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CN105804808A - 一种超临界流体新能源的方法和系统 - Google Patents

一种超临界流体新能源的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超临界流体新能源的生产方法和系统，空气管路经空气过滤器、压缩机出口连接到制氧单元，制氧单元连接到氧气储罐。氧气储罐和燃料储仓连接到燃烧室，燃烧室通过蒸汽锅炉连接到超临界流体储存单元。生产过程为：⑴空气经过滤和压缩后制备成浓度为80～99.9%（v）的氧气存入氧气储罐；⑵燃料和氧气燃烧产生高温高压超临界流体；⑶高温高压超临界送入超临界流体新能源储存单元储存备用；⑷蒸汽锅炉产生的蒸汽推动汽轮机做功驱动空分制氧单元的空压机压缩空气；⑸乏汽冷凝后经水泵加压送回换热锅炉发生蒸汽。本发明拓宽了超临界二氧化碳的利用潜力，有效的存储并利用二氧化碳储存的能量，实现了能量的灵活调节利用。

Description

一种超临界流体新能源的方法和系统
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及一种新能源的制备技术，具体涉及一种超临界流体新能源的生产方法和系统。
背景技术
传统能源如煤炭、石油、天然气、水能、木材等，是不可再生的有限资源，随着现在经济和社会的发展，煤炭和石油资源越来越少，如何降低煤炭以及石油的使用量，减少煤炭以及石油的使用对环境的破坏及污染是目前需要解决的一个问题。传统能源在利用时，大多是通过燃烧，在燃烧的过程中，产生各种不同的气体、烟尘微粒，污染的空气、水源，特别是排放的温室气体，使全球气候变暖，对人类的生活环境影响较大。开发使用新能源是我国走可持续发展道路的必然选择，越来越多的新能源在不断的被开发利用。
超临界流体（supercriticalfluid）是指温度及压力均处于临界点以上的液体，具有许多独特的性质。纯净物质在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的温度即被称之为临界温度Tc；而在临界温度下，气体能被液化的最低压力称为临界压力Pc。在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。当物质所处的温度高于临界温度，压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。
二氧化碳是一种无毒、不易燃、密度高、临界点适宜(临界温度Tc＝31.1℃，临界压力Pc＝7.38*106Pa)的流体，具有较好的流动性和传输特性，常被用于制冷、化工等领域，将二氧化碳作为介质，制备成超临界流体新能源尚待开发。
发明内容
本发明提供一种超临界流体新能源的生产方法，拓宽超临界二氧化碳的利用潜力，本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的超临界流体新能源的生产系统。
本发明的技术方案是：超临界流体新能源的生产方法，生产过程如下：
⑴空气进入空气过滤器过滤，过滤后空气经空压机压缩后在制氧单元制备成浓度为80～99.9%（v）的氧气存入氧气储罐；
⑵燃料储仓中的燃料进入燃烧室燃烧器的燃料入口，二氧化碳管路来的二氧化碳和氧气按体积比0:1～10:1混合后进入燃烧器助燃气体入口，进行燃烧产生500～3000℃、7.4～50MPa的超临界流体；
⑶所述高温高压超临界流体经蒸汽锅炉发生蒸汽放出热量，使高压超临界流体温度降为80～700℃、7.4～50MPa，送入超临界流体储存单元储存备用；
⑷蒸汽锅炉发生的蒸汽到汽轮机做功，驱动压缩机压缩空气；
⑸汽轮机做功后的乏汽到冷凝器冷凝后经水泵加压到蒸汽锅炉发生蒸汽。
燃料储仓的燃料为焦炉煤气、液化石油气、天然气或燃料枫，或其它碳基燃料的一种或多种混合。燃料枫为灰分含量小于0.01%（wt）的碳粉，当采用枫燃料及不含氢元素的含碳物质作为燃料时，产生的超临界流体为不含水的超临界二氧化碳。压缩后的空气在制氧单元进行预冷，除去水分、二氧化碳和碳氢化合物，经膨胀制冷冷却后，经低温精馏系统分离得到纯净的氧气。
