CN103028314A - 清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为“清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备”，主要用于“快速分解工业和民生产生的大量温室气体二氧化碳，还氧于大气，有效控制气候恶化；同时回收一氧化碳作为燃料或化工原料，充分利用二氧化碳这种碳资源，变废为宝”。本发明提供一种常压冷等离子体放电的云电极设计技巧，可以解决常压等离子体二氧化碳分解反应时气体温度太高所致转化率太低的问题。本发明采用风电、压电及太阳能光伏发电系统支持常压等离子体二氧化碳分解工艺操作，可破解常压等离子体二氧化碳分解还氧于大气技术所存在的能量倒补恶性循环的应用难题。本发明设计了一系列高效选择性吸附及旋转切换解吸系统用于清洁电源云电极常压二氧化碳等离子体分解连续循环操作。

Description

清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备
所属技术领域
本发明专利涉及一种用于环境保护的风电、压电及太阳能光伏发电系统下云电极常压放电等离子体二氧化碳分解的工艺设备和流程设计，以回收一氧化碳并还氧于大气为实施目标，属于可有效控制温室效应、缓解气候恶化的高新技术领域。
背景技术
当前，人类面临主要由二氧化碳引起的温室效应致气候急剧恶化的严峻挑战。近年来，相关领域世界顶级科学家认为“如果我们只使用一些治标不治本的技术试图限制二氧化碳排放，最终会扼杀经济增长；但是如果我们不以现有的技术为未来25年进行积极部署的话，到时候即便是集中了世界上所有的新技术都不能阻止灾难的发生”。此处“不能阻止灾难的发生”是指人类对于气候恶化导致人口骤减甚至更糟的后果将无力回天。近年来少数地区试行二氧化碳制成干冰深埋海底的研究工作，但却倍受质疑，因为这种耗资很大的技术还很容易在地震时引发二氧化碳瞬间大量释放，造成毁灭性灾难。因此我们急需“有效分解二氧化碳，还氧于大气”的高新技术。常压等离子体二氧化碳分解是一个解决此类问题非常有希望的技术，但是目前等离子体二氧化碳分解制氧的关键技术难题之一是由于放电工艺设备特别是电极设计不合理而转化率太低；其二是市电系统下的放电等离子体二氧化碳分解是一个能量倒补的恶性循环。目前还没有用二氧化碳快速分解制取氧气并还氧于大气的良策。本发明正是基于解决如此严峻的人类生存与发展问题并破解常压等离子体二氧化碳分解还氧于大气技术设备中的这两项应用难题而提出的。本发明设计的二氧化碳气源可由直接连在热电厂等二氧化碳排放大户的排放口或经大规模捕集得到的二氧化碳贮存器充当，以形成绿色循环经济产业链。
发明内容
为大幅提高等离子体二氧化碳分解制氧转化率问题，本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种产生常压冷等离子体放电的云电极设计技巧。通常常压等离子体二氧化碳分解使用的电极包括尖端-平板和介质阻挡等，结果要么是反应区气体温度太高，要么是反应区能量密度太低，均导致二氧化碳转化率太低，没有工业应用价值。本发明设计了一种新型的单层或多层云电极，放电区常压气体温度可控制在冷等离子体范围，中心电极与云电极所形成的放电通道密度可多至每平方厘米成百上千个或更高数量级。
为解决市电等离子体二氧化碳分解技术的能量倒补问题，本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明采用当前可行的风电、压电与太阳能光伏发电联合供电系统下的等离子体二氧化碳分解还氧于大气的大、中、小型设备，其中包括与等离子体发生器配套的高压电源和反应器。本发明完全以风电、压电和太阳能光伏发电代替市电为常压等离子体二氧化碳分解提供清洁能源，本发明的这一设计可破解市电系统下常压二氧化碳等离子体放电分解还氧于大气技术的能量倒补的恶性循环难题。
为解决常压等离子体二氧化碳一次反应不完全的问题，本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明常压等离子体二氧化碳分解制取或释放氧气的技术设备采取循环反应器的设计技巧，即反应器中二氧化碳进料放电反应后，主要产物氧气和一氧化碳连同未反应的二氧化碳一同进入二级连续高效选择吸附分离系统，其中，二氧化碳经第一级高效选择吸附分离后返回反应器进行再反应；一氧化碳经第二级高效选择吸附分离后作为产品回收；在本发明设计的连续二级高效选择性吸附系统中无选择性吸附的氧气经尾气终端处理后可直接放空，以实现还氧于大气的实施目标。
附图说明
结合附图对本发明专利说明如下：图1是清洁电力系统下常压等离子体二氧化碳分解还氧于大气的高新技术设备流程图。图中，1是风电、压电和太阳能光伏发电联合补偿电力系统，2是与此电力系统以及与等离子体反应器适配的直流或低频至高频高压电源，3是二氧化碳气源，4是二氧化碳进气口，5是筒型云电极等离子体放电反应器纵剖面图，6是多层云电极，7是云电极等离子体反应器的绝缘密封盖，8是中心电极，9是云电极接地端，10是反应流出物出口，11是二氧化碳选择性高效吸附系统，12是一氧化碳选择性高效吸附系统，13是尾气终端处理系统，14是氧气放空端，15是一氧化碳解吸回收系统，16是二氧化碳解吸回收系统，17是循环泵，18是二氧化碳反应气体循环入口。图2是中心电极与多层云电极设置截面图。图2中1是中心电极截面点，2是多层云电极截面环。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明。
此技术实施可按流程图所示关系连接，以清洁电力系统1提供电力给高压电源2，并经高压电源2连接中心电极8。二氧化碳气源可由直接连在热电厂等二氧化碳排放大户的排放口或经大规模捕集得到的二氧化碳贮存器充当。气源的二氧化碳经入口4进入云电极等离子体反应器，在中心电极与云电极之间发生放电反应，反应主要生成物氧气和一氧化碳以及未反应的二氧化碳气体混合物一同流经出口10，先后流经选择吸附系统11和12，经载有高效二氧化碳选择性吸附剂的吸附系统11和载有高效一氧化碳选择性吸附剂的吸附系统12后，尾气中仅剩余氧气和极少量的碳氧化物，再经系统13检测并对极少量的碳氧化物作最后完全处理后，即可由终端出口14将氧气放空。15是可与12进行旋转切换的同样载有高效一氧化碳选择性吸附剂的交替系统，交替至位置15时可进行解吸回收一氧化碳的操作，即在系统12吸附一氧化碳一段时间接近饱和后与系统15进行类似于气相色谱进样六通阀设置的旋转切换，并在15中进行解吸回收一氧化碳的操作。系统11与16的旋转切换作用类似于12与15。与12与15所不同的是，11与16分别是对于二氧化碳的吸附与解吸的交替操作。由16回收的二氧化碳可经循环泵17和二氧化碳循环入口18返回等离子体反应器进行再反应。如此循环连续操作，直至二氧化碳全部分解成一氧化碳和氧气。并且两级吸附分离系统可采取变压和分段等各种技术措施，以加强分离效果。

