CN113511955A - 一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于温室气体减排及资源化利用技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置及方法。本发明提供的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，包括空气捕碳系统和甲醇合成系统；空气捕碳系统包括依次连接的空气压缩装置、二氧化碳吸收装置、二氧化碳再生装置、二氧化碳储存装置；甲醇合成系统包括依次连接的水储存装置、水加热装置、气体混合装置和甲醇合成装置，所述二氧化碳储存装置的出气口与气体混合装置的二氧化碳进气口连接；所述甲醇合成装置为介质阻挡放电反应器。本发明提供的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置可实现甲醇合成过程中CO2的连续供应，节省了原料的运输成本，在降低碳减排的同时实现了CO2的资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于温室气体减排及资源化利用技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置及方法。
背景技术
全球气候变化是人类可持续发展的最大威胁，应对气候变化是关乎生存发展权的非传统国家安全问题，应对气候变化以控制CO2排放为主要目标。工业以及电力行业等是CO2的集中稳定排放源，约占CO2排放总量的50％。针对这些固定点源的CO2减排，主要是利用CO2捕集与封存(CCUS)技术，此技术是一种具有大规模CO2减排潜力的技术。但是，除了工业以及电力行业等固定点源的CO2排放，还有接近50％分布源排放的CO2，从空气中直接捕碳技术可对这些分布源的CO2进行捕集和利用。与CCUS技术从燃煤电厂捕碳不同，从空气中直接捕碳受地点限制较小，可以在各地广泛开展，而且，从空气中直接捕碳能降低空气中CO2的浓度，可以解决“存量”的问题。
目前，人们对能源的需求量越来越大，化石燃料的储量逐渐减少，且燃烧化石燃料造成的温室效应问题日趋严重，如何将CO2等温室气体转换为有价值的清洁能源成为了一个亟需解决的问题。甲醇是CO2加氢产物之一，它是结构最为简单的饱和一元醇，作为基础有机化工原料，其消费量仅次于乙烯、丙烯和苯，主要用于塑料、精细化学品、石油化工等领域。此外，甲醇也是一种新型的清洁能源，由于其具有良好的抗爆性和高辛烷值，可以作为车用燃料。目前工业上通过CO2及氢气制备甲醇的流程一般需要在高温高压的条件(30个大气压及200℃以上)下进行，这种高温高压的条件不但限制了甲醇的规模化生产，而且造成了额外的能源浪费。
因此，开发一种空气直接捕碳与利用二氧化碳和水在常温常压下合成甲醇的装置和方法具有重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术中空气中二氧化碳易引起温室效应，且利用二氧化碳制甲醇需要在高温高压下进行的缺点，进而提供一种空气中直接捕碳与利用二氧化碳和水在常温常压下合成甲醇的装置和方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，包括空气捕碳系统和甲醇合成系统；
空气捕碳系统包括依次连接的空气压缩装置、二氧化碳吸收装置、二氧化碳再生装置、二氧化碳储存装置；
甲醇合成系统包括依次连接的水储存装置、水加热装置、气体混合装置和甲醇合成装置，所述二氧化碳储存装置的出气口与气体混合装置的二氧化碳进气口连接；所述甲醇合成装置为介质阻挡放电反应器。
可选的，所述空气捕碳系统还包括，
换热装置，设置于所述二氧化碳吸收装置和二氧化碳再生装置之间，所述换热装置具有富液进口、富液出口、贫液进口和贫液出口，所述换热装置的富液进口与二氧化碳吸收装置的富液出口连接，所述换热装置的富液出口与二氧化碳再生装置的富液进口连接。
