[发明专利]一种太阳能驱动二氧化碳制甲烷的装置与方法

说明书

本发明公开了一种太阳能驱动二氧化碳制甲烷的装置与方法，该装置可以与太阳能热力发电系统耦合使用。本发明装置包括定日镜群、高温集热器、温度控制单元、阵列式绝热加氢塔、变压吸附塔、制冷压缩器、液化塔和启动/备用锅炉。阵列式绝热加氢塔包括加熔盐腔、加氢反应器列管、折流板、列管分布板、浮头、集灰斗、气体循环泵；温度控制单元包括熔盐泵、电磁比例阀、高温储热塔、低温储热塔。本发明的装置与方法可以通过高温集热器将太阳辐射能转换为热能，驱动二氧化碳加氢制备甲烷，在实现CO₂资源化循环利用的同时，把太阳能转化为高品位LNG，并且能够通过现有油气分布系统输运到利用终端，为太阳能的高效、经济利用提供了一种有效途径。

技术领域

本发明属于太阳能利用和温室气体控制技术领域，具体涉及一种利用太阳能-二氧化碳制备甲烷的装置与方法。

背景技术

太阳能储量巨大、分布广泛、清洁低污染，在未来能源结构中占据非常重要的地位。中国陆地每年接收的太阳辐射能总量达到2.4×10⁴亿吨标煤。但是，太阳能具有典型的间歇性、周期性、密度低等特征，因此高效、经济的太阳能利用途径成为关键。太阳能光热转化是目前实现规模应用的主要太阳能利用方式，比如通过槽式、蝶式、塔式等高温集热器，将太阳能转化为品位较高的热能，再进一步通过换热器经循环做功介质转化为品位更高的电能，即太阳能热力发电。由于转化环节多，导致能量损失高，太阳能热力发电效率较低，而且发出的电难以输出到消费终端。通过化学反应，将富集的太阳能转化为燃料的化学能，不仅可有效解决上述太阳能利用过程中存在的问题，而且得到的燃料或者产品方便输运到利用终端。

化石燃料的开采和使用导致大量的二氧化碳滞留在大气环境中，打破地球自身的碳循环平衡，促进了温室效应的产生。如何降低二氧化碳排放并减少化石燃料的进一步开采对于实现全球温室气体净零排放至关重要重要。碳捕获、利用与封存(CCUS)是应对全球气候变化的关键技术之一。燃煤电厂、天然气热电厂、水泥窑炉、焦炉与高炉、造纸厂、化石燃料重整塔等排放的二氧化碳经捕集、提纯后，可进行地下封存；或者作为生产原料转化为产品或者燃料。后者可真正实现碳在人类社会生态中的循环使用，有潜力避免人类活动导致碳排放的进一步增加。但是，目前二氧化碳转化利用所需的能量大多依旧来自化石燃料，其本质上并没有实现净零碳排放。利用太阳能作为二氧化碳转化利用的驱动能量则能实现真正意义上的碳封闭循环，甚至碳净负排放。利用太阳辐射提供的能量，通过二氧化碳加氢制备甲烷，可以减少自然赋存天然气的开采，同时实现碳循环利用。同时，以甲烷这一高品质能量载体将密度低、间隙性、周期性的低品质太阳能输送至利用终端。二氧化碳甲烷化所需的氢气可来至于太阳能热力发电厂的电解水装置，而且焦炉煤气、高炉煤气、氨厂驰放气等副产氢亦可作为氢源。因此，以太阳能为能量驱动，通过二氧化碳加氢制备甲烷或者液化天然气，可以实现太阳能的高效转化、储存和输送，为解决太阳能高效、经济利用，同时减少温室气体排放提供了有效策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种耦合利用太阳能驱动与CO₂加氢制备甲烷的装置，能够实现太阳能向高品位能量的转化利用。

本发明的另一目的是提供一种太阳能驱动的二氧化碳加氢制甲烷减少CO₂排放，实现其循环利用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种太阳能驱动二氧化碳加氢制甲烷的装置，包括定日镜群、高温集热器、喷熔盐泵、高温储热塔、低温储热塔、电磁比例阀、阵列式绝热加氢塔、冷凝器、气水分离器、变压水汽转化器、变压吸附塔、液化塔和启动/备用锅炉；

所述的熔盐泵、高温储热塔、低温储热塔、电磁比例阀、流量计、旁通阀、温度测量变送器等组成了阵列式绝热加氢塔的温度控制单元；