一种等离子体固碳系统及固碳方法技术方案

公开了等离子体固碳系统及固碳方法，其中，等离子体固碳系统中，等离子体反应器的第一通道和第二通道分别设有流量控制器，等离子体反应器经由高压电极连接高电压以及经由地电极接地，水、或氢气、或甲烷分别与二氧化碳混合，在流量控制器的控制下，以预定比例通入等离子体反应器，冷凝器连接等离子体反应器以冷凝来自等离子体反应器中的转化产物和未反应完全的反应物，并选择性的用于等离子体反应器中循环，从而通过常温等离子体技术、在免除催化剂的情况下实现环保治理。

A plasma carbon fixation system and method

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体固碳系统及固碳方法
本专利技术涉及二氧化碳转化
，特别是一种等离子体固碳系统及固碳方法。
技术介绍
一方面，气候变暖和资源枯竭是亟需解决的全球性问题，化石能源的低效率滥用导致了化石能源的匮乏和CO2的过度排放，使大气中CO2浓度显著提高，造成全球平均气温上升。例如，挥发性有机污染物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)是空气污染的一大污染源，长期暴露在其中也危害人体健康。另一方面，俘获、收集工业废气和大气中的CO2资源，通过一定的技术手段将其转化为燃料进行贮存，对于改善目前的化石能源现状和减少大气CO2浓度具有重要的现实意义。CO2分子结构十分稳定，高化学惰性使其难以活化，通常在高温、催化下才会使其分解，热能成本高，而CO2加氢燃料化过程则是放热反应，高温不利于反应的进行。目前关于CO2转化利用的现有技术中，主要存在如下问题：1)多数以实现CO2和CH4的同步资源化为目的，即同步处理CO2和CH4的混合气体，在一定条件下使其重整为含有CO和H2的合成气，将合成气作为原料被进一步加工成化工产品，但目前的技术导致重整反应温度较高，转化效率低，积碳严重，未达到工业化应用的阶段。2)在一定条件下，CO2加氢可以直接转化为燃料，成为目前的研究热点，而现有的CO2加氢反应系统多采用催化剂为主，聚焦于改进催化剂结构、改善催化剂合成方法、合成新型高效催化剂和优化反应条件上，虽然CO2转化效率有所提高，转化产物趋于可控，但催化剂的失活问题和催化剂的二次处理问题仍未得到有效解决。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种等离子体固碳系统及固碳方法，利用等离子体技术在常温下实现CO2与CH4的重整或CO2的加氢燃料化，降低反应能耗。不同反应物在等离子体反应器中转化合成不同产物，通过对产物的冷凝分离，实现燃料分离，分离出的物质可以进行循环反应。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。一种等离子体固碳系统，包括，等离子体反应器，第一分离器，冷凝器，和第二分离器；所述等离子体反应器，包括第一通道、第二通道、高压电极、地电极且经由高压电极连接高电压以及经由地电极接地；其中，所述第一通道和第二通道分别设有对应的流量控制器；所述等离子体反应器经由第一通道输入二氧化碳作为第一反应物，以及经由第二通道输入氢气或甲烷或水作为第二反应物，且：所述等离子体反应器用于在等离子体的作用下和流量控制器的控制下，将第一反应物与第二反应物进行反应以得到转化产物，并将所述转化产物与可能未反应完全的：第一反应物和/或第二反应物输出至所述冷凝器；所述冷凝器连接所述等离子体反应器的输出，以确保可能未反应完全的二氧化碳和可能获得的转化产物中的氢气、以及可能未反应完全的氢气在不被冷凝的情况下，对来自等离子体反应器中的所有转化产物和可能未反应完全的甲烷或水进行冷凝，以实现气液分离；并且，所述冷凝器将冷凝得到的液体物质通入所述第一分离器，而未被冷凝的那部分气体物质通入所述第二分离器，其中，所述未被冷凝的那部分气体物质包括：可能未反应完全的二氧化碳和可能获得的转化产物中的氢气、以及可能未反应完全的氢气；所述冷凝器通过所述第一分离器以将冷凝后的液体物质逐一分离，分离后的燃料和化工原料储存备用，且在有需要的情况下将可用于第二反应物的甲烷或水的那部分经由第二通道循环反应到等离子体反应器；所述冷凝器通过所述第二分离器以将所述未被冷凝的那部分气体物质分离为二氧化碳和其他气体，且二氧化碳经由所述第一通道循环反应到等离子体反应器，所述其他气体经由第二通道循环反应到等离子体反应器，其中，所述其他气体包括：所述可能获得的转化产物中的氢气、以及所述可能未反应完全的氢气。