可选的，所述换热装置的富液进口与二氧化碳吸收装置的富液出口之间设置有冷富液泵；
所述换热装置的富液出口与二氧化碳再生装置的富液进口之间设置有依次连接的富液储存装置和热富液泵；
所述二氧化碳再生装置和二氧化碳储存装置之间设置有二氧化碳压缩装置。
可选的，所述二氧化碳再生装置具有富液进口、二氧化碳出口、贫液进口和贫液出口，所述二氧化碳再生装置的贫液出口与换热装置的贫液进口之间设置有热贫液泵；
所述二氧化碳再生装置的贫液出口和贫液进口之间设置有加热装置。
可选的，所述二氧化碳吸收装置具有空气进口、富液出口、贫液进口和空气出口，所述空气压缩装置的出气口与二氧化碳吸收装置的空气进口连接，所述换热装置的贫液出口与二氧化碳吸收装置的贫液进口之间设置有依次连接的贫液储存装置和冷贫液泵。
可选的，所述气体混合装置具有二氧化碳进气口、水蒸气进气口和混合气体出气口，所述二氧化碳储存装置的出气口与气体混合装置的二氧化碳进气口之间设置有二氧化碳阀门，所述水加热装置和气体混合装置的水蒸气进气口之间设置有水蒸气阀门；所述水储存装置和水加热装置之间设置有水泵。
可选的，所述二氧化碳吸收装置为二氧化碳吸收塔，吸收塔内设置有二氧化碳吸收剂；
所述二氧化碳再生装置为二氧化碳再生塔。
可选的，还包括可再生能源发电系统，所述可再生能源发电系统产生的弃电为空气捕碳系统和甲醇合成系统供电。
本发明提供一种利用二氧化碳和水合成甲醇的方法，采用上述所述的装置进行。
可选的，所述方法包括如下步骤：当可再生能源发电系统具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统工作，利用化学吸收法直接从空气中捕集二氧化碳，捕集得到的二氧化碳在甲醇合成系统中与水重整合成为甲醇。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，利用空气捕碳系统从空气中直接捕碳，然后利用甲醇合成系统中介质阻挡放电反应器，基于等离子体的CO2和水重整合成甲醇，实现了甲醇合成过程中CO2的连续供应，节省了原料的运输成本，在降低碳减排的同时实现了CO2的资源化利用。
进一步的，利用可再生能源发电系统产生的弃电为空气捕碳系统和甲醇合成系统供电，不仅不会对可再生能源发电系统产生影响，还有效解决了可再生能源的弃电问题，且可再生能源储量丰富，在开发利用过程中对环境影响较小，利用波动性新能源驱动捕碳系统直接从空气中捕集CO2，能够降低空气中CO2含量，并且在捕碳过程中不产生附加的CO2，是缓解全球气候变化的重要途径之一。利用介质阻挡放电反应器，基于等离子体技术，实在了常温常压下CO2的资源化利用，与CO2和氢气催化加氢制甲醇相比，既减少了反应流程，还能避免电解水制氢所需要的额外能耗。可再生能源发电、空气直接捕碳和甲醇合成三者有效集成，整个系统可灵活运行，当有弃电时系统运行，无弃电时系统可以停止运行；同时富液储存装置、贫液储存装置、二氧化碳储存装置、水储存装置的存在，将捕碳的吸收环节、捕碳的解析环节、CO2的利用环节独立控制，有利于提高集成系统接受波动性新能源的能力。设备安装受地点约束较少，适用于有可再生能源发电的多种场所。即本发明提供的装置通过再生能源发电系统，空气捕碳系统和甲醇合成系统的集成，实现了利用可再生能源驱动空气直接捕碳与利用CO2和水在常温常压下合成甲醇，既实现了可再生能源弃电的消纳问题，同时还达到了碳减排、CO2资源化利用的多重目标。
附图说明
图1为本发明利用二氧化碳和水合成甲醇的装置的示意图；
图2为本发明利用可再生能源发电系统驱动的二氧化碳和水合成甲醇的装置的示意图；
图3为介质阻挡放电反应器结构示意图。
