CO2捕集-转化制合成气的系统以及利用含CO2的烟气制备合成气的方法

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集与转化和太阳能利用领域，具体涉及CO

背景技术

合成气(主要成分为CO和H

我国能源资源的特点为富煤、贫油、少气，因此，煤气化是我国当前合成气生产的主要路径。煤气化技术具有原料适应性强、工艺简单、有效气体成分高等特点，但其面临着能耗高、碳排放突出等问题。

目前电力、水泥、钢铁及化工等工业过程的CO

亟需开发一种节能低碳的合成气生产工艺。

发明内容

本发明针对现有CO

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种CO

其中，所述集热发电单元A包括太阳能聚集装置1、光谱分频器2和光伏电池3，用于对太阳光进行聚光分频，得到短波光和长波光，并利用所述短波光进行光伏发电得到电能；

所述制氢单元B包括光伏逆变器4和电解水槽5，用于利用所述电能分解水，得到H

所述CO

本发明第二方面提供一种利用含CO

(1)将太阳光进行聚光分频，得到短波光和长波光，并利用所述短波光进行光伏发电，得到电能；

(2)利用所述电能分解水，得到H

(3)在所述长波光提供的温度下，利用CO

通过上述技术方案，本发明利用太阳能全光谱分频热电联用，可在同一反应装置内完成烟气中CO

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式的CO

附图标记说明

1-太阳能聚集装置2-光谱分频器3-光伏电池

4-光伏逆变器5-电解水槽6-双螺旋管集热反应器

7-气液分离器8-冷却器V-1-四通阀

V-2-四通阀V-3-四通阀V-4-四通阀

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明第一方面提供一种CO

其中，所述集热发电单元A包括太阳能聚集装置1、光谱分频器2和光伏电池3，用于对太阳光进行聚光分频，得到短波光和长波光，并利用所述短波光进行光伏发电得到电能；

所述制氢单元B包括光伏逆变器4和电解水槽5，用于利用所述电能分解水，得到H

所述CO

根据本发明，在所述集热发电单元A中，所述太阳能聚集装置1用于收集并会聚全光谱太阳光。

根据本发明，在所述集热发电单元A中，所述光谱分频器2用于对所述太阳能聚集装置1所会聚的全光谱太阳光进行分频，得到短波光和长波光；其中，所述短波光(可见光)可用于光伏发电，所述长波光(红外光)可用于提供热能。

在本发明中，对所述光谱分频器2的限定范围较宽，可以采用常规的光谱分频器。

根据本发明，在所述集热发电单元A中，所述光伏电池3作为光伏发电装置，在短光波的辐照下，其内部激发半导体产生电子空穴产电，并能够向外部输出电能。

在本发明中，对所述光伏电池3的限定范围较宽，可以采用常规的光伏电池，优选采用耐高温的砷化镓电池，该类电池的日常运行温度在120℃左右区间，在温度达到250℃时仍可以正常工作，可以更好地与高倍聚光镜配合使用。

根据本发明，在所述集热发电单元A中，所述光谱分频器2、光伏电池3和双螺旋管集热反应器6设置在所述太阳能聚集装置1的上方；

所述光伏电池3设置在所述光谱分频器2产生的短波光辐照方向；

所述双螺旋管集热反应器6设置在所述光谱分频器2产生的长波光辐照方向。

根据本发明，采用上述布置方式，所述光谱分频器2通过将全光谱太阳光分频反射及折射，其中的短波光能够辐照所述光伏电池3实现发电，获取电能；其中的长波光能够辐照所述双螺旋管集热反应器6集热，提供反应器内CO

根据本发明，可通过调节光谱分频器2中分光膜的截止波长和太阳能聚集装置1的聚光比进行光谱分频热电联用的能量优化分配，以满足CO

根据本发明，在所述集热发电单元A中，所述太阳能聚集装置1可以选自碟式聚光镜、线性菲涅耳聚光镜、塔式聚光镜和槽式聚光镜中的至少一种，优选为槽式聚光镜。

根据本发明的一种优选实施方式，采用槽式聚光镜作为太阳能聚集装置，也即采用线聚焦的集热方式，对聚光比的要求更低，在相同成本制造的镜场面积之下，能够允许系统中可利用的集热反应器的体积更大，从而装填更多的催化剂材料，进而带来更大的烟气处理量以及合成气产量。

根据本发明，在所述集热发电单元A中，所述光伏电池3在发电过程中会释放热量，考虑光伏电池对温度的负响应特性，需要及时转移光伏电池的过剩热量，以降低电池超温的风险，提高发电效率。优选地，所述光伏电池3的背板中设置有换热通道，用于在所述含CO

根据本发明，优选地，所述光伏电池3的换热通道中可以设置温度传感器，通过温度感应对进入换热通道的含CO

根据本发明，在所述制氢单元(B)中，所述光伏逆变器4通过电缆分别连接所述光伏电池3和电解水槽5，用于将所述光伏电池3产生的可变直流电转换为稳定电压的交流电，并将稳定的电流输送至所述电解水槽5进行电解水，获得H

