1.一种太阳能制氢合成甲醇的设备,其特征在于,包括:
太阳能聚热系统,用于聚光、集热,为高温水蒸气制备系统提供热能;
高温水蒸气制备系统,用于利用太阳能聚热系统提供的热能制备800℃~900℃的高温水蒸气,该高温水蒸气供应给高温电解制氢系统;
太阳能发电系统,用于利用太阳能发出直流电,供应给高温电解制氢系统;
高温电解制氢系统,利用太阳能发电系统供应的直流电,对高温水蒸气进行电解制氢及制氧,制得的高温氢气输向气体混合装置;
二氧化碳制备系统,用于制备二氧化碳,输向气体混合装置;
气体混合装置,用于将高温氢气及二氧化碳混合成中温气体,输向甲醇合成系统;
甲醇合成系统,用于氢气和二氧化碳在催化剂作用下合成为甲醇水混合气体;甲醇合成系统设有控温装置及控压装置,其中,控温装置用于将甲醇合成系统的合成温度调整为220-260℃,控压装置用于将甲醇合成系统的压力调整为5.5-6.2Mpa;
第一换热器,安装于甲醇合成系统与分子筛膜分离器之间的输送管道上,甲醇水混合气体在第一换热器中,与从水储存罐输送过来的水进行换热,甲醇水混合气体温度降低,液化成甲醇水稀溶液,水的温度升高;
分子筛膜分离器,用于分离甲醇水稀溶液中的水,使甲醇水稀溶液变成甲醇水浓溶液,分离之后的水输送至水储存罐,甲醇水浓溶液输送至甲醇储存罐;
甲醇储存罐,用于储存甲醇水浓溶液;
水储存罐,用于储存水,并接收从分子筛膜分离器分离出来的水;
输送泵,用于将水储存罐中的水泵送至高温水蒸气制备系统。
2.根据权利要求1所述的太阳能制氢合成甲醇的设备,其特征在于:还包括氧气储存罐及第二换热器,所述高温电解制氢系统制得的氧气经第二换热器后储存于氧气储存罐中,所述从水储存罐输送过来的水经第二换热器后输送至高温水蒸气制备系统;在第二换热器中,氧气温度降低,水温度升高。
3.根据权利要求1所述的太阳能制氢合成甲醇的设备,其特征在于:所述高温电解制氢系统设有固体氧化物电解堆,所述直流电为36V。
4.一种太阳能制氢合成甲醇的设备,其特征在于,包括:
太阳能发电系统,用于太阳能发电,供应给高温水蒸气制备系统及高温电解制氢系统;
高温水蒸气制备系统,其内设有利用太阳能供电的电加热器,高温水蒸气制备系统利用电加热器的热能,制备800℃~900℃的高温水蒸气,供应给高温电解制氢系统;
高温电解制氢系统,利用太阳能发电系统供应的直流电,对高温水蒸气进行电解制氢及制氧,制得的高温氢气输向气体混合装置;
二氧化碳制备系统,用于制备二氧化碳,输向气体混合装置;
气体混合装置,用于将高温氢气及二氧化碳混合成中温气体,输向甲醇合成系统;
甲醇合成系统,用于氢气和二氧化碳在催化剂作用下合成为甲醇水混合气体;甲醇合成系统设有控温装置及控压装置,其中,控温装置用于将甲醇合成系统的合成温度调整为220-260℃,控压装置用于将甲醇合成系统的压力调整为5.5-6.2Mpa;
第一换热器,安装于甲醇合成系统与分子筛膜分离器之间的输送管道上,甲醇水混合气体在第一换热器中,与从水储存罐输送过来的水进行换热,甲醇水混合气体温度降低,液化成甲醇水稀溶液,水的温度升高;
分子筛膜分离器,用于分离甲醇水稀溶液中的水,使甲醇水稀溶液变成甲醇水浓溶液,分离之后的水输送至水储存罐,甲醇水浓溶液输送至甲醇储存罐;
甲醇储存罐,用于储存甲醇水浓溶液;
水储存罐,用于储存水,并接收从分子筛膜分离器分离出来的水;
输送泵,用于将水储存罐中的水泵送至高温水蒸气制备系统。
5.根据权利要求4所述的太阳能制氢合成甲醇的设备,其特征在于:还包括氧气储存罐及第二换热器,所述高温电解制氢系统制得的氧气经第二换热器后储存于氧气储存罐中,所述从水储存罐输送过来的水再经第二换热器后输送至高温水蒸气制备系统;在第二换热器中,氧气温度降低,水温度升高。
6.根据权利要求4所述的太阳能制氢合成甲醇的设备,其特征在于:所述高温电解制氢系统设有固体氧化物电解堆,所述直流电为36V。
7.一种太阳能制氢合成甲醇工艺,其特征在于,包括以下工艺步骤:
a.利用太阳能聚热或太阳能发电,使高温水蒸气制备系统工作,制备800℃~900℃的高温水蒸气,并供应给高温电解制氢系统;
b.利用太阳能发电系统为高温电解制氢系统供应直流电,高温电解制氢系统电解高温水蒸气制得氢气及氧气,其中,高温氢气输向气体混合装置;与此同时,利用二氧化碳制备系统制备二氧化碳,输向气体混合装置;
c.在气体混合装置中,高温氢气与二氧化碳混合成中温气体,输向甲醇合成系统;
d.在甲醇合成系统中,将合成温度调整为220-260℃,将压力调整为5.5-6.2Mpa,将气体空速控制在12000-16000h-1,氢气、二氧化碳在催化剂作用下合成为甲醇水混合气体;
e.甲醇水混合气体经第一换热器后,液化甲醇水稀溶液,进入分子筛膜分离器;
f.甲醇水稀溶液经分子筛膜分离器后分离出大量的水,变成甲醇水浓溶液,分离之后的水输送至水储存罐,甲醇水浓溶液输送至甲醇储存罐;
g.水储存罐中的水在输送泵的泵送作用下,经第一换热器升温后,输送至高温水蒸气制备系统,以便制备成高温电解制氢装置所需要的高温水蒸气。
8.根据权利要求7所述的太阳能制氢合成甲醇工艺,其特征在于:所述高温电解制氢系统设有固体氧化物电解堆SOEC,固体氧化物电解堆SOEC的阴极材料为Ni,阳极材料为LaMnO3,电解质为掺杂Sc2O3的ZrO2,电解温度为800℃~900℃,电解压力为5.5-6.2Mpa,电解直流电压为36V;高温电解制氢系统还设有用于磁化高温水蒸气的磁化装置。
9.根据权利要求7所述的太阳能制氢合成甲醇工艺,其特征在于:所述甲醇合成系统使用的催化剂为CuO及ZnO组成的双组分催化剂,其重量百分比为50:50。
10.根据权利要求7所述的太阳能制氢合成甲醇工艺,其特征在于:在步骤g 中,水储存罐中的水在经过第一换热器后,再经第二换热器输送至高温水蒸气制备系统,所述步骤b中制得的高温氧气经第二换热器后储存于氧气储存罐中。