一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统及方法技术方案

本发明专利技术属于可再生能源利用以及温室气体减排技术领域，具体涉及一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统及方法。该系统包括二氧化碳捕集装置、制氢装置、甲酸合成装置和可再生能源发电装置，该系统通过各个装置间的配合作用可以直接利用空气中的二氧化碳和可再生能源发电装置过剩的电能合成高能量甲酸，既减少了可再生能源在用电低谷浪费严重的现象，解决了可再生能源的弃电问题，又降低了空气中温室气体二氧化碳的含量，同时还实现了二氧化碳气体的资源化利用，得到了高能量化合物甲酸，节省了原料的运输成本。节省了原料的运输成本。节省了原料的运输成本。

【技术实现步骤摘要】
一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统及方法


[0001]本专利技术属于可再生能源利用以及温室气体减排
，具体涉及一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统及方法。

技术介绍

[0002]火电厂是我国重要的电力生产场所，每年贡献了70％以上的发电量。在生产电力的同时，化石燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，加速了全球变暖的进程，对全球生态环境带来了显著的影响。一方面，为了减少二氧化碳的排放，优化能源结构，业内人士开展了光伏、风电等可再生新能源发电工程实践。但风电或光伏发电这些间歇性可再生能源具有较强的不确定性和波动性，存在调峰难、并网困难的问题。以风电为例，在用电荷低谷时段风能发电量较大，“弃风”现象突出，造成风资源浪费；而在用电负荷高峰时段，存在电力供给不足的现象。
[0003]另一方面，发电行业和化石燃料燃烧等领域造成空气中CO2的含量日益增多。CO2是一种储量丰富、安全的可再生碳资源，通过化学转化可以实现CO2的资源化利用，将CO2变废为宝，实现高价值化利用不仅可以固定二氧化碳，减少空气CO2含量，还可以获得高附加值的能源、材料。因此，如何将CO2这一温室气体转化为有价值的清洁能源成为研究热点之一。除了火电厂电力行业及工业等固定点源排放的CO2外，还有接近50％分布源排放的CO2，这些CO2广泛分散在空气中，存量高，如何实现对空气中二氧化碳进行回收，缓解温室效应也成为业内人士急需解决的难点之一。
[0004]在利用二氧化碳的各种反应路线中，催化加氢在实验室基础研究和化工产业中得到了广泛的关注和发展。甲酸用途广泛，是基本的有机化工原料之一，在医药、农药、制革和化学等行业应用较多；此外，二氧化碳加氢制甲酸在理论上可以实现100％原子利用率，如何利用可再生能源产生的电能和空气中的二氧化碳制得甲酸成为当前研究难点。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中可再生能源在用电低谷浪费严重，空气中二氧化碳存量高、造成温室效应等缺陷，从而提供了一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统及方法。
[0006]为此，本专利技术提供了以下技术方案，
[0007]本专利技术提供了一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统，包括，
[0008]可再生能源发电装置；
[0009]二氧化碳捕集装置，直接捕集空气中的二氧化碳；
[0010]制氢装置，用于电解水制取氢气和氧气；
[0011]甲酸合成装置，分别与二氧化碳捕集装置和制氢装置连通，利用可再生能源发电装置生产的电能、二氧化碳捕集装置捕集的二氧化碳以及制氢装置制取的氢气合成甲酸。
[0012]所述可再生能源发电装置与所述二氧化碳捕集装置连通，为二氧化碳捕集装置提
供电能；和/或，
[0013]所述可再生能源发电装置与所述制氢装置连通，为制氢装置提供电能。
[0014]所述甲酸合成装置包括，气体混合单元，来自二氧化碳捕集装置的二氧化碳和制氢装置的氢气混合均匀，形成混合气体；
[0015]甲酸合成单元，与所述气体混合单元连通，二氧化碳和氢气的混合气体进入甲酸合成单元，反应后得到甲酸和水的混合液；
[0016]甲酸分离单元，与所述甲酸合成单元连通，用于分离甲酸和水的混合液，得到甲酸。
[0017]所述二氧化碳捕集装置包括，CO2吸收单元，内设置有多孔液体喷淋口，所述多孔液体喷淋口用于喷淋多孔液体，捕集空气中的二氧化碳；
[0018]CO2再生单元，与所述CO2吸收单元连通，来自CO2吸收单元的富液与来自CO2再生单元的贫液换热，换热后的贫液进入CO2吸收单元捕集空气中的二氧化碳，换热后的富液进入CO2再生单元中进行再生，得到贫液和二氧化碳，贫液循环至CO2吸收单元中再利用，二氧化碳进入CO2储存单元储存，备用；
[0019]CO2储存单元，分别与所述CO2再生单元和所述甲酸合成装置连通，用于储存CO2再生单元再生的二氧化碳和为甲酸合成装置提供二氧化碳。
[0020]所述制氢装置包括，电解水制氢单元，用于电解水得到氢气和氧气；
