用太阳能将二氧化碳转化为烃类燃料的工艺，该工艺包括以下步骤: 用多个定日镜接收直射阳光，并且将所述直射阳光以反射阳光的形式由所述定日镜反射到塔接收器上，其中所述反射阳光加热所述塔接收器内的导热流体； 在蒸汽发生器内将水流转化为所得蒸汽流，其中所述导热流体为所述蒸汽发生器供执.将所得蒸汽流供入汽轮机中，其中所述汽轮机将所得蒸汽流中的热能转化为机械能，从而驱动发电机发电； 通过转移来自所述导热流体的热能加热燃料原料流从而产生加热的燃料原料流，使得所述加热的燃料原料流达到650°C至800°C之间的温度； 将所述加热的燃料原料流供入合成气制备单元，其中所述加热的燃料原料流包含二氧化碳和水，其中所述二氧化碳是从烟道气流中捕集的； 在合成气制备单元中将所述加热的燃料原料流中的二氧化碳和水转化为一氧化碳和氢气以制备合成气流，其中所述合成气制备单元包括固体氧化物电解质； 将所述合成气流供入催化反应器，其中所述催化反应器在催化剂的存在下运行；以及 在所述催化反应器中将所述合成气流转化为烃类燃料流。2.如权利要求1所述的工艺，其中所述合成气制备单元包括固体氧化物电解池，其中所述固体氧化物电解池包括多孔阴极、所述固体氧化物电解质和多孔阳极。3.如权利要求2所述的工艺，其中在所述合成气制备单元中将所述加热的燃料原料流中的二氧化碳和水转化为一氧化碳和氢气的步骤还包括以下步骤: 向所述固体氧化物电解池的所述多孔阴极供电； 使所述多孔阴极与所述加热的燃料原料流接触； 还原所述二氧化碳以产生一氧化碳和氧离子，其中所述氧离子通过所述多孔阴极到达所述固体氧化物电解质； 还原所述水以产生氢和氧离子，其中所述氧离子通过所述多孔阴极到达所述固体氧化物电解质； 所述氧离子扩散通过所述固体氧化物电解质到达所述多孔阳极； 所述氧离子在所述多孔阳极释放电子，从而形成氧分子以产生氧气流。4.如权利要求1所述的工艺，其中所述合成气制备单元包括固体氧化物燃料电池，其中所述固体氧化物燃料电池包括多孔阳极、所述固体氧化物电解质和多孔阴极。5.如权利要求4所述的工艺，其中在所述合成气制备单元中将所述加热的燃料原料流中的二氧化碳和水转化为一氧化碳和氢气的步骤还包括以下步骤: 向所述加热的燃料原料流中加入气态烃，其中所述气态烃； 将所述加热的燃料原料流供应至所述固体氧化物燃料电池的多孔阳极； 对所述加热的燃料原料流中的水和气态烃进行重整以产生一氧化碳和氢气； 对所述加热的燃料原料流中的二氧化碳和气态烃进行重整以产生一氧化碳和氢气； 对来自所述固体氧化物燃料电池的多孔阴极上的氧供料的氧进行还原以产生氧离子; 所述氧离子扩散通过所述固体氧化物电解质到达所述多孔阳极； 在所述多孔阳极用氧离子氧化氢气产生水和电子； 在所述多孔阳极用氧离子氧化甲烷以产生一氧化碳、氢气和电子；以及 将所述电子供应至变电站，其中所述变电站被构造为将来自所述合成气制备单元的电子与由所述发电机产生的电结合。6.如权利要求5所述的工艺，其中所述气态烃包括甲烷。7.如权利要求1所述的工艺，还包括以下步骤: 将所述烃类燃料供应至发电厂供其消耗。8.一种利用太阳能将二氧化碳转化为烃类燃料的系统，该系统包括: 太阳能热发电系统，该系统被构造为将太阳能转化为热能和电，所述太阳能热发电系统与合成气制备单元热连通，其中所述合成气制备单元被构造为接收来自所述太阳能热发电系统的热能； 所述合成气制备单元包括燃料侧以及氧气侧，所述燃料侧包括燃料入口以接收燃料原料流和燃料出口以接收合成气流，所述氧气侧包括氧气出口以接收氧气流， 其中所述燃料原料流包括二氧化碳和水， 其中所述合成气制备单元被构造为将二氧化碳和水转化为一氧化碳和氢气，所述一氧化碳和氢气能够有效地形成所述合成气流；以及 催化反应器，其与所述合成气制备单元的燃料侧流体连通，所述催化反应器被构造为将所述合成气制备单元的燃料侧的合成气流转化为烃类燃料流，所述催化反应器包括反应器床，所述反应器床包括催化剂和分配器，其中所述催化反应器被构造为在250°C至650°C下运行。9.如权利要求8所述的系统，其中所述合成气制备单元包括固体氧化物电解池。10.