利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法、及装置制造方法及图纸

在引入可再生能源的过程中，最大的困扰问题是风电能和太阳能不可避免会产生过剩现象，以及交替出现供电缺口，而发电设备的电能储存能力有限。本发明专利技术描述了电能的生产和存储的详细过程，在此过程中，包括气体的渗透阶段和电能的存储阶段，发电厂内的合成气体在渗透阶段内通过燃烧而产生电能，在电能的存储阶段中，合成气体与额外添加的氢气会化合产生甲烷。由此产生的甲烷会被导入并且存储在天然气管道中，而对于从合成气体中制造甲烷所必需的氢气，则通过电解水产生。所述合成气体应当优先通过干馏焦炭或者原煤产生。所述制造甲烷的过程，无论是从煤炭还是过剩的风能或者太阳能，都不会对气候造成破坏。所产生的甲烷属于混合型甲烷，其中的碳元素来自于化石类燃料，而氢元素则来自于风能和太阳能。电能将被输电系统吸收，由煤炭额外产生的甲烷具备了天然气的特征，将被储存在输气管道中。在所述存储阶段内被存储的甲烷，或者与其同等热值的天然气可以在之后的渗透阶段中再次被天然气管道吸收，并且被输送到燃气发电厂。

Method and device for producing and storing methane by utilizing coal and electricity

In the process of introducing renewable energy sources, the biggest problem is that wind power and solar energy will inevitably lead to excess phenomena, as well as alternating power supply gap, while the energy storage capacity of power generation equipment is limited. The invention describes in detail the process of production and storage of electric energy, in this process, including gas infiltration and electric energy storage phase, synthesis gas power plant to generate electricity by burning and penetration in the stage, in the storage stage, electricity, gas and synthetic extra added hydrogen. Methane production. The resulting methane will be introduced and stored in natural gas pipelines, and hydrogen necessary for the production of methane from the syngas will be produced by electrolysis of water. The synthetic gas shall be produced preferentially through dry distillation of coke or raw coal. The process of making methane, whether from coal or excess wind or solar energy, does not cause damage to the climate. The methane produced belongs to mixed methane, in which the carbon comes from fossil fuels, while hydrogen comes from wind and solar energy. The electric energy will be absorbed by the transmission system, and the additional methane produced by the coal will have the characteristics of natural gas and will be stored in the gas pipeline. Methane stored in the storage phase, or natural gas with the same calorific value, may be absorbed again by the gas pipeline in subsequent infiltration stages and transported to the gas power plant.