Claims (6)

1.一种清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备设计技巧，其特征是：常压放电等离子体二氧化碳分解回收一氧化碳并还氧于大气的高新技术设备仅使用风电、压电及太阳能光伏联合补偿电力系统，不使用市电。
2.一种清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备设计技巧，其特征是：风电、压电及太阳能光伏发电联合补偿电力系统下的常压二氧化碳分解大、中、小型云电极等离子体放电反应器及从产物分离回收一氧化碳并还氧于大气的高新技术设备，其中包括与此等离子体发生器适配的高压电源，此类高压电源可以使云电极常压等离子体反应器中的工作气体产生直流、低频、中频、高频等形式的常压冷等离子体。
3.一种清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备设计技巧，其特征是：常压等离子体二氧化碳分解大、中、小型发生器在二氧化碳分解制取氧气并作一系列处理后，将纯净的氧气放空，实现还氧于大气的重大应用目标，以标本兼治的方式遏制全球气候恶化。
4.一种清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备设计技巧，其特征是：常压等离子体二氧化碳分解大、中、小型发生器在二氧化碳分解制取和释放氧气的同时，还将生成的一氧化碳产品作为燃料或化工原料回收利用，将二氧化碳作为碳资源而变废为宝。
5.一种清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备设计技巧，其特征是：云电极的尖端或凸起可达每平方厘米一个至成百上千个或更高数量级，电极所用材质包括金属、塑料镀膜等所有导电材料，其加工工艺包括线切割、拉晶或编织等技术；各种直径型号的中心电极与单层或多层云电极配置均可作为放电电极组合。
6.一种清洁电力系统云电极常压等离子体二氧化碳分解环保设备中采取一氧化碳回收、二氧化碳循环及氧气放空的系列工艺设计技巧，其特征是：云电极等离子体反应器中二氧化碳放电反应后，反应流出物进入两级高效选择性吸附分离系统并经终端处理后将氧气放空。其中，在第一级中二氧化碳吸附分离并返回反应器进行循环反应，第二级进行一氧化碳产品回收，如此循环连续操作，直至二氧化碳全部分解成一氧化碳和氧气。并且两级吸附分离系统可采取变压和分段等各种技术措施，以加强分离效果。
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