CN208279580U - 一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统 - Google Patents

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丁斌
石书强
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Abstract

一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，包括太阳能水电解装置、二氧化碳收集器、甲烷化设备和甲烷燃烧炉，太阳能水电解装置为光催化反应器或人工光合作用反应器，将水分解为氢气和氧气，并通过氢气输送管向甲烷化设备输送氢气，通过氧气输送管向甲烷燃烧炉输送氧气；甲烷燃烧炉燃烧生成的水蒸气和二氧化碳分别通过回水管和二氧化碳回收管回收进入太阳能水电解装置和二氧化碳收集器。本系统充分利用绿色太阳能进行水的电解生产氧气和氢气，同时利用二氧化碳收集装置收集温室气体二氧化碳，燃料甲烷燃烧后的产物也重返呢回收进入系统进行循环利用，实现了将太阳能转化为清洁的化学能，同时避免了二氧化碳造成的大气污染和温室效应。

Description

一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统
技术领域
本实用新型属于清洁能源技术领域，特别是涉及一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统。
背景技术
目前，大量排放的二氧化碳所引起的严重生态和环境问题，全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多种温室气体。由于这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。
将温室气体CO2转变为高附加值的化工产品成为国内外产业和学术界研究和讨论的热点。现有处理二氧化碳的方法有封存、用作植物气肥和果蔬保鲜剂、作为灭火器的原料、作为肥料，此外还有工业上可制纯碱、尿素、汽水等，二氧化碳的成品干冰可作制冷剂，保藏容易变坏的食物，还可用于人工降雨。但是上述现有方法均具有成本高和消耗能源大的缺点，还需要进一步开发新的可持续型二氧化碳处理方式。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，以解决现有二氧化碳处理方法成本高、消耗能源大的问题。
为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，其特征在于：包括太阳能水电解装置、二氧化碳收集器、甲烷化设备和甲烷燃烧炉，所述太阳能水电解装置在太阳能的作用下将水分解为氢气和氧气，并通过氢气输送管向甲烷化设备输送氢气，通过氧气输送管向甲烷燃烧炉输送氧气；所述二氧化碳收集器通过二氧化碳输送管向甲烷化设备输送二氧化碳；所述甲烷化设备通过甲烷输送管将反应生成的甲烷输送到甲烷燃烧炉；所述甲烷燃烧炉燃烧生成的水蒸气和二氧化碳分别通过回水管和二氧化碳回收管回收进入太阳能水电解装置和二氧化碳收集器。
其中，所述太阳能水电解装置可以为光催化反应器或人工光合作用反应器。
作为优选的技术方案，所述太阳能水电解装置包括太阳能发电装置和电解水装置，所述太阳能发电装置通过输电线向电解水装置输送电力。
进一步优选的，还包括混合气分离装置，所述混合气分离装置设于甲烷化设备和甲烷燃烧炉之间的甲烷输送管上，其对甲烷化设备输出的甲烷、水蒸气混合气进行分离，其中甲烷通过甲烷输送管输送到甲烷燃烧炉，水蒸气通过回收管太阳能水电解装置。
更进一步的，所述甲烷化设备的气体入口之前设有限流阀，用于控制氢气与二氧化碳进气比例。
本实用新型的有益效果是：
能够充分利用绿色太阳能，采用光催化反应或人工光合作用方法，将水分解生成氧气和氢气，同时利用二氧化碳收集装置收集温室气体二氧化碳，进一步在甲烷化设备通过氢气与二氧化碳的化学反应生成燃料甲烷和副产物水蒸气，实现了将太阳能转化为清洁的化学能，同时避免了二氧化碳造成的大气污染和温室效应。此外，燃料甲烷燃烧后的产物也重返呢回收进入系统进行循环利用，增加了系统的运行效能。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：
图1为本实用新型涉及的一种实施例利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统示意图；
图2为图1的运行流程示意图。
附图标记：1-太阳能发电装置、2-电解水装置、3-二氧化碳收集器、4-甲烷化设备、5-甲烷燃烧炉、6-氢气输送管、7-二氧化碳输送管、8-甲烷输送管，9-氧气输送管、10-回水管、11-输电线、12-二氧化碳回收管。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本实用新型的利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统的实施例。
在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，其特征在于：包括太阳能水电解装置、二氧化碳收集器3、甲烷化设备4和甲烷燃烧炉5，所述太阳能水电解装置在太阳能的作用下将水分解为氢气和氧气，并通过氢气输送管6向甲烷化设备4输送氢气，通过氧气输送管9向甲烷燃烧炉5输送氧气；所述二氧化碳收集器3通过二氧化碳输送管7向甲烷化设备4输送二氧化碳；所述甲烷化设备4通过甲烷输送管8将反应生成的甲烷输送到甲烷燃烧炉5；所述甲烷燃烧炉5燃烧生成的水蒸气和二氧化碳分别通过回水管10和二氧化碳回收管12回收进入太阳能水电解装置和二氧化碳收集器3。
其中，所述太阳能水电解装置可以为光催化反应器或人工光合作用反应器。作为一种实施例，如图1，所述太阳能水电解装置包括太阳能发电装置1和电解水装置2，所述太阳能发电装置1通过输电线11向电解水装置2输送电力。
还可以包括混合气分离装置，所述混合气分离装置设于甲烷化设备4和甲烷燃烧炉5之间的甲烷输送管8上，其对甲烷化设备4输出的甲烷、水蒸气混合气进行分离，其中甲烷通过甲烷输送管8输送到甲烷燃烧炉5，水蒸气通过回收管太阳能水电解装置。此外，在甲烷化设备4的气体入口之前设有限流阀，用于控制氢气与二氧化碳进气比例。
结合图2说明利用上述实施例的利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统制备甲烷的原理和过程:
第一步，氢气制备：将太阳力发电设备产生的电能输送到电解水装置中，在电流的作用下，水分子发生分解，分别在电解水装置的阴极和阳极产生氢气和氧气，并将气体分别收集，其中氧气作为产品进行利用，氢气则作为下一步反应原料进入甲烷化设备。
第二步，二氧化碳收集：采用二氧化碳收集装置分离、收集、提纯二氧化碳，作为甲烷化的原料进入甲烷化设备。
第三步，甲烷化：将氢气与二氧化碳按照一定的反应比例送入甲烷化设备中，二者在高温高压催化剂的作用下反应生成甲烷和水蒸气。
第四步，甲烷燃烧：将甲烷和氧气输入甲烷燃烧炉，产生热量，生成水和二氧化碳，水蒸气和二氧化碳分别通过回水管10和二氧化碳回收管12回收进入太阳能水电解装置和二氧化碳收集器3。
本实用新型通过分离技术，将甲烷和水蒸气分离，水蒸气冷凝后可以循环利用，甲烷作为产品输出，也可以生产CNG或者LNG产品。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本实用新型之目的为准。