根据本专利技术另一方面，一种所述等离子体固碳系统的固碳方法，包括以下步骤，S100、以二氧化碳作为第一反应物，以氢气或甲烷或水作为第二反应物，且：在等离子体的作用下和对第一反应物以及第二反应物的反应量的控制下，将第一反应物与第二反应物进行反应以得到转化产物，并将所述转化产物与可能未反应完全的：第一反应物和/或第二反应物输出并冷凝以实现气液分离；其中，在确保可能未反应完全的二氧化碳、可能获得的转化产物中的氢气、可能未反应完全的氢气在不被冷凝的情况下，对所述转化产物和可能未反应完全的甲烷或水进行冷凝，以实现气液分离；S200、将冷凝得到的液体物质进行第一次分离，分离后的燃料和化工原料储存备用，且在有需要的情况下将可用于第二反应物的甲烷或水的那部分再次迭代到步骤S100中作为第二反应物；S300、未被冷凝的那部分气体物质进行第二次分离，并将可用于第一反应物的二氧化碳再次迭代到步骤S100中作为第一反应物，以及将可用于第二反应物的氢气再次迭代到步骤S100中作为第二反应物。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用等离子体固碳对反应物无选择性，可以实现CO2与CH4(即二氧化碳与甲烷)的重整反应、或者：CO2与H2(即二氧化碳与氢气)、CO2与H2O(即二氧化碳与氢气)的加氢反应，由于无需催化剂，所以本专利技术可以解决目前CO2转化中使用催化剂带来的问题，如避免催化剂的积碳失活问题；此外，本专利技术利用等离子体固碳，这使得其可以在常温下进行，解决了现有技术中CO2分解和加氢转化对温度有所需求的问题，从而大幅降低反应温度，避免消耗大量热能。换言之，本专利技术所揭示的基于等离子体的固碳技术，能够高效地将CO2减少并有效利用，是节能减排的高新技术手段，将大幅降低碳排放，改善环境质量。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术的一个实施例中的等离子体固碳系统结构示意图；图2是本专利技术的另一个实施例中的等离子体固碳系统结构示意图；以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的解释。具体实施方式下面将参照附图1至图2更详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然附图中显示了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体固碳系统，包括，/n等离子体反应器，第一分离器，冷凝器，和第二分离器；/n所述等离子体反应器，包括第一通道、第二通道、高压电极、地电极且经由高压电极连接高电压以及经由地电极接地；其中，所述第一通道和第二通道分别设有对应的流量控制器；/n所述等离子体反应器经由第一通道输入二氧化碳作为第一反应物，以及经由第二通道输入氢气或甲烷或水作为第二反应物，且：所述等离子体反应器用于在等离子体的作用下和流量控制器的控制下，将第一反应物与第二反应物进行反应以得到转化产物，并将所述转化产物与可能未反应完全的：第一反应物和/或第二反应物输出至所述冷凝器；/n所述冷凝器连接所述等离子体反应器的输出，以确保可能未反应完全的二氧化碳和可能获得的转化产物中的氢气、以及可能未反应完全的氢气在不被冷凝的情况下，对来自等离子体反应器中的所有转化产物和可能未反应完全的甲烷或水进行冷凝，以实现气液分离；并且，所述冷凝器将冷凝得到的液体物质通入所述第一分离器，而未被冷凝的那部分气体物质通入所述第二分离器，其中，所述未被冷凝的那部分气体物质包括：可能未反应完全的二氧化碳和可能获得的转化产物中的氢气、以及可能未反应完全的氢气；/n所述冷凝器通过所述第一分离器以将冷凝后的液体物质逐一分离，分离后的燃料和化工原料储存备用，且在有需要的情况下将可用于第二反应物的甲烷或水的那部分经由第二通道循环反应到等离子体反应器；/n所述冷凝器通过所述第二分离器以将所述未被冷凝的那部分气体物质分离为二氧化碳和其他气体，且二氧化碳经由所述第一通道循环反应到等离子体反应器，所述其他气体经由第二通道循环反应到等离子体反应器，其中，所述其他气体包括：所述可能获得的转化产物中的氢气、以及所述可能未反应完全的氢气。/n...

