一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法，包括太阳能发电装置1、电解水装置2、二氧化碳还原装置6和甲烷裂解装置9。太阳能发电装置将太阳能转化为电能，将其用于电解水制氢。二氧化碳还原装置将二氧化碳和氢气转化为甲烷和水，甲烷裂解装置将甲烷转化为碳产品和氢气。整个系统生成的水和氢气可以进行循环利用。本发明专利技术通过对反应系统的设计与制造，提供了一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法，将电解水得到的氢气直接与空气中的二氧化碳结合得到甲烷，避免了氢气储运的难题，实现了太阳能与二氧化碳高附加值转化的结合。本发明专利技术的使用可以实现二氧化碳的高效、稳定转化利用，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳转化以及太阳能利用
，具体涉及一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，大量使用化石燃料导致了空气中大量的二氧化碳排放，而目前二氧化碳是造成全球变暖的主要温室气体，从而引发的全球环境问题得到各国的广泛关注。通过化学方法，将二氧化碳转化为甲烷，进一步转化为碳产品，不仅可以实现二氧化碳“变废为宝”，还可以减轻二氧化碳产生的“温室效应”。
[0003]太阳能作为一种清洁可再生的能源，将太阳能转化为电能，将产生的电能用于电解水制取氢气，实现了一种理想的制取绿氢的方式。由于二氧化碳中的C＝O键能非常高，在动力学和热力学上具有很强的稳定性，因此直接将二氧化碳转化为碳产品，需要很高的能耗。二氧化碳与氢气反应生成甲烷具有反应速度快且反应条件温和的优势，也能实现电解水制氢的就地应用，避免了氢气储运的难题，节约成本，同样的甲烷裂解反应能耗较低且条件温和。因此二氧化碳与氢气生成甲烷，并通过甲烷裂解转化为碳产品，具有更好的应用前景。
[0004]二氧化碳与氢气在催化剂和加热条件下生成甲烷和水蒸气是很容易实现的。甲烷裂解过程，由于催化剂上碳沉积存在结焦失活的问题，严重影响了催化剂的使用性能，不利于甲烷的工业转化利用。通过采用熔融金属和熔融盐作为催化剂可以很好解决上述甲烷裂解问题。碳材料的密度要小于熔融介质，反应生成的碳材料可以浮到熔融介质上表面，不仅可以避免催化剂结焦失活，还可以给碳材料的收集带来方便。反应结束后将收集的碳材料经水洗、酸洗以及干燥后得到碳产品。