其中：1-可再生能源发电系统；2-空气捕碳系统；3-甲醇合成系统；4-空气压缩装置；5-二氧化碳吸收装置；6-冷富液泵；7-换热装置；8-富液储存装置；9-热富液泵；10-二氧化碳再生装置；11-加热装置；12-热贫液泵；13-贫液储存装置；14-冷贫液泵；15-二氧化碳压缩装置；16-二氧化碳储存装置；17-二氧化碳阀门；18-气体混合装置；19-水储存装置；20-水泵；21-水加热装置；22-水蒸气阀门；23-甲醇合成装置；24-进气管；25-出气管；26-高级电压；27-接地电极；28-绝缘介质；29-气体分布器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1和2所示，本发明提供了一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，包括空气捕碳系统2和甲醇合成系统3；
空气捕碳系统2包括依次连接的空气压缩装置4、二氧化碳吸收装置5、二氧化碳再生装置10、二氧化碳储存装置16；
甲醇合成系统3包括依次连接的水储存装置19、水加热装置21、气体混合装置18和甲醇合成装置23，所述二氧化碳储存装置16的出气口与气体混合装置18的二氧化碳进气口连接；所述甲醇合成装置23为介质阻挡放电反应器。
可选的，所述空气压缩装置4为空气压缩机，二氧化碳吸收装置5为二氧化碳吸收塔，吸收塔内设置有二氧化碳吸收剂，可选的，二氧化碳吸收剂可以为单乙醇胺、混合胺或多孔液体，所述多孔液体可为ZIF-8/乙二醇、ZSM-5/大体积离子液体，通过CO2与吸收剂之间的化学反应来捕集空气中的CO2。
可选的，二氧化碳再生装置10可为二氧化碳再生塔，二氧化碳富液在再生塔中在高温作用下进行解析进而释放二氧化碳，可选的，控制再生塔内富液温度为110-120℃。
可选的，所述二氧化碳吸收塔和再生塔均为填料塔，采用惰性金属填料，填料的作用是保证气液两相充分接触。
可选的，二氧化碳储存装置16为二氧化碳储存罐，水储存装置19为水储存罐、水加热装置21为水加热器、气体混合装置18为气体混合器。
可选的，甲醇合成装置23为介质阻挡放电反应器，所述介质阻挡放电反应器为本领域常规介质阻挡放电反应器，可通过市购获得或通过现有技术自行设计获得。可选的，如图3所示，所述介质阻挡放电反应器为一种介质阻挡放电装置，包括进气管24、出气管25、高级电压26、接地电极27、绝缘介质28和气体分布器29；二氧化碳和水蒸气的混合气体从进气管24中进入，合成的甲醇气体从出气管25中排出。
本发明提供的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，利用空气捕碳系统2从空气中直接捕碳，然后利用甲醇合成系统3中介质阻挡放电反应器，基于等离子体的CO2和水重整合成甲醇，实现了甲醇合成过程中CO2的连续供应，节省了原料的运输成本，在降低碳减排的同时实现了CO2的资源化利用。
在一可选实施例中，如图2所示，还包括可再生能源发电系统1，所述可再生能源发电系统1产生的弃电为空气捕碳系统2和甲醇合成系统3供电。可选的，所述可再生能源发电系统1可为风力发电系统或光伏发电系统。可选的，可再生能源发电系统1可为装置内任何需要能量的部件进行供电，以提供所需的能量。可选的，所述可再生能源发电系统1与再沸器连接，以为再生塔提供热量，所述可再生能源发电系统1与水加热器连接，将水加热为水蒸气；所述可再生能源发电系统1与介质阻挡放电反应器连接，通电后介质阻挡放电反应器内形成等离子区，进行介质阻挡放电反应，反应中水分子被放电击穿产生了化学性质活跃的氢离子基，氢离子基进一步与CO2发生反应合成甲醇。与CO2和氢气催化加氢制甲醇相比，基于等离子体的CO2和水直接合成甲醇，既减少了反应流程，还能避免电解水制氢所需要的额外能耗，大大提高了能源利用率。
可选的，在甲醇合成系统3的气体混合器中，为保证CO2充分转化，水蒸气和CO2气体混合时的摩尔比为(6～12)：1。