Claims (5)

1.一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，其特征在于：包括太阳能水电解装置、二氧化碳收集器（3）、甲烷化设备（4）和甲烷燃烧炉（5），所述太阳能水电解装置在太阳能的作用下将水分解为氢气和氧气，并通过氢气输送管（6）向甲烷化设备（4）输送氢气，通过氧气输送管（9）向甲烷燃烧炉（5）输送氧气；所述二氧化碳收集器（3）通过二氧化碳输送管（7）向甲烷化设备（4）输送二氧化碳；所述甲烷化设备（4）通过甲烷输送管（8）将反应生成的甲烷输送到甲烷燃烧炉（5）；所述甲烷燃烧炉（5）燃烧生成的水蒸气和二氧化碳分别通过回水管（10）和二氧化碳回收管（12）回收进入太阳能水电解装置和二氧化碳收集器（3）。
2.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，其特征在于：所述太阳能水电解装置为光催化反应器或人工光合作用反应器。
3.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，其特征在于：所述太阳能水电解装置包括太阳能发电装置（1）和电解水装置（2），所述太阳能发电装置（1）通过输电线（11）向电解水装置（2）输送电力。
4.根据权利要求1所述的一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，其特征在于：还包括混合气分离装置，所述混合气分离装置设于甲烷化设备（4）和甲烷燃烧炉（5）之间的甲烷输送管（8）上，其对甲烷化设备（4）输出的甲烷、水蒸气混合气进行分离，其中甲烷通过甲烷输送管（8）输送到甲烷燃烧炉（5），水蒸气通过回收管太阳能水电解装置。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种利用二氧化碳和太阳能制备天然气的循环系统，其特征在于：所述甲烷化设备（4）的气体入口之前设有限流阀，用于控制氢气与二氧化碳进气比例。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112501632A (zh) * 2020-11-26 2021-03-16 北京星途探索科技有限公司 基于太阳能电解水的轨控发动机系统的研究
CN113086944A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 重庆朗福环保科技有限公司 一种二氧化碳捕集转化燃料装置
CN114768520A (zh) * 2022-04-11 2022-07-22 中国农业大学 基于纳米气泡辅助二氧化碳能源化再利用的系统及方法

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