技术实现思路

[0005]为了实现二氧化碳产碳更高效环保，本专利技术的目的在于提供一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法。将利用太阳能发电，用其电能进行电解水制绿氢，氢气与二氧化碳反应生成甲烷和水，甲烷催化裂解生成碳产品和氢气，反应生成的水和氢气又可以循环利用，实现二氧化碳产碳的循环过程。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法，其特征在于，包括：(1)太阳能发电装置1，该装置通过收集太阳能并将太阳能转化为电能，用于电解水制绿氢；(2)电解水制氢系统，该系统可以将水在电解水装置2分解为氧气3和氢气4；(3)二氧化碳还原系统，该系统可以将二氧化碳5和氢气4在二氧化碳还原装置6进行催化反应生成水7和甲烷8；(4)甲烷裂解系统，该系统可以将甲烷8在甲烷裂解装置9进行催化裂解生成碳产
品10和氢气11。
[0008]进一步的太阳能发电装置1，其特征在于，太阳光照射到太阳能电池板上，将太阳能转化为电能，从而为电解水提供能量。
[0009]进一步的电解水装置2，其特征在于，在电解槽中加入水和电解质(如氢氧化钠、硫酸等)，接通电源，阳极产生氧气3，阴极产生氢气，经洗涤、干燥后得到氢气4。
[0010]进一步的二氧化碳还原装置6，其特征在于，将二氧化碳5和氢气4按一定的比例通入装置，在加热和催化剂条件下可以反应生成甲烷和水蒸气，经干燥后得到甲烷8。
[0011]进一步的甲烷裂解装置9，其特征在于，将甲烷8以流量为20～100sccm通入反应装置，在加热和催化剂条件下可以裂解生成碳产品10和氢气11。
[0012]进一步的二氧化碳还原的加热温度为200～500℃，催化剂采用金属(镍、铋、锡、镓、铁、铜、铟、银、钴、镁、铂)和氧化物(Al2O3、SiO2、CeO2、CuO、Fe2O3、BaO、MnO2)中的两种，或多种的组合，产生的水蒸气经冷凝后得到水7可以用于电解水的原料。
[0013]进一步的甲烷裂解加热温度为500～1000℃，催化剂采用熔融金属(镍、铋、锡、镓、铁、铜、铟、银、钴、镁、铂)和熔融盐(KCl、NaCl、MnCl2、FeCl3、KBr、NaBr、CaCl2)中的两种，或多种的组合，反应生成的氢气11可以用于二氧化碳还原。
[0014]进一步的整个过程可以实现水和氢气的循环利用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术提出的一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法路线图。
[0016]图中标号：1.太阳能发电装置，2.电解水装置，3.氧气，4.氢气，5.二氧化碳，6.二氧化碳还原装置，7.水，8.甲烷，9.甲烷裂解装置，10.碳产品，11.氢气。
具体实施方式
[0017]图1所示，一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法，包括太阳能发电装置1将太阳能转化为电能，电解水装置2将水分解成氧气3和氢气4，二氧化碳还原装置6将二氧化碳5和氢气4反应生成甲烷8和水7，甲烷裂解装置9将甲烷8裂解为碳产品10和氢气11，整个系统实现了太阳能与二氧化碳高附加值转化的结合。
[0018]本专利技术专利中二氧化碳还原的催化剂采用金属(镍、铋、锡、镓、铁、铜、铟、银、钴、镁、铂)和氧化物(Al2O3、SiO2、CeO2、CuO、Fe2O3、BaO、MnO2)中的两种或多种的组合；甲烷裂解的催化剂采用熔融金属(镍、铋、锡、镓、铁、铜、铟、银、钴、镁、铂)和熔融盐(KCl、NaCl、MnCl2、FeCl3、KBr、NaBr、CaCl2)中的两种或多种的组合。
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0020]在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实施例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的结构、材料或方法。
[0021]在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0022]具体实施例1：以碱性电解液和99.99％二氧化碳参与整个反应系统。
[0023]本实施例中，利用太阳能电池板将太阳能转化为电能，将其用于电解水(碱性)制绿氢。氢气4与99.99％二氧化碳5反应得到甲烷8，甲烷8裂解得到碳产品10和氢气11。本示例二氧化碳还原和甲烷裂解的催化剂，优选镍基金属混合物。利用太阳能电池板将太阳能转化为电能。电解槽中加入水和碱性电解质，将电通入电解槽的阴阳两极，在电解槽的阴极产生氢气4，阳极产生氧气3。在二氧化碳还原装置6中加入催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法，其特征在于，包括：(1)太阳能发电装置1，该装置通过收集太阳能并将太阳能转化为电能，用于电解水制绿氢；(2)电解水制氢系统，该系统可以将水在电解水装置2分解为氧气3和氢气4；(3)二氧化碳还原系统，该系统可以将二氧化碳5和氢气4在二氧化碳还原装置6进行催化反应生成水7和甲烷8；(4)甲烷裂解系统，该系统可以将甲烷8在甲烷裂解装置9进行催化裂解生成碳产品10和氢气11。2.根据权利要求1所述的一种太阳能供能实现二氧化碳产碳的循环系统及方法，其特征在于，所述系统包括太阳能发电装置1、电解水装置2、二氧化碳还原装置6和甲烷裂解装置9；(1)所述的太阳能发电装置1，其特征在于，太阳光照射到太阳能电池板上，将太阳能转化为电能，从而为电解水提供能量；(2)所述的电解水装置2，其特征在于，在电解槽中加入水和电解质(如氢氧化钠、硫酸等)，接通电源，阳极产生氧气3，阴极产生氢气，经洗涤、干燥后得到氢气4；(3)所述的二氧化碳还原装置6，其特征在于，将二氧化碳5和氢气4按一定的比例通入装置，在加热和催化剂条件下可以反应生成甲烷和水蒸气，经干燥后得到甲烷8；(4)所述的甲烷裂解装置9，其特征在于，将甲烷8以流量为20～100sccm通入反应装置，在加热和催化剂条件下可以裂解生...

【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，杨茗凯，黄泽皑，张魁魁，刘梦颖，詹俊杰，周芸霄，张瑞阳，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：