本发明利用可再生能源发电系统1产生的弃电为空气捕碳系统2和甲醇合成系统3供电，不仅不会对可再生能源发电系统1产生影响，还有效解决了可再生能源的弃电问题，且可再生能源储量丰富，在开发利用过程中对环境影响较小，利用波动性新能源驱动捕碳系统直接从空气中捕集CO2，能够降低空气中CO2含量，并且在捕碳过程中不产生附加的CO2，是缓解全球气候变化的重要途径之一。利用介质阻挡放电反应器，基于等离子体技术，实在了常温常压下CO2的资源化利用，与CO2和氢气催化加氢制甲醇相比，既减少了反应流程，还能避免电解水制氢所需要的额外能耗。可再生能源发电、空气直接捕碳和甲醇合成三者有效集成，整个系统可灵活运行，当有弃电时系统运行，无弃电时系统可以停止运行；同时富液储存装置8、贫液储存装置13、二氧化碳储存装置16、水储存装置19的存在，将捕碳的吸收环节、捕碳的解析环节、CO2的利用环节独立控制，有利于提高集成系统接受波动性新能源的能力。设备安装受地点约束较少，适用于有可再生能源发电的多种场所。即本发明提供的装置通过再生能源发电系统，空气捕碳系统2和甲醇合成系统3的集成，实现了利用可再生能源驱动空气直接捕碳与利用CO2和水在常温常压下合成甲醇，既实现了可再生能源弃电的消纳问题，同时还达到了碳减排、CO2资源化利用的多重目标。
在一可选实施例中，所述空气捕碳系统2还包括，
换热装置7，设置于所述二氧化碳吸收装置5和二氧化碳再生装置10之间，所述换热装置7具有富液进口、富液出口、贫液进口和贫液出口，所述换热装置7的富液进口与二氧化碳吸收装置5的富液出口连接，所述换热装置7的富液出口与二氧化碳再生装置10的富液进口连接。
可选的，所述换热装置7为换热器，吸收塔与富液储存罐之间连接有换热器，有利于提高能源的利用率，降低成本。
在一可选实施例中，所述换热装置7的富液进口与二氧化碳吸收装置5的富液出口之间设置有冷富液泵6；
所述换热装置7的富液出口与二氧化碳再生装置10的富液进口之间设置有依次连接的富液储存装置8和热富液泵9；可选的，所述富液储存装置8为富液储存罐。
所述二氧化碳再生装置10和二氧化碳储存装置16之间设置有二氧化碳压缩装置15。可选的，所述二氧化碳压缩装置15为二氧化碳压缩机。
在一可选实施例中，所述二氧化碳再生装置10具有富液进口、二氧化碳出口、贫液进口和贫液出口，所述二氧化碳再生装置10的贫液出口与换热装置7的贫液进口之间设置有热贫液泵12；
所述二氧化碳再生装置10的贫液出口和贫液进口之间设置有加热装置11。可选的，所述加热装置11为再沸器。本发明在再生塔底部设有再沸器，通过再沸器加热的方式将富液中的CO2与吸收剂分离。
在一可选实施例中，所述二氧化碳吸收装置5具有空气进口、富液出口、贫液进口和空气出口，所述空气压缩装置4的出气口与二氧化碳吸收装置5的空气进口连接，所述换热装置7的贫液出口与二氧化碳吸收装置5的贫液进口之间设置有依次连接的贫液储存装置13和冷贫液泵14。可选的，所述贫液储存装置13为贫液储存罐。
在一可选实施例中，所述气体混合装置18具有二氧化碳进气口、水蒸气进气口和混合气体出气口，所述二氧化碳储存装置16的出气口与气体混合装置18的二氧化碳进气口之间设置有二氧化碳阀门17，所述水加热装置21和气体混合装置18的水蒸气进气口之间设置有水蒸气阀门22；所述水储存装置19和水加热装置21之间设置有水泵20。
本发明还提供一种利用二氧化碳和水合成甲醇的方法，采用上述所述的装置进行。
可选的，所述方法包括如下步骤：当可再生能源发电系统1具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统2工作，利用化学吸收法直接从空气中捕集二氧化碳，捕集得到的二氧化碳在甲醇合成系统3中与水重整合成为甲醇。
