生物炭捕集CO2耦合光热催化转化制备可燃气的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生物炭捕集CO2耦合光热催化转化制备可燃气的方法及系统。所述方法包括下列步骤：(1)将改性生物炭填充入吸附塔，将烟气通入吸附塔，使得烟气中CO2被改性生物炭吸附，直至改性生物炭达到吸附饱和；(2)将已达到吸附饱和的改性生物炭转移至光热协同反应装置，在光热协同反应装置提供的光源、氢源和热源的共同作用下，CO2发生原位光热协同反应得到可燃气；(3)判断所述可燃气是否达到预设浓度和预设碳氢比，若是，将可燃气进行存储，若否，将可燃气重新通入光热协同反应装置中。本发明专利技术具有环境友好、能耗低、可靠性强的优势，既节能降碳，又经济可行，适合推广应用。适合推广应用。适合推广应用。

【技术实现步骤摘要】
生物炭捕集CO2耦合光热催化转化制备可燃气的方法及系统


[0001]本专利技术属于节能降碳
，更具体地，涉及一种生物炭捕集CO2耦合光热催化转化制备可燃气的方法及系统。

技术介绍

[0002]现代社会的快速发展十分依赖于传统的化石能源，据相关统计，全球的总能耗约有70％以上是来自煤炭、石油、天然气等一次能源。虽然化石能源的使用能够推动社会的进步，但是不可再生能源却在日益消耗，同时还会带来严重的环境污染问题，严重威胁着人类的生存和发展。随着能源消费与日俱增，近年来我国的碳排放量快速增长。在不断推进使用太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等清洁能源的同时，也需要重视对因为使用化石能源而排放的CO2的分离、捕集及资源化利用。目前，常规的烟气脱碳方法主要有吸收法、吸附法、低温分离法和膜分离法等，它们各有优缺点。总体而言，高能耗仍然是当前分离和捕集烟气中CO2面临的主要问题之一；与此同时，尚有大量的烟气余热资源未能够得到充分的利用。
[0003]生物质能是一种可以储存的可再生能源，其利用过程中依靠自身的碳循环可以实现二氧化碳的零排放，并且地球上生物质的储量丰富，在能源消费结构中占有十分重要的地位。通过物理、化学、生物等技术手段，在某些特定温度、氧含量和压力条件下，生物质可以转化为生物质基化学品。其中，生物质原料经过热解而得到的固态产物——生物炭，是近年来在科研领域研究的一个热点方向。生物炭是一种被广泛使用的优质廉价碳质材料吸附剂，它具有丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高，并且还拥有易于再生等优点。生物炭的整个“生产
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利用”过程呈典型的负碳排放特征。进一步，通过采用合适的改性介质与生物炭进行匹配，可以更好在热解过程定向调控生物炭的理化特性和活性基团。通过合理地定向调控，进而精准制备得到的双功能改性生物炭在CO2的吸附捕集和催化转化方面具有良好的应用前景。
[0004]我国能源资源禀赋特点是：在化石能源资源方面“富煤、缺油、少气”的同时，我国拥有丰富的非化石能源资源，特别是可再生能源资源。逐步建成我国以非化石能源为主的低碳能源体系，其资源基础是丰厚的。在新发展理念的引领下，我国能源绿色低碳转型的步伐不断加快，正在探索一条“生态优先、绿色低碳”的高质量发展道路。与此同时，相应地，欧洲各国对天然气的依赖较高，正饱受着严峻的能源短缺问题，其中天然气的问题最严峻。因此，在高效清洁利用化石能源的同时，研发相结合的新型可再生能源资源利用技术，对于确保能源安全、引导能源转型具有方向性和战略性的重要意义。
[0005]基于上述背景，在本
内迫切需求一种经济可行、适合推广的碳减排与资源化利用技术。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种生物炭捕集CO2耦合光
热催化转化制备可燃气的方法及系统，其目的在于利用生物炭的负碳效应，将其用于对复杂烟气中CO2的高效吸附捕集和耦合光热进行原位催化转化制备可燃气，具有环境友好、能耗低、可靠性强的优势，既节能降碳，又经济可行，适合推广应用。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种生物炭捕集CO2耦合光热催化转化制备可燃气的方法，包括下列步骤：
[0008](1)将改性生物炭填充入吸附塔，将烟气通入吸附塔，使得烟气中CO2被改性生物炭吸附，直至改性生物炭达到吸附饱和；
[0009](2)将已达到吸附饱和的改性生物炭转移至光热协同反应装置，在光热协同反应装置提供的光源、氢源和热源的共同作用下，CO2发生原位光热协同反应得到可燃气；
[0010](3)判断所述可燃气是否达到预设浓度和预设碳氢比，若是，将可燃气进行存储，若否，将可燃气重新通入光热协同反应装置中。
[0011]优选地，所述将烟气通入吸附塔，为将温度小于或等于120℃的烟气通入吸附塔，所述原位光热协同反应的反应温度为150～450℃。
[0012]优选地，所述改性生物炭为通过将经过改性介质处理的生物质进行热解处理后得到，其中，所述生物质包括：煤、毛竹、秸秆、木材、椰壳、稻壳、树皮、甲壳、果胶、海藻、淀粉、毛发、废塑料、蛋白质、核桃壳、玉米芯、甘蔗渣、豆腐渣、瓜子皮、西瓜皮、冬瓜皮和柚子皮中的至少一种；所述改性介质包括：MOFs、酸、碱、金属盐、金属氧化物或杂原子掺杂材料中的至少一种；优选地，所述MOFs包括IRMOFs、ZIFs、MILs或PCNs，所述酸包括盐酸、硫酸、氢氟酸、乙酸或柠檬酸，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾，所述金属盐包括铁盐、钴盐、镍盐、铜盐或锌盐，所述金属氧化物包括水合氧化铁、氧化镁、氧化锌，所述杂原子掺杂材料包括含氮、磷、硫或硼元素的材料。
