[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

说明书

本发明公开了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，属于二氧化碳/甲烷干重整制取合成气领域，所述系统主要包含光热干重整单元、产物分离单元、烟气净化单元、换热器和气体混合装置；利用烟气净化单元净化电厂尾气，将尾气内的二氧化碳、甲烷回收，净化气体进入换热器预热后在气体混合装置内充分混合，然后利用光热干重整单元制取合成气，可减少二氧化碳的排放，产物分离单元分离出未反应的二氧化碳、甲烷，将其输入光热耦合器继续反应，提高能源利用率。同时光热耦合反应器能够降低反应温度，反应完后工艺气回热利用对原料预热。可有效实现碳减排及节约能耗双重效果。

技术领域

本发明属于二氧化碳/甲烷干重整制取合成气领域，尤其涉及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。

背景技术

2020年我国化石能源燃烧产生的二氧化碳排放量约80×10⁸t,超过全球二氧化碳总排放量的1/5,其中，电力行业二氧化碳排放量约占全国总排放量的40％。为了减少二氧化碳的排放，我国提出在2030年左右二氧化碳排放量达到峰值，这就要求电力行业在工业生产过程中要优化生产工艺，减少二氧化碳排放，尽可能的将排放的二氧化碳收集利用。

目前二氧化碳干重整制取合成气是一种有效的资源化利用二氧化碳的方式，但目前已经展开工业化示范的热催化二氧化碳干重整制取合成气技术存在能量成本高的问题，而光热催化是一种极具前途的二氧化碳还原策略，可利用太阳光谱的广泛吸收来激发热化学和光化学过程的结合，从而协同推动催化反应的进行，使二氧化碳在较为温和的条件下实现高效转换。因此光热耦合甲烷/二氧化碳干重整既能合理利用二氧化碳，减少温室气体排放，缓解温室效应，同时也能解决热催化二氧化碳/甲烷干重整制取合成气过程中能耗高的问题。目前，还没有一种高效地降低能耗的基于光热耦合甲烷/二氧化碳干重整系统。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供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，解决目前火电厂大量二氧化碳的排放问题，以及目前甲烷二氧化碳重整过程中能耗较高及能源利用率较低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开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，包括光热干重整单元、产物分离单元、烟气净化单元、换热器和气体混合装置；换热器有两个入口，换热器第一入口连接光热干重整单元，换热器第二入口连接烟气净化单元；换热器的两个出口中，第一出口连接产物分离单元，换热器第二出口连接气体混合装置的第一入口，气体混合装置第二入口连接产物分离单元，气体混合装置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、甲烷燃烧器、光热耦合反应器、甲烷供应装置和聚光装置；甲烷供应装置的第一出口连接甲烷燃烧器的入口，甲烷燃烧器的入口还连接有供氧装置；甲烷供应装置的第二出口连接光热耦合反应器的第一入口；光热耦合反应器的第二入口连接甲烷燃烧器的出口，光热耦合反应器的第三入口连接气体混合装置的出口；光热耦合反应器的出口连接换热器第一入口；聚光装置设置在光热耦合反应器上方，用于为光热耦合反应器提供光源。

优选地，所述烟气净化单元包括：烟气除尘装置、烟气脱硫装置和烟气脱硝装置；烟气除尘装置、烟气脱硫装置和烟气脱硝装置顺次相接，烟气除尘装置入口连接用于收集电厂尾气的电厂烟气收集管路，烟气脱硝装置出口连接换热器第二入口。

优选地，所述产物分离单元包括：气体分离装置和合成气收集装置；气体分离装置入口连接换热器，气体分离装置第一出口连接合成气收集装置，气体分离装置第二出口连接气体混合装置。

优选地，所述气体分离装置采用变压吸附气体分离装置。