[发明专利]一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统及基于其的方法

权利要求书

1.一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，包括光热干重整单元、产物分离单元、烟气净化单元、换热器(6)和气体混合装置(9)；换热器(6)有两个入口和两个出口，第一入口连接光热干重整单元，第二入口连接烟气净化单元；第一出口连接产物分离单元第二出口连接气体混合装置(9)的第一入口，气体混合装置(9)第二入口连接产物分离单元，气体混合装置(9)的出口连接光热干重整单元；

所述光热干重整单元包括：供氧装置(1)、甲烷燃烧器(3)、光热耦合反应器(5)、甲烷供应装置(16)和聚光装置(17)；甲烷供应装置(16)的第一出口连接甲烷燃烧器(3)的入口，甲烷燃烧器(3)的入口还连接有供氧装置(1)；甲烷供应装置(16)的第二出口连接光热耦合反应器(5)的第一入口；光热耦合反应器(5)的第二入口连接甲烷燃烧器(3)的出口，光热耦合反应器(5)的第三入口连接气体混合装置(9)的出口；光热耦合反应器(5)的出口连接换热器(6)第一入口；聚光装置(17)设置在光热耦合反应器(5)上方，用于为光热耦合反应器(5)提供光源。

2.根据权利要求1所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，所述烟气净化单元包括：烟气除尘装置(11)、烟气脱硫装置(12)和烟气脱硝装置(13)；烟气除尘装置(11)、烟气脱硫装置(12)和烟气脱硝装置(13)顺次相接，烟气除尘装置(11)入口连接用于收集电厂尾气的电厂烟气收集管路(10)，烟气脱硝装置(13)出口连接换热器(6)第二入口。

3.根据权利要求1所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，所述产物分离单元包括：气体分离装置(7)和合成气收集装置(8)；气体分离装置(7)入口连接换热器(6)，气体分离装置(7)第一出口连接合成气收集装置(8)，气体分离装置(7)第二出口连接气体混合装置(8)。

4.根据权利要求3所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，所述气体分离装置(7)采用变压吸附气体分离装置。

5.根据权利要求1所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，在供氧装置(1)和甲烷燃烧器(3)之间设置氧气流量控制阀(2)，甲烷供应装置(16)与甲烷燃烧器(3)之间设置甲烷流量控制阀(14)，甲烷供应装置(16)与光热耦合反应器(5)之间设置甲烷流量控制阀(15)；甲烷燃烧器(3)与光热耦合反应器(5)之间设置甲烷燃烧产物流量控制阀(4)。

6.根据权利要求1所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，所述换热器(6)为热管式气气换热器。

7.根据权利要求1所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，所述气体混合装置(9)为翅片混合器。

8.根据权利要求1所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，所述甲烷燃烧器(3)上设有测温热电偶。

9.根据权利要求1所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统，其特征在于，所述光热耦合反应器(5)上设有控温热电偶。

10.基于权利要求1～9任意一项所述的一种串联式补热与回热相结合的光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统的方法，包括以下内容：

电厂烟气处理净化：来自电厂的烟气，在烟气净化单元内净化，净化烟气经过换热器(6)与来自光热耦合反应器(5)出口的高温工艺气换热，换热后的净化烟气与来自产物分离单元的富余甲烷、二氧化碳气体在气体混合装置(9)中充分混合后，进入光热耦合反应器(5)；

甲烷-二氧化碳光热干重整：来自供氧装置(1)的氧气和甲烷供应装置(16)的甲烷，进入甲烷燃烧器(9)燃烧，燃烧产生的热量供应给光热耦合反应器(5)，燃烧产生的水和二氧化碳进入光热耦合反应器(5)，同时光热耦合反应器(5)通过聚光装置(17)聚集外界光源，协同干重整反应的进行；

产物分离：在光热耦合反应器(5)反应后的高温工艺气，包括氢气、一氧化碳和未反应的富余甲烷、二氧化碳，产物分离单元分离出以一氧化碳、氢气为主的合成气及未反应的二氧化碳、甲烷，进入换热器(6)与净化后的烟气换热后，进入产物分离单元，分离出的合成气收集，分离出的富余甲烷、二氧化碳与净化烟气混合，充分混合后，进入光热耦合反应器(5)继续反应。