[0021]氢气储存单元，与所述电解水制氢单元连通，用于储存氢气和为甲酸合成装置提供氢气。
[0022]所述系统还包括PLC可编程控制器；
[0023]所述PLC可编程控制器与二氧化碳捕集装置连接，以调整二氧化碳的捕集速率和再生速率；和/或，
[0024]所述PLC可编程控制器与制氢装置连接，以调整电解水制取氢气的速率；和/或，
[0025]所述PLC可编程控制器与甲酸合成装置连接，以调整合成甲酸的速率。
[0026]本专利技术还提供了一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的方法，采用上述系统，该方法具体步骤包括，二氧化碳和氢气在催化剂和碱性溶液的作用下合成甲酸。
[0027]所述催化剂为负载型催化剂，包括载体和活性中心；所述负载型催化剂中活性中心的负载量小于0.5wt％；
[0028]所述载体为二氧化硅、碳材料、分子筛、水滑石和介孔氧化铝中的至少一种；
[0029]所述活性中心为贵金属单原子；贵金属氮原子为Au、Pd、Ru和Rh中的至少一种。
[0030]所述碱性溶液为碳酸氢钠水溶液，碳酸氢钠水溶液的浓度为1
‑
1.5mol/L；
[0031]所述催化剂质量与碱性溶液体积的比例为1
‑
1.5g:100ml。
[0032]所述多孔液体包括ZIF
‑
8，还包括乙二醇、2
‑
甲基咪唑和聚二甲基硅氧烷中的至少一种；
[0033]优选地，所述多孔液体包括ZIF
‑
8、乙二醇和2
‑
甲基咪唑；或，所述多孔液体包括ZIF
‑
8和聚二甲基硅氧烷；
[0034]更优选地，所述多孔液体中ZIF
‑
8的质量分数为10
‑
20％。
[0035]多孔液体吸收二氧化碳后称为富液；二氧化碳从富液中解析后称为贫液。
[0036]ZIF
‑
8是一种金属有机骨架化合物(MOFs)，是沸石咪唑酯骨架材料的一种。
[0037]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0038]1.本专利技术提供的可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统，该系统包括二氧化碳捕集装置、制氢装置、甲酸合成装置和可再生能源发电装置，该系统通过各个装置间的配合作用可以直接利用空气中的二氧化碳和可再生能源发电装置过剩的电能合成高能量甲酸，既减少了可再生能源在用电低谷浪费严重的现象，解决了可再生能源的弃电问题，又降低了空气中温室气体二氧化碳的含量，同时还实现了二氧化碳气体的资源化利用，得到了高能量化合物甲酸，节省了原料的运输成本。
[0039]该系统可实现灵活运行，当有弃电时系统运行，无弃电时也可以停止运行，根据可再生能源供电情况可以及时调整工作状态，且该系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源驱动的二氧化碳加氢合成甲酸的系统，其特征在于，包括，可再生能源发电装置；二氧化碳捕集装置，直接捕集空气中的二氧化碳；制氢装置，用于电解水制取氢气和氧气；甲酸合成装置，分别与二氧化碳捕集装置和制氢装置连通，利用可再生能源发电装置生产的电能、二氧化碳捕集装置捕集的二氧化碳以及制氢装置制取的氢气合成甲酸。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可再生能源发电装置与所述二氧化碳捕集装置连通，为二氧化碳捕集装置提供电能；和/或，所述可再生能源发电装置与所述制氢装置连通，为制氢装置提供电能。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述甲酸合成装置包括，气体混合单元，来自二氧化碳捕集装置的二氧化碳和制氢装置的氢气混合均匀，形成混合气体；甲酸合成单元，与所述气体混合单元连通，二氧化碳和氢气的混合气体进入甲酸合成单元，反应后得到甲酸和水的混合液；甲酸分离单元，与所述甲酸合成单元连通，用于分离甲酸和水的混合液，得到甲酸。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集装置包括，CO2吸收单元，内设置有多孔液体喷淋口，所述多孔液体喷淋口用于喷淋多孔液体，捕集空气中的二氧化碳；CO2再生单元，与所述CO2吸收单元连通，来自CO2吸收单元的富液与来自CO2再生单元的贫液换热，换热后的贫液进入CO2吸收单元捕集空气中的二氧化碳，换热后的富液进入CO2再生单元中进行再生，得到贫液和二氧化碳，贫液循环至CO2吸收单元中再利用，二氧化碳进入CO2储存单元储存，备用；CO2储存单元，分别与所述CO2再生单元和所述甲酸合成装置连通，用于储存CO2再生单元再生的二氧化碳和为甲酸合成装置提供二氧化碳。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的系统，其特征在于，所述制氢装置包括，电解水制氢单元，用于电解水得到氢气和氧气；氢气储存单元，与所述电解水制氢单元连通，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕君，刘蓉，郭东方，刘练波，范金航，赵磊，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：