如权利要求9所述的系统，其中所述固体氧化物电解池包括: 多孔阴极，其与所述合成气制备单元的燃料侧流体连通，所述多孔阴极具有所述多孔阴极的燃料侧和电解质侧，所述燃料侧被构造为将电子转移至所述燃料原料流，从而产生一氧化碳、氢气和氧离子，以及所述电解质侧被构造为将所述氧离子释放到固体氧化物电解质中， 其中所述多孔阴极被构造为允许氧离子通过； 多孔阳极，其与所述合成气制备单元的氧气侧流体连通，所述多孔阳极包括电解质侧和出口侧，所述电解质侧被构造为接收来自所述固体氧化物电解质的氧离子，所述出口侧被构造为将氧离子转化为氧分子以形成氧气流， 其中所述多孔阳极被构造为允许氧离子通过； 固体氧化物电解质，所述固体氧化物电解质位于所述多孔阴极和多孔阳极之间，其中所述固体氧化物电解质被构造为允许氧离子通过；以及 电子供应，其中来自所述太阳能热发电系统的电流为所述多孔阴极提供电子供应，并接受来自所述多孔阳极的电子。11.如权利要求8所述的系统，其中所述合成气制备单元包括固体氧化物燃料电池，并且其中所述燃料原料流还包括气态烃。12.如权利要求11所述的系统，其中所述气态烃包括甲烷。13.如权利要求12所述的系统，其中所述固体氧化物燃料电池包括: 多孔阳极，其与所述合成气制备单元的燃料侧流体连通，所述多孔阳极包括所述多孔阳极的燃料侧和电解质侧，所述多孔阳极的燃料侧被构造为接受电子，使得甲烷经过氧化反应产生一氧化碳、氢气和电子，所述电解质侧被构造为接受来自固体氧化物电解质的氧离子， 其中所述多孔阳极被构造为允许氧离子通过， 其中甲烷和水在所述多孔阳极的燃料侧的存在下反应产生一氧化碳和氢气，以及 其中甲烷和二氧化碳在所述多孔阳极的燃料侧的存在下反应产生一氧化碳和氢气； 多孔阴极，其与所述合成气制备单元的氧气侧流体连通，所述多孔阴极包括出口侧和电解质侧，所述出口侧被构造为将氧气转化为氧离子，所述电解质侧将氧离子释放到所述固体氧化物电解质， 其中所述多孔阴极被构造为以允许氧离子通过；以及 固体氧化物电解质，所述固体氧化物电解质位于所述多孔阴极和多孔阳极之间，其中所述固体氧化物电解质被构造为允许氧离子通过。14.如权利要求13所述的系统，其中所述合成气制备单元的燃料侧的氢气经过氧化反应形成水和电子。15.如权利要求10或13所述的系统，其中所述多孔阴极和多孔阳极选自由镍/钇稳定的氧化锆(N1-YSZ)、镧锶锰氧化物-YSZ(LSM-YSZ)和钙钛矿的陶瓷氧化物构成的组。16.如权利要求10或13所述的系统，其中所述固体氧化物电解质由钇稳定的氧化锆构成。17.如权利要求8所述的系统，其中所述太阳能热发电系统包括塔式聚光太阳能发电系统，所述塔式聚光太阳能发电系统包括: 塔接收器，该接收器被构造为加热导热流体； 多个定日镜，其位于所述塔接收器附近，其中所述定日镜被构造为接收直射阳光并且将所述直射阳光以反射阳光的形式由所述定日镜反射到所述塔接收器； 储热罐，其与所述塔接收器流体连接，所述储热罐被构造为储存所述导热流体； 蒸汽发生器，其与所述储热罐流体连接，所述蒸汽发生器被构造为将所述导热流体的热转移至水流从而产生所得蒸汽流； 汽轮机，其与所述蒸汽发生器流体连接，其中所得蒸汽流被构造为驱动所述汽轮机；以及 发电机，其与所述汽轮机机械连接，其中所述蒸汽发生器被构造为驱动所述发电机以发电。18.如权利要求8所述的系统，其中所述合成气制备单元被构造为在650°C至800°C下运行。19.如权利要求8所述的系统，还包括碳捕集系统，该系统被构造为从烟道气流中捕集二氧化碳以产生二氧化碳流，所述碳捕集系统与发电厂流体连通，其中所述发电厂被构造为产生所述烟道气流。
【专利摘要】本发明公开了一种利用太阳能(由太阳能热发电系统捕集)将二氧化碳转化为烃类燃料以产生热能和电的工艺，该工艺利用热能加热燃料原料流，所述加热的燃料原料流包括二氧化碳和水(所述二氧化碳是从烟道气流中捕集的)，在合成气制备单元中将二氧化碳和水转化以产生一氧化碳和氢气(合成气制备单元包括固体氧化物电解质)，并在催化反应器中将一氧化碳和氢气转化为烃类燃料。在至少一个实施方案中，合成气制备单元为固体氧化物燃料电池。在至少一个实施方案中，合成气制备单元为固体氧化物电解池。
【IPC分类】F03G6/06, C10G2/00
【公开号】CN104919023
【申请号】CN201480004055
【发明人】艾哈迈德·D·哈马德, 扎基·尤苏, 斯达马蒂奥斯·索恩蒂, 纳伊夫·A·阿勒-拉希蒂, 班达尔·A·法迪勒, 阿提夫·赛义德·阿勒-扎拉尼
【申请人】沙特阿拉伯石油公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年1月3日
【公告号】EP2941475A1, US20140194539, WO2014107561A1