本发明超临界流体新能源的生产系统，包括空气过滤器、制氧单元、氧气储罐、燃料储仓、燃烧室和空气管路，燃烧室设有燃烧器。系统设有空压机、超临界流体新能源储存单元、冷凝器、蒸汽锅炉和水泵，蒸汽轮机与空压机同轴连接。空气管路经空气过滤器连接到空压机，空压机出口连接到制氧单元，制氧单元通过氧气管路连接到氧气储罐。氧气储罐和燃料储仓连接到燃烧室的燃烧器，燃烧室通过蒸汽锅炉连接到超临界流体新能源储存单元。蒸汽锅炉的蒸汽出口连接到汽轮机入口，汽轮机出口通过冷凝器连接到水泵入口，水泵出口连接到蒸汽锅炉的水入口。
系统设有二氧化碳管路，二氧化碳管路连接到燃烧器的循环工质入口，氧气管路和二氧化碳管路设有调节阀。燃料储仓设有燃料入口。制氧单元设有预冷器、膜分离器和精馏塔。系统设有压气机、二氧化碳泵、换热器、冷却器、脱水罐和超临界流体汽轮机。燃料储仓经压气机连接到燃烧器的燃料入口，燃烧室出口的一路连接到超临界流体汽轮机，超临界流体汽轮机与压气机同轴连接。超临界流体汽轮机出口通过换热器、冷却器和脱水罐连接到二氧化碳泵入口，二氧化碳泵出口连接到燃烧器的助燃气体入口。
超临界流体新能源储存单元的高温高压超临界流体用作推动膨胀机、燃气轮机、汽轮机、烟气轮机或活塞式发动机进行机械做功的动力，或用于驱动交通工具行驶，所述交通工具为汽车、轮船、飞机和电动车。
本发明超临界流体新能源的生产方法和系统，拓宽了超临界二氧化碳的利用潜力，有效的存储并利用二氧化碳储存的能量，实现了能量的灵活调节利用。利用二氧化碳进行储能，相比其他介质效率更高，安全更好。
附图说明
图1为本发明超临界流体新能源生产系统流程示意图；
图2为本发明另一实施方案的流程示意图；
其中：1—空压机、2—汽轮机、3—制氧单元、4—氧气储罐、5—燃料储仓、6—燃烧室、7—蒸汽锅炉、8—超临界流体储存单元、9—冷凝器、10—水泵、11—调节阀、12—燃料入口、13—空气管路、14—空气过滤器、15—压气机、16—二氧化碳泵、17—换热器、18—冷却器、19—脱水罐、20—超临界流体汽轮机。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明超临界流体新能源的生产系统如图1所示，包括空气过滤器14、制氧单元3、氧气储罐4、燃料储仓5、燃烧室6、空气管路13、压缩机1、超临界流体新能源储存单元8、冷凝器9、蒸汽锅炉7和水泵10。燃烧室设有燃烧器，燃料储仓设有燃料入口12，汽轮机与压缩机同轴连接。空气管路经空气过滤器连接到压缩机，压缩机出口连接到制氧单元，制氧单元通过氧气管路连接到氧气储罐。氧气储罐和燃料储仓连接到燃烧室的燃烧器，燃烧室通过蒸汽锅炉连接到超临界流体新能源储存单元。蒸汽锅炉的蒸汽出口连接到蒸汽轮机入口，蒸汽轮机出口通过冷凝器连接到水泵入口，水泵出口连接到蒸汽锅炉的水入口。系统设有二氧化碳管路，二氧化碳管路连接到燃烧器的助燃空气入口，氧气管路和二氧化碳管路设有调节阀11。制氧单元设有预冷器、膜分离器和精馏塔。
超临界流体新能源的生产程为：
⑴空气进入空气过滤器14过滤，过滤后空气经空压机1压缩后在制氧单元3进行预冷，除去水分、二氧化碳和碳氢化合物，经膨胀制冷冷却后，经低温精馏系统分离得到浓度为80～99.9%（v）的氧气存入氧气储罐4；
⑵燃料储仓5中的燃料进入燃烧室6燃烧器的燃料入口，氧气和二氧化碳管路来的二氧化碳按体积比1:0.5混合后进入燃烧器助燃气体入口，进行燃烧产生1000℃、28MPa的高压二氧化碳；
⑶高压超临界流体经蒸汽锅炉7发生蒸汽放出热量，使高压二氧化碳温度降为300℃、20MPa，送入超临界二氧化碳储存单元8储存备用；
⑷蒸汽锅炉发生的蒸汽到汽轮机2做功，驱动压缩机压缩空气；
⑸汽轮机做功后的乏汽到冷凝器9冷凝后经水泵加压到蒸汽锅炉发生蒸汽。
高温高压的超临界流体用作推动膨胀机、燃气轮机、汽轮机、烟气轮机或活塞式发动机进行机械做功的动力，或用于驱动交通工具行驶，所述交通工具为汽车、轮船、飞机和电动车。
实施例2