[0013]优选地，所述吸附塔为固定床式吸附塔、流化床式吸附塔或移动床式吸附塔。
[0014]优选地，所述步骤(2)还包括判断光热协同反应装置中所述改性生物炭上吸附的CO2是否已被完全转化为可燃气，若是，将改性生物炭存储待下次填入吸附塔进行循环使用。
[0015]优选地，所述循环使用为循环使用至改性生物炭达到最大循环次数。
[0016]优选地，所述光源包括太阳光、氙灯光、汞灯光或紫外光；所述氢源包括通过镁棒制氢、电解水制氢、生物质热解气化制氢或光解水制氢得到的氢气；所述热源包括烟气余热、乏汽余热、地热、电加热装置或聚光太阳能装置提供的热量；所述可燃气包括烃甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、炔烃乙炔、烯烃乙烯、一氧化碳和氢气中的至少一种。
[0017]按照本专利技术的另一个方面提供一种生物炭捕集CO2耦合光热催化转化制备可燃气的系统，包括依次连接的换热器、吸附塔、光热协同反应装置和燃气存储站；吸附塔中填充改性生物炭，所述换热器用于将烟气进行降温，降温后的烟气进入吸附塔后，烟气中的CO2被改性生物炭吸附，所述光热协同反应装置用于使得已吸附于改性生物炭上的CO2在光、热、氢气条件下发生原位光热协同反应得到可燃气。
[0018]优选地，所述系统还包括与所述吸附塔连接的热解装置，所述热解装置用于将生物质和改性介质混合后进行热解得到改性生物炭；所述系统还包括与所述光热协同反应装置连接的循环风机，所述循环风机与光热协同反应装置和燃气存储站之间的连接管道连通，所述循环风机用于将没有达到预设浓度和预设碳氢比的可燃气重新通入光热协同反应
装置中。
[0019]优选地，所述系统还包括能源利用及烟气处理设施，所述能源利用及烟气处理设施包括能源利用设施和烟气处理设施，其中能源利用设施包括锅炉，烟气处理设施包括选择性催化还原脱硝装置、静电除尘器、湿法脱硫系统和湿式电除尘器；所述光热协同反应装置中热源包括从能源利用及烟气处理设施中提供的烟气余热，所述光热协同反应装置底部设置烟气通道，烟气通道的进口和出口均与能源利用及烟气处理设施连接；所述系统还包括与吸附塔以及能源利用及烟气处理设施连接的烟囱，所述烟囱用于将含有CO2的烟气通入吸附塔。
[0020]总体而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭捕集CO2耦合光热催化转化制备可燃气的方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)将改性生物炭填充入吸附塔，将烟气通入吸附塔，使得烟气中CO2被改性生物炭吸附，直至改性生物炭达到吸附饱和；(2)将已达到吸附饱和的改性生物炭转移至光热协同反应装置，在光热协同反应装置提供的光源、氢源和热源的共同作用下，CO2发生原位光热协同反应得到可燃气；(3)判断所述可燃气是否达到预设浓度和预设碳氢比，若是，将可燃气进行存储，若否，将可燃气重新通入光热协同反应装置中。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将烟气通入吸附塔，为将温度小于或等于120℃的烟气通入吸附塔，所述原位光热协同反应的反应温度为150～450℃。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述改性生物炭为通过将经过改性介质处理的生物质进行热解处理后得到，其中，所述生物质包括：煤、毛竹、秸秆、木材、椰壳、稻壳、树皮、甲壳、果胶、海藻、淀粉、毛发、废塑料、蛋白质、核桃壳、玉米芯、甘蔗渣、豆腐渣、瓜子皮、西瓜皮、冬瓜皮和柚子皮中的至少一种；所述改性介质包括：MOFs、酸、碱、金属盐、金属氧化物或杂原子掺杂材料中的至少一种；优选地，所述MOFs包括IRMOFs、ZIFs、MILs或PCNs，所述酸包括盐酸、硫酸、氢氟酸、乙酸或柠檬酸，所述碱包括氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾，所述金属盐包括铁盐、钴盐、镍盐、铜盐或锌盐，所述金属氧化物包括水合氧化铁、氧化镁或氧化锌，所述杂原子掺杂材料包括含氮、磷、硫或硼元素的材料。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸附塔为固定床式吸附塔、流化床式吸附塔或移动床式吸附塔。5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括判断光热协同反应装置中所述改性生物炭上吸附的CO2是否已被完全转化为可燃气，若是，将改性生物炭存储待下次填入吸附塔进行循环使用。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述循环使用为循环使用至改性生物炭达到最大循环次数。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源包括太阳光、氙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雄，向家涛，顾锦阳，姜磊，李小强，杨若辰，邵敬爱，杨海平，王贤华，张世红，陈汉平，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：