【技术特征摘要】
1.一种等离子体固碳系统，包括，
等离子体反应器，第一分离器，冷凝器，和第二分离器；
所述等离子体反应器，包括第一通道、第二通道、高压电极、地电极且经由高压电极连接高电压以及经由地电极接地；其中，所述第一通道和第二通道分别设有对应的流量控制器；
所述等离子体反应器经由第一通道输入二氧化碳作为第一反应物，以及经由第二通道输入氢气或甲烷或水作为第二反应物，且：所述等离子体反应器用于在等离子体的作用下和流量控制器的控制下，将第一反应物与第二反应物进行反应以得到转化产物，并将所述转化产物与可能未反应完全的：第一反应物和/或第二反应物输出至所述冷凝器；
所述冷凝器连接所述等离子体反应器的输出，以确保可能未反应完全的二氧化碳和可能获得的转化产物中的氢气、以及可能未反应完全的氢气在不被冷凝的情况下，对来自等离子体反应器中的所有转化产物和可能未反应完全的甲烷或水进行冷凝，以实现气液分离；并且，所述冷凝器将冷凝得到的液体物质通入所述第一分离器，而未被冷凝的那部分气体物质通入所述第二分离器，其中，所述未被冷凝的那部分气体物质包括：可能未反应完全的二氧化碳和可能获得的转化产物中的氢气、以及可能未反应完全的氢气；
所述冷凝器通过所述第一分离器以将冷凝后的液体物质逐一分离，分离后的燃料和化工原料储存备用，且在有需要的情况下将可用于第二反应物的甲烷或水的那部分经由第二通道循环反应到等离子体反应器；
所述冷凝器通过所述第二分离器以将所述未被冷凝的那部分气体物质分离为二氧化碳和其他气体，且二氧化碳经由所述第一通道循环反应到等离子体反应器，所述其他气体经由第二通道循环反应到等离子体反应器，其中，所述其他气体包括：所述可能获得的转化产物中的氢气、以及所述可能未反应完全的氢气。


2.如权利要求1所述的等离子体固碳系统，其中，优选的，所述二氧化碳来自于工业废气或从大气中捕捉、采集，或来自于VOCs降解系统。


3.如权利要求1所述的等离子体固碳系统，其中，
1)H2和CO2混合，在流量控制器的控制下，以3∶1比例通入等离子体反应器转化生成CH3OH和H2O；或
2)H2和CO2混合，在流量控制器的控制下，以4∶1比例通入等离子体反应器转化生成CH4和H2O；或
3)H2和CO2混合，在流量控制器的控制下，以1∶1比例通入等离子体反应器转化生成CO和H2O；或
4)CH4和CO2混合，在流量控制器的控制下，以1∶1比例通入等离子体反应器转化生成CO和H4；或
...

【专利技术属性】
技术研发人员：常正实，王聪，张冠军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61