[发明专利]一种耦合联产制合成气的系统及方法

权利要求书

1.一种耦合联产制合成气的系统，其特征在于，包括空气中直接捕集二氧化碳单元(A)和甲烷化学循环重整制合成气单元(B)；

所述空气中直接捕集二氧化碳单元(A)包括用于对空气进行过滤干燥的干燥器(1-2)，干燥器(1-2)进气口与空气相通，出气口与二氧化碳吸附室(1-6)顶部的进气口连通，二氧化碳吸附室(1-6)的顶部进气口和出口一条支路上分别设有第一二氧化碳浓度检测仪(1-5)和第二二氧化碳浓度检测仪(1-7)，用于检测二氧化碳吸附室(1-6)进出口二氧化碳的浓度，此气路进行二氧化碳吸附过程；二氧化碳吸附室(1-6)的侧面进气口与雾化水汽(5)相连，另一条支路出口设有冷凝器(1-11)、气液分离器(1-12)和气罐(1-15)，此气路用于进行二氧化碳解吸附过程，用于储存解吸附出来的二氧化碳的气罐(1-15)出气口与下游甲烷化学循环重整制合成气单元(B)中氧化反应器(1-19)的进气口相连；此外，空气中直接捕集二氧化碳单元(A)中还包括用于为管路内气体流动提供动力的气泵、控制开关和流量的流量调节阀；

所述甲烷化学循环重整制合成气单元(B)包括用于进行还原反应制合成气H₂和CO(9)的还原反应器(1-23)，还原反应器(1-23)进气口与甲烷(8)相连，出气口排出合成气H₂和CO(9)；还包括用于对失氧氧载体进行补氧反应的氧化反应器(1-19)，氧化反应器(1-19)进气口与上游的空气中捕集二氧化碳单元(A)的气罐(1-15)的出气口相连，出气口排出CO(7)；还原反应器(1-23)的被还原的氧载体出口连通氧化反应器(1-19)被还原的氧载体进口，氧化反应器(1-19)的再生后的氧载体出口连通还原反应器(1-23)的再生后的氧载体进口；还原反应器(1-23)进气口与甲烷(8)连通的管路上设置有质量流量计和流量调节阀。

2.根据权利要求书1所述的一种耦合联产制合成气的系统，其特征在于，所述干燥器(1-2)中的干燥剂为无水氯化钙、变色硅胶或分子筛中的一种。

3.根据权利要求书1所述的一种耦合联产制合成气的系统，其特征在于，所述二氧化碳吸附室(1-6)中的二氧化碳吸附剂(3)为负载碳酸钠的活性炭、分子筛、阴离子交换树脂类纳米多孔材料。

4.权利要求书1所述的一种耦合联产制合成气的系统耦合联产制合成气的方法，其特征在于，采用空气中直接捕集二氧化碳与甲烷化学循环重整耦合联产制合成气，步骤如下：

(1)空气中直接捕集二氧化碳：a二氧化碳吸附过程：空气通过干燥器(1-2)干燥过滤后进入二氧化碳吸附室(1-6)中，空气中的二氧化碳被二氧化碳吸附室(1-6)中的二氧化碳吸附剂(3)吸附，二氧化碳被吸附后的空气(4)通过二氧化碳吸附室(1-6)出口设置的三通阀(1-10)一路出口排入大气中；b二氧化碳解吸附及储存过程：利用雾化水汽(5)对二氧化碳吸附室(1-6)中的二氧化碳吸附剂(3)进行加湿，高湿度使吸附饱和的二氧化碳吸附剂(3)解吸附出二氧化碳，解吸附出的二氧化碳携带水汽通过二氧化碳吸附室(1-6)出口设置的三通阀(1-10)另一路出口，再经过冷凝器(1-11)和气液分离器(1-12)分离出废水(6)及二氧化碳和空气的混合气，废水(6)排出，二氧化碳和空气的混合气经过第二气泵(1-14)进入气罐(1-15)中，一定时间后被吸附的二氧化碳达到解吸附极限，吸附剂实现再生；

(2)甲烷化学循环重整制合成气：a还原过程：燃料甲烷(8)进入还原反应器(1-23)中与氧载体的晶格氧反应生成氢碳比接近理想值的高品质合成气H₂和CO(9)，同时氧载体被还原失去氧；b氧化过程：被还原的氧载体进入氧化反应器(1-19)中与空气中直接捕集二氧化碳单元(A)中气罐(1-15)抽空排出的二氧化碳和空气的混合气反应补充晶格氧，氧载体得以再生，再生后的氧载体再次进入还原反应器(1-23)与甲烷(8)反应制取合成气H₂和CO(9)，实现氧载体的循环使用。