[发明专利]可再生能源制氢耦合电厂捕集二氧化碳的生物甲烷化系统

说明书

本发明涉及一种可再生能源制氢耦合电厂捕集二氧化碳的生物甲烷化系统，该系统包括：可再生能源制氢子系统：用以通过接收可再生能源发电进行电解水得到氧气以及作为底物气体的氢气；二氧化碳捕集子系统：以电厂烟气为源头捕集回收作为底物气体的二氧化碳；H₂/CO₂生物甲烷化子系统：用以以氢气和二氧化碳作为底物气体通过产甲烷菌的代谢作用生成甲烷并入天然气管网。与现有技术相比，本发明具有甲烷反应效果更好、二氧化碳转化效率更高、能量损耗更小、高效可靠、模块化建设且扩展性强、推广应用潜力大等优点，通过应用多种绿色低碳技术，构建了新型绿色的能源循环利用体系，实现了可再生能源的深度消纳和二氧化碳的减量化处理。

技术领域

本发明涉及电解水制氢及CO₂捕集及资源化能源利用领域，尤其是涉及一种可再生能源制氢耦合电厂捕集二氧化碳的生物甲烷化系统。

背景技术

能源的绿色生产及利用与气候环境的改善密切相关，而全面提高资源利用效率、有效解决能源电力行业中的二氧化碳减排问题是保证我国经济社会可持续发展的重要组成部分。可再生能源制氢、二氧化碳捕集以及生物甲烷化合成是优化我国能源结构、大规模发展可再生能源、推动绿色低碳发展的关键技术之一，助力我国尽早实现“碳排放达峰和碳中和”这个长期气候目标。

当前我国可再生能源利用率(水电、风电、光伏)总体上已达到95％以上，但由于可再生能源装机容量和发电量仍在增加且基数庞大，剩余5％左右的可再生能源消纳问题依旧存在。现阶段利用富余的可再生电力电解水制取得到对环境友好的绿色氢气，十分有利于分布式风电、光伏等可再生能源的大规模消纳。但由于国内氢能储运的基础设施发展还不够完备、制取成本偏高等因素制约，进而必需开发及探索氢气利用下游就近用户侧市场以及相关转化技术。

我国二氧化碳最主要来源于能源工业生产过程，其所排放的二氧化碳占比在40％以上。目前，二氧化碳捕集、利用及封存(CCUS)技术作为当前一项重要且技术相对成熟的碳减排及利用方式，能够显著减少化工制造及发电过程中的二氧化碳排放。在二氧化碳捕集方面，通常包括燃烧后捕集、富氧燃烧、燃烧前捕集以及内在的分离四种方法，其中，燃烧后捕集技术较为成熟且多应用于大型CCUS项目。在二氧化碳利用方面，应用范围比较广泛，包括：

1)非燃料的化工应用，如：食品加工、制作碳酸饮料和提高石油采收率(CO₂-EOR)等；

2)在合成生产可再生燃料中使用，如：合成甲烷、甲醇、碳、汽油与柴油低分子烃类等。

但由于合成过程中需要大量低碳能源，因此基本只在拥有丰富且廉价的低碳电力的应用场景中具有竞争力。在二氧化碳储封存方面，虽然20多年来一直都有相关技术团队在努力验证和评估CO₂封存项目的可行性，但其仍存在有可能发生重大事故的安全隐患风险。因此，对于二氧化碳捕集后的二次转化成为一种有价值的资源产品被加以利用则是更优的选择。

由以上现有技术可知，为了科学合理有效的解决可再生能源消纳和二氧化碳减排问题需要：①采用可再生电力或低碳电力电解水制取得到氢气后，它的应用或储存问题；②对电厂烟气捕集二氧化碳后，二氧化碳真正能够减量化和资源化利用的问题。