[发明专利]一种耦合新能源利用二氧化碳的系统和方法

权利要求书

1.一种耦合新能源利用二氧化碳的系统，其特征在于，包括能源转换设备(1)、二氧化碳捕集设备(2)、压力泵设备(3)、甲烷化设备(4)、气液分离设备(5)、分解水设备(6)、甲烷催化裂解设备(7)、新能源设备(8)；所述能源转换设备(1)、二氧化碳捕集设备(2)、压力泵设备(3)、甲烷化设备(4)、气液分离设备(5)和分解水设备(6)依次连接；所述分解水设备(6)还分别与能源转换设备(1)和压力泵设备(3)连接；所述甲烷催化裂解设备(7)分别与压力泵设备(3)和气液分离设备(5)连接；所述新能源设备(8)分别与甲烷化设备(4)、分解水设备(6)和甲烷催化裂解设备(7)连接。

2.根据权利要求1所述的耦合新能源利用二氧化碳的系统，其特征在于，所述能源转换设备为燃煤锅炉、燃油锅炉或者燃气炉。

3.根据权利要求1所述的耦合新能源利用二氧化碳的系统，其特征在于，所述新能源设备(8)优选为风能设备或者太阳能设备。

4.一种利用权利要求1所述的耦合新能源利用二氧化碳系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将化石燃料与氧气在能源转换设备(1)中燃烧发生氧化反应；反应产物进入二氧化碳捕集设备(2)中进行纯化、富集及降温产生高浓度的二氧化碳；二氧化碳进入压力泵(3)和氢气一起进入甲烷化设备(4)中生成甲烷和水蒸气的混合气体送入气液分离设备(5)中，所述水蒸气凝结为液态水进入水分解设备(6)中生成产物氢气送入压力泵设备(3)，然后压入甲烷化设备(4)中发生甲烷化反应，产物氧气通过送入能源转换设备(1)中；所述甲烷通入甲烷催化裂解设备(7)中，甲烷裂解生成氢气和碳纳米管，氢气送入压力泵(3)，与二氧化碳一起加压混合进入甲烷化设备(4)，碳纳米管可进一步纯化；整个系统运转过程中新能源设备(8)为甲烷化设备(4)、分解水设备(6)和甲烷催化裂解设备(7)提供能量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述甲烷化设备(4)中甲烷化反应优选用金属氧化物表面掺杂金属作为催化剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述甲烷化反应在光照或加热温度150℃～400℃条件下进行。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水分解设备(6)中水分解反应体系为两步式热化学循环分解水体系，第一步为活性材料一般即金属氧化物在高温及惰性气体气氛下脱出晶格氧放出O₂，产生氧空位，活性材料被还原，反应过程强吸热；第二步为将H₂O通入含还原态氧化物的设备内，H₂O中的O进入还原态活性材料的晶格内，产生H₂，还原态的活性材料被氧化而复原，反应过程弱放热，需要在低于还原反应温度的条件下进行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水分解体系温度1000℃～1500℃。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述甲烷催化裂解设备(7)内的反应温度在750℃～800℃。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述甲烷催化裂解设备(7)中甲烷催化裂解反应在催化剂条件下进行裂解。