在本发明中，对所述光伏逆变器4的限定范围较宽，可以采用常规的光伏逆变器。

根据本发明，所述制氢单元B还包括气液分离器7和冷却器8；

所述气液分离器7分别连接所述电解水槽5和冷却器8，用于将分解水产物进行分离，所得H

所述冷却器8分别连接所述气液分离器7和双螺旋管集热反应器6，用于进一步除去H

根据本发明，所述CO

根据本发明，所述双螺旋管集热反应器6中的两根反应管采用并联方式，每根反应管各自具有独立的进料口和出料口；所述两根反应管中均装填CO

根据本发明，所述含CO

本发明采用区别于普通单管集热反应器的双螺旋管集热反应器，可实现在一根反应管处于CO

根据本发明，优选地，对于所述双螺旋管集热反应器6，其两根反应管各自的进料端可以分别通过四通阀V-1、V-2与所述光伏电池3的换热通道、所述冷却器8以及外界连通，以实现根据CO

本发明提供的CO

本发明第二方面提供一种利用含CO

(1)将太阳光进行聚光分频，得到短波光和长波光，并利用所述短波光进行光伏发电，得到电能；

(2)利用所述电能分解水，得到H

(3)在所述长波光提供的温度下，利用CO

根据本发明，所述含CO

根据本发明，所述聚光分频可以采用太阳能聚集装置收集并会聚全光谱太阳光，并通过光谱分频器将会聚的全光谱太阳光进行分频，得到短波光和长波光。优选地，所述短波光的波长为280-900nm，所述长波光的波长为900nm-2500nm。

根据本发明，所述太阳能聚集装置可以选自碟式聚光镜、线性菲涅耳聚光镜、塔式聚光镜和槽式聚光镜中的至少一种，优选为槽式聚光镜。

根据本发明，所述光谱分频器可以采用常规的能够实现光谱分频的装置。

根据本发明，所述光伏发电可以采用太阳能光伏电池，优选采用砷化镓光伏电池。

根据本发明，所述含CO

根据本发明，所述CO

优选地，所述CO

根据本发明，所述CO

在本发明中，对所述CO

根据本发明的一种优选实施方式，所述CO

所述活性金属组分为Ru、Rh、Pt、Ni、Co中的至少一种；

所述金属氧化物助剂为Al

根据本发明，所述方法还包括：在所述含CO

本发明提供的利用含CO

以下结合图1阐述利用本发明提供的系统进行利用含CO

太阳光垂直入射至太阳能聚集装置1，反射聚光经过光谱分频器2，在光谱分频器2的作用下进行分频，得到短波光(波长为280-900nm)和长波光(波长为900nm-2500nm)；其中，短波光辐照光伏电池3，在光伏电池3内部，通过激发半导体产生电子空穴对的方式产电，为电解水制氢提供可再生电能；长波光辐照双螺旋管集热反应器6，为反应器内CO

光伏电池3所产电能通过电缆输送至光伏逆变器4，经交流直流变换，将稳定电压电流输送至电解水槽5分解水；分解水产物依次经气液分离器7及冷却器8，得到纯净的H

含CO

预热后的烟气经四通阀V-1和/或V-2输送至双螺旋管集热反应器6，反应器的两个反应管涂覆吸热涂层并均装填CO

在CO

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，

处理的烟气来自某燃煤电厂，其中，H

CO

(I)将电石渣与丙酸水溶液(浓度为30wt％)进行充分搅拌混合2h，得到混合物；其中，电石渣：丙酸水溶液的重量比为1：20；

(II)将步骤(I)所得混合物进行过滤，并向所得滤液中同时加入硝酸镍、硝酸锆和柠檬酸充分搅拌混合，得到均匀的混合溶液；其中，柠檬酸与滤液中钙离子的摩尔比为1.1：1；硝酸镍与滤液中钙元素的重量比为0.62：1；硝酸锆与滤液中钙元素的重量比为0.24：1；

(III)将步骤(II)所得混合溶液在80℃恒温水浴中搅拌3h，得到湿凝胶，之后在110℃下干燥10h，得到干凝胶；

(IV)将干凝胶进行研磨粉碎，之后在空气气氛中以3℃/min的升温速率从室温升至850℃，保温煅烧4h，得到煅烧产物；将煅烧产物研磨至粒径为100-300μm，之后进行还原(还原气体为H

实施例1

太阳光垂直入射至槽式聚光镜1(规格：镜面开口长度4m×宽度2.55m，聚光比为30)，反射聚光经过光谱分频器2分频，得到的短波光(波长为280-900nm)辐照砷化镓光伏电池3(规格：长度4m×宽度0.085m)，在电池内部，通过激发半导体产生电子空穴对的方式产电，为电解水制氢提供可再生电能；得到的长波光(波长为900nm-2500nm)辐照双螺旋管集热反应器6，为反应器内CO

砷化镓光伏电池3所产电能通过电缆输送至光伏逆变器4，经交流直流变换，将稳定电压电流输送至电解水槽5分解水；分解水产物依次经气液分离器7及冷却器8，得到纯净的H

烟气经除尘、脱硫和脱硝处理后，输送至砷化镓光伏电池3背板中的换热通道，经热交换，烟气预热至110℃，并实现维持砷化镓光伏电池3的工作温度为120℃；

预热后的烟气输送至双螺旋管集热反应器6，反应器的两个反应管涂覆黑铬涂层并均装填CO

控制四通阀V-1、V-2、V-3、V-4的开闭，实现双螺旋管集热反应器6中的一个反应管处于CO

采用上述系统和方法，烟气中CO

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。