[发明专利]一种耦合新能源利用二氧化碳的系统和方法

说明书

本发明公开了一种耦合新能源利用二氧化碳的系统和方法，该系统包括能源转换设备、二氧化碳捕集设备、压力泵设备、甲烷化设备、气液分离设备、分解水设备、甲烷催化裂解设备、新能源设备；能源转换设备、二氧化碳捕集设备、压力泵设备、甲烷化设备、气液分离设备和分解水设备依次连接；分解水设备还分别与能源转换设备和压力泵设备连接；所述甲烷催化裂解设备分别与压力泵设备和气液分离设备连接；新能源设备分别与甲烷化设备、分解水设备和甲烷催化裂解设备连接。本发明首次提出了化石能源能量转换利用系统中，通过利用新能源实现二氧化碳的利用，达到化石能源能量高效利用以及二氧化碳零排放的目的。

技术领域

本发明属于二氧化碳资源化利用技术领域，涉及一种耦合新能源利用二氧化碳的系统和方法。

背景技术

据《2017世界能源统计年鉴》，尽管2014～2016年是自1981～1983年以来平均碳排放增速最低的三年，但在2016年全球碳排放量达到334亿余吨的同时，中国年排放量为91亿余吨，依旧是全球碳排放最大的国家。国际能源署预测，到2030年，煤、石油、天然气等化石能源仍将是一次能源的主要来源，并在能源需求增长总量中占到84％。即便在一个较低的增速下，预计到2035年全球二氧化碳排放量也将达到354亿吨，其中，化石燃料转化产生的二氧化碳排放将持续增长。二氧化碳大量排放会造成温室效应，全球气温升高，冰川融化，海平面上升，极端气候频发，以及病虫害加剧等一系列的问题，严重危害人类的生存环境。

二氧化碳捕获和封存技术(Carbon Dioxide Capture and Storage—CCS)，是当前控制化石能源转化过程中二氧化碳排放的一项前沿技术，其技术将二氧化碳从化石能源利用的排放源捕获并进行地质永久封存，其工艺环节包括：二氧化碳从排放源中分离提纯、运输、进行地质封存三个主要环节。在CCS技术的整个过程中，由于没有产生新的有价值的产品，是一个纯投入的无经济效益的环保技术，并且在技术实施过程中，需要消耗能量，会导致新的二氧化碳排放，在一定程度上大幅降低能源利用系统的经济性。此外，二氧化碳地质封存也存在诸多的不确定性和潜在的风险，对目标地质带来的长期影响难以估量。如何在保证能源系统经济性的同时，资源化利用其排放的二氧化碳是当前能源系统领域的焦点问题。

二氧化碳可经热化学分解或加氢催化生成一氧化碳或碳氢化合物等清洁燃料，例如发明专利《一种光热化学循环分解二氧化碳制备一氧化碳的方法》和《一种利用氢化镁还原二氧化碳制备清洁燃料的方法》分别公开了一种光热化学循环分解二氧化碳制备一氧化碳的方法和一种利用氢化镁还原二氧化碳制备清洁燃料的方法；但一氧化碳和碳氢化合物在后续的利用过程中，不可避免的将碳以二氧化碳的形式重新释放到环境中。该技术途径可在一定程度上实现二氧化碳的重复利用，减少二氧化碳的排放，但并未从根本上解决不断增长的化石能源消费带来的庞大二氧化碳排放。

二氧化碳也可通过与金属离子反应得到无机碳酸盐化合物或利用生物微藻固定得到碳水化合物加氧气，如发明专利《通过结合成碱金属碳酸盐来封存二氧化碳》提出了一种储存利用二氧化碳的方法，发明专利《烟气除霾减碳微藻养殖系统及烟气处理方法》公开了一种公开了养殖烟气除霾减碳微藻养殖系统；但在考虑产品的附加价值、市场实际需求量、产品合成加工时伴随消耗的能源、二氧化碳转换率的高低及合成产品经使用后再生成为二氧化碳的周期时间等因素上均存在一定限制。前期研究发现，甲烷在一定的反应条件下，经下式：CH₄→C+2H₂，可高效转化为碳纳米管和氢气，实现气态碳向高附加值的固态碳转变，这一研究为二氧化碳的资源化利用开辟了新思路。

发明内容

针对现有二氧化碳处理技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耦合新能源利用二氧化碳的系统，该系统具有能量利用率高，经济效益高，环保且系统简单的优点。

本发明还提供该利用所述的耦合新能源利用二氧化碳系统的方法。