供水发生水电解反应产生氢气与氧气，其氧气输出端口连接所述燃煤锅炉的氧气输入端口，作为助燃剂；所述电解池的氢气输出端口连接所述CO₂加氢反应器的氢气输入端口；

所述燃煤锅炉用于供氧气与煤炭进行富氧燃烧，产生包含水蒸气和CO₂的高温烟气，其烟气输出端口连接所述CO₂提纯装置的烟气输入端口，其做功工质输出端口连接所述透平-发电机的做功工质输入端口；

所述CO₂提纯装置用于冷凝分离CO₂与水蒸气，其CO₂输出端口输出的CO₂成两股，一股回流到所述燃煤锅炉中参与燃烧，另一股输送至所述CO₂加氢反应器的CO₂输入端口；

所述CO₂加氢反应器用于供氢气与CO₂进行加氢反应，生成碳氢化合物；