在本发明中可再生能源发电系统1中的弃电为空气捕碳系统2和甲醇合成系统3供电；空气通过空气压缩机进入二氧化碳吸收塔，吸收塔中的碳捕集化学吸收剂(单乙醇胺、混合胺或多孔液体)对CO2进行选择性吸收，吸收CO2后的富液自吸收塔底部的富液出口流出后经过换热器进入富液储存罐；富液储存罐中的富液经过管路输送至二氧化碳再生塔进行CO2再生，再生后含有吸收剂的贫液从再生塔的底部流出并经过换热器输送至贫液储存罐备用；再生过程得到的CO2气体经二氧化碳压缩机送至二氧化碳储存罐；水储存罐中的水经过水加热器后与二氧化碳储存罐中的CO2在气体混合器中进行混合，之后将混合后的气体经过管路输送至甲醇合成装置23中进行反应，从而得到甲醇。
以下通过具体的实施例阐述本发明方案。
实施例1
参见图1和图2，本实施例提供了一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，包括空气捕碳系统2和甲醇合成系统3；
空气捕碳系统2包括依次连接的空气压缩装置4、二氧化碳吸收装置5、二氧化碳再生装置10、二氧化碳储存装置16；
甲醇合成系统3包括依次连接的水储存装置19、水加热装置21、气体混合装置18和甲醇合成装置23，所述二氧化碳储存装置16的出气口与气体混合装置18的二氧化碳进气口连接；所述甲醇合成装置23为介质阻挡放电反应器；
所述空气压缩装置4为空气压缩机，二氧化碳吸收装置5为二氧化碳吸收塔，吸收塔内设置有二氧化碳吸收剂，二氧化碳吸收剂为单乙醇胺；
二氧化碳再生装置10可为再生塔，二氧化碳富液在再生塔中在高温作用下进行解析进而释放二氧化碳，控制再生塔内富液温度为110℃；
二氧化碳储存装置16为二氧化碳储存罐，水储存装置19为水储存罐、水加热装置21为水加热器、气体混合装置18为气体混合器；
甲醇合成装置23为介质阻挡放电反应器，如图3所示，所述介质阻挡放电反应器包括进气管24、出气管25、高级电压26、接地电极27、绝缘介质28和气体分布器29；
所述空气捕碳系统2还包括，
换热装置7，设置于所述二氧化碳吸收装置5和二氧化碳再生装置10之间，所述换热装置7具有富液进口、富液出口、贫液进口和贫液出口，所述换热装置7的富液进口与二氧化碳吸收装置5的富液出口连接，所述换热装置7的富液出口与二氧化碳再生装置10的富液进口连接；
如图2所示，还包括可再生能源发电系统1，所述可再生能源发电系统1产生的弃电为空气捕碳系统2和甲醇合成系统3供电，所述可再生能源发电系统1可为风力发电系统；
所述换热装置7为换热器，所述换热装置7的富液进口与二氧化碳吸收装置5的富液出口之间设置有冷富液泵6；
所述换热装置7的富液出口与二氧化碳再生装置10的富液进口之间设置有依次连接的富液储存装置8和热富液泵9；可选的，所述富液储存装置8为富液储存罐；
所述二氧化碳再生装置10和二氧化碳储存装置16之间设置有二氧化碳压缩装置15。所述二氧化碳压缩装置15为二氧化碳压缩机；
所述二氧化碳再生装置10具有富液进口、二氧化碳出口、贫液进口和贫液出口，所述二氧化碳再生装置10的贫液出口与换热装置7的贫液进口之间设置有热贫液泵12；
所述二氧化碳再生装置10的贫液出口和贫液进口之间设置有加热装置11。所述加热装置11为再沸器；
所述二氧化碳吸收装置5具有空气进口、富液出口、贫液进口和空气出口，所述空气压缩装置4的出气口与二氧化碳吸收装置5的空气进口连接，所述换热装置7的贫液出口与二氧化碳吸收装置5的贫液进口之间设置有依次连接的贫液储存装置13和冷贫液泵14。所述贫液储存装置13为贫液储存罐；
所述气体混合装置18具有二氧化碳进气口、水蒸气进气口和混合气体出气口，所述二氧化碳储存装置16的出气口与气体混合装置18的二氧化碳进气口之间设置有二氧化碳阀门17，所述水加热装置21和气体混合装置18的水蒸气进气口之间设置有水蒸气阀门22；所述水储存装置19和水加热装置21之间设置有水泵20；
基于上述装置中进行CO2制备甲醇：当可再生能源发电系统1具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统2工作，利用单乙醇胺作为化学吸收剂直接从空气中捕集CO2；在甲醇合成系统3，水蒸气和CO2气体按照8：1的比例混合后在等离子体作用下于常温常压下重整为甲醇。