【技术实现步骤摘要】
利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法、及装置本申请为以申请日为2013年3月12日、申请号为201380029047.4、名称为“水力发电站”的专利技术专利为母案进行的分案申请。在天然能利用过程中，最大的问题是因为自然条件而产生了过剩的风能和太阳能。目前业内已达成共识，仅仅通过电力手段不能找到相应的解决办法。作为出路，多余的电能可以用来电解水来制造氢气。氢气可以被导入进天然气中，并且与天然气混合在一起共同输送。但是这样又遇到了另一个问题：氢气和天然气的基本物理特征和燃烧特性区别明显。从体积上看，天然气的密度是氢气的八倍，热值是氢气的三倍，而且在燃烧过程中的耗氧量是氢气的四倍。波动的风能和太阳能在电解作用下，也会产生波动的氢气流，并且当氢气流被引入天然气之后，就会产生波动的混合气流。这种类型的氢气和天然气的混合气体，其存储、运输以及使用方法，在已经公布的专利《DE102010020762A1》(可再生能源的运输和稳定)以及专利《DE102010031777A1》(氢气在天然气容器中的存储)。此外，在所述专利中，对于如何稳定可再生能源，也描述了一个通用的方法。这些方法对于所述波动型的混合气体推向市场也是一种障碍。还有另外一种方法输送氢气，即通过化学方法将氢气和二氧化碳合成为甲烷。甲烷差不多就是天然气的主要成分，因此可以没有障碍地存储在气体管道中。有许多项目都和这个课题有关。这里所说的二氧化碳，可以从火力发电厂的燃烧废气中分离而得到，或者从沼气中分离得到。从沼气中分离二氧化碳的工艺对原材料并没有详细的描述；二氧化碳从燃烧废气中的分离直至存储工艺，由于缺少大众的认可，因此前景如何，还是个未知数。从经济性角度看，为了运用过剩的可再生能源，可以选用传统的碳化学反应，即煤炭和水(碳元素以及水道德摩尔比为1:1之间的反应，按照化学反应式1)，在高压和高温下，产生一氧化碳和氢气。氢气和一氧化碳以相同摩尔比构成的混合气体，在下文简称为“合成气体”。然后再通过风能和太阳能按照化学反应式3进行电解水，从而制造氢气，并且按照两倍的摩尔比，将电解水而产生的氢气导流进“合成气体”中。接着按照以化学家“萨巴捷”命名的化学反应，制造甲烷和水，两者的摩尔比为1:1(参见化学反应式2)。化学反应式1.)C+H2O＝CO+H2化学反应式2.)(CO+H2)+2H2＝CH4+H2O化学反应式3.)2H2O＝2H2+O2上文描述的方法，通过煤炭以及过剩的风能和太阳能生产出不影响气候的甲烷。此类甲烷属于混合型甲烷，其使用的碳元素来自于化石类能源，而氢元素则来自于风能和太阳能。在化学平衡中，供电网释放电能，并且通过添加煤炭产生甲烷，此类甲烷具备了天然气的特征(下文称为“混合甲烷”)，并且被引入输气管道。煤炭则是存储能量的载体。按照所述化学反应式1至3产生的含有混合甲烷的合成气体，被输送到蓄能发电设施之后，将进行渗透和燃烧(即按照化学反应式4进行燃烧反应)。合成气体和天然气混合后通过燃烧反应(按照化学反应式5)，会产生重要的合成效应。化学反应式4.)CO+H2+O2＝CO2+H2O化学反应式5.)CH4+2O2＝CO2+2H2O下文还将多次提及上面描述过的化学反应式1至5，这五个化学反应式分别被缩写为Rk.l至Rk.5。除了煤炭之外，其它含有碳元素的化合物(优先选择来自于植物)也可用来生产所述合成气体。这里所说的植物原料，诸如树木，其最大含量的成分的就是碳水化合物，而碳水化合物中的碳和水经过反应后可以产生氢气和一氧化碳。由于一氧化碳含有毒性，在通过电解水生产含有一氧化碳的合成气体的同时，必须严格按照化学反应式2规定的数量(按照剂量对称的原理)生产。为了保护人员的安全，即使按照化学反应式1和2生产，也必须避免生产或聚积过多量的一氧化碳。所述专利技术的主要内容，在于利用碳元素以及来自于供电网络的过剩电能，制造甲烷，并且通过电解水制造氢气，然后将甲烷与氢气混合，最终产生氢气和一氧化碳的混合气体。这类混合气体就是通过转化煤炭或者含碳化合物与水蒸气混合，并按照化学均衡对称的剂量直接生成合成气体，其中的主要成分甲烷将被导入天然气输送管道中。为了避免一氧化碳被导入气体输送管道，需要注意的是，所有一氧化碳必须彻底转化为混合型甲烷，或者混合型甲烷中分解出的一氧化碳，在被导入输气管道之前，必须被充分燃烧。建议在将混合型甲烷导入输气管道之前，对其中未彻底反应掉的一氧化碳的含量进行检测。一氧化碳彻底地转化为混合型甲烷，也可以降低对氢气的损耗量。过剩的氢气可以被保存在混合型甲烷中。按照现行标准，被导入天然气输气管的甲烷，其中的氢气含量最大允许比例5％(今后计划许可至10％).因此，所述专利技术还包含一项内容，即被导入进输气管道的混合型甲烷，可以含有最高10％的氢气。按照本项专利技术设计的工艺，供电网络中过剩的风能或者太阳能，可以得到较大程度的吸收，并且在添加煤炭之后，可以转化为甲烷，并导入进供电网络中。本项专利技术的前提是，不仅要求设备具有较高的容量，而且要求与供电和输气管道相连。对于设备，已经考虑到了必要的容量。此外，在电路系统中，设备应当与高电压网络相连，在气路系统中，设备必须与高气压网络(远程供气网络)相连。为了满足这一要求，除了相关的输送管道之外，还需要额外投资变压器以及气体压缩机。但是，在按照本相专利技术设计的工艺中，如果设备和燃气发电机相连，那么所述额外的投资就可以节省。在燃气发电设施内，设备可以连接到高压输电网络上，也可以和天然气输气网络相连。涡流中的电能在转换为高压之后，会被导入进高压输电网络中。此外，电能也可以从高压网络中降为低压，以供电解反应需要。本项专利“蓄能发电设施将煤炭(碳)元素转换为甲烷”，包含以下诸项设备，在各项设备中，则发生了后面各自括号内标注的化学反应。1.发电设施/燃气发电设施(可选化学反应式4以及/或者5)2.煤炭干馏设备，以及合成气体的生产设备。(化学反应式1)3.电解设备，用于将电能转换为氢气(化学反应式3)4.氢化设备，用于氢化一氧化碳，使其转化为氢化甲烷(化学反应式2)5.高压输电网的接口，并且配有变压器。6.天然气输气网络的接口。在使用所述设备时，在不同的、交替出现的运行阶段，会遇到能量运用方面两个最大的挑战：如何充分利用过剩的能量，以及在供电电能不稳定的情况下，如何让供电网络的电流保持稳定。●在一种运行阶段(在专利中称为第一阶段)，使用燃气发电设施(1)，从而当风能和太阳能等自然原因导致供电缺口时，可以弥补这一缺口，或者可以让供电网络稳定。混合型甲烷或者与其热值等效的天然气或者合成气体，从输气网络(6)中被送出或者溢出，电能通过变压器被输进供电网络(5)中。设备中的部件2至4，不处于运行状态。●在另一种运行阶段(在专利中成为第二阶段)，供电网络5中释放出(过剩的)电能，并且在3中被转化为氢气。按照本项专利技术，在2中从煤炭等原材料生产的合成气体，与氢气在4中共同反应形成氢化甲烷。电流从供电网络(5)中被释放出，氢化甲烷被导入进天然气管道(6)中。设备1(发电设施)此时不处于运行状态。通过本阶段，混合型甲烷可以将过剩的电能结合煤炭的燃烧值，以天然气或者同等燃烧值气体的形式，存储在输气管道中，在需要时释放到发电设施。这样就可以定义出蓄能型发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法，其特征在于，煤碳被气化生成合成气体，合成气体包括一氧化碳，所述一氧化碳与附加的氢反应生成甲烷，所述附加的氢为通过供电网络获取的电能对水进行电解产生的氢；生成的甲烷被送入并存储于天然气输气管道中，并在天然气输气管道中传输。

