光液技术细节之一：基本原理及路线图

2018-11-30 14:06

lightyear

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摘要：（1）以水、碳、沼气为原料。在铁，锰的催化下，低于800~1600℃的太阳能光热热源，可以生产甲醇、氧气和液态肥料，并得到电能。

（2）本文简要介绍光液工艺的基本原理及生产过程。从资源特性上讨论实现的技术路线。

关键词：光热；沼气；锰；发电；光液。

0、引言

根据研究，光合作用的过程是在含锰的催化剂进行的。这一过程是常温常压下进行的化学反应。如果化学反应条件提高，相当于进行了人工光合作用。本文的研究是在这一指导思路下进行的。

这个基本原理的背景是在另一篇《太阳能光热发电并生产液态阳光一种方法》文章。该基本原理是利用吸热化学反应替代了光合作用将太阳能为化学能。这是一个利用生物质、阳光产生电力、光液和肥料的方法。遵循了自然界碳循环的规律。

1、“LLL”基本原理

1.1、“LLL”基本化学反应介绍

1.1.1、反应过程

该化学反应过程是由一系列的吸热和放热化学组成。主要反应如下示意图。

光液技术细节之一：基本原理及路线图

图1 基本原理图示

如上图所示，这是锰、铁及其复合物组成的在太阳能热源下进行的一系列化学反应。该过程的总反应方程如下：

C+H2O(g)+ CH4(g)+ CO2(g) → CH4O(L)＋O2(g) （公式一）

该反应的条件是在最高1600℃温度下，利用锰、铁等物质的催化下，通过控制不同的进气原料比，更替地变换进气成分，得到富含CO或H2的复合气体。该复合气体作为传热介绍给水汽汽轮机发电，降温为400℃，在继续传热给甲醇蒸汽汽轮机发电，降温为200℃。得到一股含CO体积分数20%以上的复合气体，另外一股含H2体积分数40%以上的复合气体。这两股复合气体在200~250℃催化床的作用下，80~90%的H2和CO转换为CH4O。CH4O经压缩到6~8MPa后，变成液体，气体分离。液体甲醇打入甲醇锅炉蒸汽发电。

1.1.2、原理讨论

由上面的公式可以知道不同的原料成分组成，需要的能量不一样。产物都可以得到甲醇。需求能量最低的组分如下

C+2H2O(g)+ CH4(g)= 2CH4O(L) （公式二）

25℃、101kPa下，炭、氢气、甲烷和甲醇理论净热值33MJ/KG、143MJ/KG、56MJ/KG、23MJ/KG。室温燃烧放热反应过程如下：

C（s）+0.5O2（g）=CO（g）△H=-396kJ·mol-1

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-896kJ·mol-1

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-286kJ·mol-1

CH3OH（l）+1.5O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=+736kJ·mol-1

公式二的左边假定有12KG炭、36KG水、16KG甲烷（室温，1大气压力），得到64KG的甲醇。如果炭、甲烷直接燃烧。产生热值为1292MJ。经过光液处理后热值为1472MJ。增加180MJ，也就是说甲烷和木炭能量增加14%。1KG甲醇需求2.82MJ能量。

能量需求最高的过程是

8H2O(L)+ 2CO2(g)= 2CH4O(L)＋5O2(g) （公式三）

该过程需要最少能量为2616MJ。1KG甲醇需求40.88MJ能量。