实施例2
本实施例提供了一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其与实施例1相比区别在于，所述可再生能源发电系统1是光伏发电系统，多孔液体(ZIF-8/乙二醇)作为化学吸收剂，在甲醇合成系统3，水蒸气和CO2气体按照10：1的比例混合后在等离子体作用下于常温常压下重整为甲醇。
实施例3
本实施例提供了一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其与实施例1相比区别在于，所述可再生能源发电系统1是风力发电系统，多孔液体(ZSM-5/大体积离子液体)作为化学吸收剂，在甲醇合成系统3，水蒸气和CO2气体按照12：1的比例混合后在等离子体作用下于常温常压下重整为甲醇。
实施例4
本实施例提供一种利用二氧化碳和水合成甲醇的方法，采用上述所述的装置进行，包括如下步骤：
可再生能源发电系统1中的弃电为空气捕碳系统2和甲醇合成系统3供电；空气通过空气压缩机进入二氧化碳吸收塔底部，来自贫液储存罐的贫液经冷贫液泵14后自塔顶进入吸收塔，吸收塔中的吸收剂和空气逆向接触，吸收剂对CO2进行选择性吸收，脱碳处理后的空气自吸收塔的塔顶排到大气中，吸收CO2后的富液自吸收塔底部的富液出口流出后，经冷富液泵6在换热器处与来自再生塔的贫液进行换热后，流向富液储存罐储存；
当再生塔工作时，富液储存罐中的富液经热富液泵9进入在再生塔中进行再生，塔底设有再沸器，再沸器由可再生能源发电系统1驱动，为再生塔提供热量；从再生塔中再生后的贫液经热贫液泵12后在换热器处与来自吸收塔的冷富液换热后，流向贫液储存罐，继续循环使用；
从再生塔的顶部出来的CO2气体经二氧化碳压缩机进入二氧化碳储存罐保存，用于甲醇的合成；
在甲醇合成系统3中，水储存罐中的水经水泵20后进入水加热器进行气化，水加热器所需的电能来自可再生能源发电系统1，气化后的水蒸气经水蒸气阀门22后进入气体混合器；来自空气捕碳系统2的CO2气体从二氧化碳储存罐经二氧化碳阀门17后进入气体混合器；在气体混合器处，水蒸气和CO2气体按照10：1的比例进行混合，随后混合气进入甲醇合成装置23中，于常温常压下利用介质阻挡放电冷等离子体重整CO2，甲醇合成装置23与可再生能源发电系统1通电后形成等离子区，进行介质阻挡放电反应，反应中水分子被放电击穿产生了化学性质活跃的氢离子基，氢离子基进一步与CO2发生反应合成甲醇。
本发明提供的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，当可再生能源发电系统1具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统2工作，利用化学吸收法直接从空气中捕集二氧化碳，捕集得到的二氧化碳在甲醇合成系统3，在等离子体作用下，于常温常压的反应条件下与水重整为甲醇。装置主要由可再生能源发电系统1、空气捕碳系统2和甲醇合成系统3组成。该系统的集成方式如下：可再生能源系统产生的弃电为空气捕碳系统2和甲醇合成系统3提供电耗和热耗，空气捕碳系统2采用化学吸收法对空气中的CO2进行捕集，捕集得到的CO2和水以一定的比例混合后进入甲醇合成装置23，在等离子体作用下，于常温常压的反应条件下将CO2和水重整为甲醇。本发明利用可再生能源产生的弃电来驱动整个集成系统，在常温常压下实现了CO2重整为甲醇，有效提升了可再生能源发电的消纳能力，并在降低碳减排的同时实现了CO2的资源化利用；此外，由于富液储存罐、贫液储存罐、CO2储存罐和水储存罐的存在，集成系统可灵活运行，具有较高的接受波动性新能源的能力。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，包括空气捕碳系统和甲醇合成系统；