【技术特征摘要】
2012.04.10 DE 1020120071361;2012.04.24 DE 102012001.一种利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法，其特征在于，煤碳被气化生成合成气体，合成气体包括一氧化碳，所述一氧化碳与附加的氢反应生成甲烷，所述附加的氢为通过供电网络获取的电能对水进行电解产生的氢；生成的甲烷被送入并存储于天然气输气管道中，并在天然气输气管道中传输。2.根据权利要求1所述的利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法，其特征在于，被存储的甲烷或同等热值的天然气从天然气输气管道中被提取出来，并在甲烷合成之处重新转换为电能，基于电解利用的电能来说，所述甲烷重新转换为电能的利用率为75-90％。3.根据权利要求1所述的利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法，其特征在于，二氧化碳从天然气燃烧产生的烟尘中分离并存储，存储的二氧化碳与电解产生的氢重新反应形成甲烷，形成的甲烷被送回到天然气输气管道中。4.根据权利要求1所述的利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法，其特征在于，煤炭在隔离空气的条件下被焦化形成焦炭，焦炭随后被气化形成合成气体，氢从煤炭焦化得到的焦炭炉气体中分离，分离的氢被加入形成的合成气体中，然后合成气体再与电解产生的额外的氢反应，生成甲烷。5.根据权利要求1所述的利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方法，其特征在于，生成的甲烷被分配到储能电站和燃气发电站，从煤炭中产生的合成气体既用于与被存储的电能生产甲烷，也用于在电厂燃烧室燃烧以产生电能。6.根据权利要求1所述的利用煤炭和电力作用生产和存储甲烷的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·维尔纳·迪特里希，
申请(专利权)人：卡尔·维尔纳·迪特里希，
类型：发明
国别省市：德国,DE