本发明另一实施方式如图2所示，系统设有压气机15、二氧化碳泵16、换热器17、冷却器18、脱水罐19和超临界流体汽轮机20。燃料储仓5经压气机连接到燃烧器的燃料入口，燃烧室出口的一路连接到超临界流体汽轮机，超临界流体汽轮机与压气机同轴连接。超临界流体汽轮机出口通过换热器、冷却器和脱水罐连接到二氧化碳泵入口，二氧化碳泵出口连接到燃烧器的助燃气体入口。燃料储仓5的燃料为枫，燃烧室出口的一部分超临界流体驱动超临界流体汽轮机转动，带动压气机转动，为燃烧室燃料枫加压，进入燃烧室燃烧。做功后的超临界流体经换热器换热和冷却器冷却后，到脱水罐脱去水分。脱水后的二氧化碳经加压后再经换热器换热，经换热提高温度的二氧化碳返回燃烧器的助燃空气入口。其它流程及操作与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种超临界流体新能源的生产方法，生产过程如下：
⑴空气进入空气过滤器（14）过滤，过滤后空气经空压机（1）压缩后在制氧单元（3）制备成浓度为80～99.9%（v）的氧气存入氧气储罐（4）；
⑵燃料储仓（5）中的燃料进入燃烧室（6）燃烧器的燃料入口，二氧化碳管路来的二氧化碳和氧气按体积比0:1～10:1混合后进入燃烧器助燃气体入口，进行燃烧产生500～3000℃、7.4～50MPa的超临界流体；
⑶所述高温高压超临界流体经蒸汽锅炉（7）发生蒸汽放出热量，使高压超临界流体温度降为80～700℃、7.4～50MPa，送入超临界流体储存单元（8）储存备用；
⑷蒸汽锅炉发生的蒸汽到汽轮机（2）做功，驱动压缩机压缩空气；
⑸汽轮机做功后的乏汽到冷凝器（9）冷凝后经水泵加压到蒸汽锅炉发生蒸汽。
2.根据权利要求1所述的超临界流体新能源的生产方法，其特征是：所述燃料储仓（5）的燃料为为焦炉煤气、液化石油气、天然气或燃料枫，或其它碳基燃料的一种或多种混合；燃料枫为灰分含量小于0.01%（wt）的碳粉，当采用枫燃料及不含氢元素的含碳物质作为燃料时，产生的超临界流体为不含水的超临界二氧化碳。
3.根据权利要求1所述的超临界流体新能源的生产方法，其特征是：所述压缩后的空气在制氧单元进行预冷，除去水分、二氧化碳和碳氢化合物，经膨胀制冷冷却后，经低温精馏系统分离得到纯净的氧气。
4.一种超临界流体新能源的生产系统，包括空气过滤器（14）、制氧单元（3）、氧气储罐（4）、燃料储仓（5）、燃烧室（6）和空气管路（13），所述燃烧室设有燃烧器；其特征是：所述系统设有空压机（1）、超临界流体储存单元（8）、冷凝器（9）、蒸汽锅炉（7）和水泵（10），汽轮机与空压机同轴连接；所述空气管路经空气过滤器连接到空压机，空压机出口连接到制氧单元，制氧单元通过氧气管路连接到氧气储罐；所述氧气储罐和燃料储仓连接到燃烧室的燃烧器，所述燃烧室通过蒸汽锅炉连接到超临界流体储存单元；所述蒸汽锅炉的蒸汽出口连接到汽轮机入口，汽轮机出口通过冷凝器连接到水泵入口，水泵出口连接到蒸汽锅炉的水入口。
5.根据权利要求4所述的超临界流体新能源的生产系统，其特征是：所述系统设有二氧化碳管路，所述二氧化碳管路连接到燃烧器的助燃气体入口；所述氧气管路和二氧化碳管路设有调节阀（11）。
6.根据权利要求4所述的超临界流体新能源的生产系统，其特征是：所述燃料储仓设有燃料入口（12）。
7.根据权利要求4所述的超临界流体新能源的生产系统，其特征是：所述制氧单元设有预冷器、膜分离器和精馏塔。
8.根据权利要求4所述的超临界流体新能源的生产系统，其特征是：所述系统设有压气机（15）、二氧化碳泵（16）、换热器（17）、冷却器（18）、脱水罐（19）和超临界流体汽轮机（20），所述燃料储仓（5）经压气机连接到燃烧器的燃料入口，所述燃烧室出口的一路连接到超临界流体汽轮机，超临界流体汽轮机与压气机同轴连接；所述超临界流体汽轮机出口通过换热器、冷却器和脱水罐连接到二氧化碳泵入口，二氧化碳泵出口连接到燃烧器的助燃气体入口。
9.根据权利要求4所述的超临界流体新能源的生产系统，其特征是：所述超临界流体储存单元（8）的高温高压超临界流体用作推动膨胀机、燃气轮机、汽轮机、烟气轮机或活塞式发动机进行机械做功的动力，或用于驱动交通工具行驶，所述交通工具为汽车、轮船、飞机和电动车。
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