空气捕碳系统包括依次连接的空气压缩装置、二氧化碳吸收装置、二氧化碳再生装置、二氧化碳储存装置；
甲醇合成系统包括依次连接的水储存装置、水加热装置、气体混合装置和甲醇合成装置，所述二氧化碳储存装置的出气口与气体混合装置的二氧化碳进气口连接；所述甲醇合成装置为介质阻挡放电反应器。
2.根据权利要求1所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，所述空气捕碳系统还包括，
换热装置，设置于所述二氧化碳吸收装置和二氧化碳再生装置之间，所述换热装置具有富液进口、富液出口、贫液进口和贫液出口，所述换热装置的富液进口与二氧化碳吸收装置的富液出口连接，所述换热装置的富液出口与二氧化碳再生装置的富液进口连接。
3.根据权利要求2所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，所述换热装置的富液进口与二氧化碳吸收装置的富液出口之间设置有冷富液泵；
所述换热装置的富液出口与二氧化碳再生装置的富液进口之间设置有依次连接的富液储存装置和热富液泵；
所述二氧化碳再生装置和二氧化碳储存装置之间设置有二氧化碳压缩装置。
4.根据权利要求3所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，所述二氧化碳再生装置具有富液进口、二氧化碳出口、贫液进口和贫液出口，所述二氧化碳再生装置的贫液出口与换热装置的贫液进口之间设置有热贫液泵；
所述二氧化碳再生装置的贫液出口和贫液进口之间设置有加热装置。
5.根据权利要求4所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，所述二氧化碳吸收装置具有空气进口、富液出口、贫液进口和空气出口，所述空气压缩装置的出气口与二氧化碳吸收装置的空气进口连接，所述换热装置的贫液出口与二氧化碳吸收装置的贫液进口之间设置有依次连接的贫液储存装置和冷贫液泵。
6.根据权利要求1-5任一项所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，所述气体混合装置具有二氧化碳进气口、水蒸气进气口和混合气体出气口，所述二氧化碳储存装置的出气口与气体混合装置的二氧化碳进气口之间设置有二氧化碳阀门，所述水加热装置和气体混合装置的水蒸气进气口之间设置有水蒸气阀门；所述水储存装置和水加热装置之间设置有水泵。
7.根据权利要求1-6任一项所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，所述二氧化碳吸收装置为二氧化碳吸收塔，吸收塔内设置有二氧化碳吸收剂；
所述二氧化碳再生装置为二氧化碳再生塔。
8.根据权利要求1-7任一项所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的装置，其特征在于，还包括可再生能源发电系统，所述可再生能源发电系统产生的弃电为空气捕碳系统和甲醇合成系统供电。
9.一种利用二氧化碳和水合成甲醇的方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的装置进行。
10.根据权利要求9所述的利用二氧化碳和水合成甲醇的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：当可再生能源发电系统具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统工作，利用化学吸收法直接从空气中捕集二氧化碳，捕集得到的二氧化碳在甲醇合成系统中与水重整合成为甲醇。
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