【技术实现步骤摘要】
本公开涉及二氧化碳捕获领域，具体地，涉及一种多级串联二氧化碳催化还原加氢反应的系统和方法。
技术介绍
1、化石燃料的广泛应用导致大量二氧化碳气体排放，温室效应加剧，严重影响全球气候。如何有效降低二氧化碳浓度成为人们关注的焦点。
2、在现有的技术中，在光辐照的条件下，使捕集的二氧化碳和绿氢在光催化剂的作用下转化为c1～c3的有机化合物。其中，光催化剂多用半导体材料，利用光来激发光催化剂，并使光催化剂产生的电子和空穴来参加二氧化碳加氢反应。当光辐照的能量大于或等于能隙的光照射到半导体纳米粒子上时，使该半导体纳米粒子处于激发态，即该半导体纳米粒子的价带中的电子将被激发跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，从而形成电子-空穴对，使二氧化碳还原反应发生。然而现有技术中使用的光催化反应器和光催化反应系统的加氢反应区域较小，使设置在加氢反应区域中的光催化剂的量较低或者设置在加氢反应区域中的光催化剂堆叠，光能的利用率低，加氢反应物料与催化剂接触的总表面积小，影响光催化反应的效率和质量。
技术实现思路
1、本公开的目的是提供一种多级串联二氧化碳催化还原加氢反应的系统和方法，以解决现有技术中存在的加氢反应区域较小、光利用率低、加氢反应物料与催化剂接触的总表面积小以及加氢反应条件不灵活的问题。
2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种多级串联二氧化碳催化还原加氢反应的系统，该系统包括气体掺混器、光催化反应器组、风机、液体收集器和气体收集器；所述光催化反应器组包括多个串联设置
3、可选地，所述漫反射层设置在所述温度调节层的内壁上；所述可调波长光源沿轴向设置在所述反应室的内部，优选与所述反应室同轴设置；所述可调波长光源与所述壳体同轴设置。
4、可选地，所述催化剂涂层光纤沿轴向设置在所述反应室的内部；所述催化剂涂层光纤的侧壁上设有多个反射凹槽；所述反射凹槽的宽度与所述催化剂涂层光纤的长度的比值为(0.05～0.2)：1。
5、可选地，多个所述催化剂涂层光纤平行设置，多个所述催化剂涂层光纤在垂直于轴向的平面上沿同一圆周间隔布置；所述催化剂涂层光纤的长度与所述壳体的高度之比为(0.6～0.8)：1；所述催化剂涂层光纤的内径为1～10mm。
6、可选地，所述可调波长光源包括氙灯光源、qth可调石英卤素灯光源、氘灯光源和卤钨灯光源中的一种或几种。
7、可选地，该系统还包括控制单元以及设置在所述光催化反应器组的入口处的二氧化碳浓度检测器；所述光催化反应器组中光催化反应器的个数为3个及3个以上；所述控制单元分别与所述二氧化碳浓度检测器、每个所述光催化反应器中的可调波长光源和每个所述光催化反应器中的温度调节层电连接，用于接受二氧化碳浓度检测器的信号，并根据该信号调节每个所述光催化反应器中的可调波长光源和/或所述温度调节层的输入功率。
8、本公开第二方面采用第一方面所述的系统进行二氧化碳催化还原加氢反应的方法，该方法包括：使二氧化碳和氢气进入气体掺混器混合后，得到加氢反应物料；使所述加氢反应物料依次进入各个光催化反应器内部，并与所述催化剂涂层光纤组附着的光催化剂接触进行加氢反应，得到加氢反应产物；使所述加氢反应产物依次经风机和液体收集器进入气体收集器。
9、可选地，所述光催化剂包括二氧化钛颗粒、氧化锌颗粒和氧化锡颗粒中的一种或几种。
10、可选地，所述加氢反应的条件包括：反应温度为50～100℃，反应物停留时间为5～10s，可调波长光源的光辐照强度为20～200w/m2。
11、可选地，该方法还包括，控制单元根据所述加氢反应物料中的二氧化碳的浓度和所述光催化反应器组中光催化反应器的个数，调节每个所述光催化反应器中的可调波长光源和/或所述温度调节层的输入功率。
12、通过上述技术方案，光催化反应器的温度调节层与壳体的顶部之间形成进料室，所述温度调节层与所述壳体的底部之间形成出料室，并且，使进料室和出料室之间仅通过多个内壁附着光催化剂的空心管状的催化剂涂层光纤连通，使加氢反应物料经进料室缓冲后进入多个催化剂涂层光纤中与催化剂接触进行加氢反应，能够在提升加氢反应物料与催化剂接触的总表面积的同时，提升加氢反应物料在光催化剂反应器中的停留时间，进而提升二氧化碳的加氢反应效果。并且，光催化反应器组中设置多个串联设置的光催化反应器，以使加氢反应物料经光催化反应器组进行多次加氢反应，能够进一步提升二氧化碳的转化率。
13、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种多级串联二氧化碳催化还原加氢反应的系统，其特征在于，该系统包括气体掺混器(1)、光催化反应器组(2)、风机(3)、液体收集器(4)和气体收集器(5)；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述漫反射层(22)设置在所述温度调节层(21)的内壁上；
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂涂层光纤(23)沿轴向设置在所述反应室的内部；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，多个所述催化剂涂层光纤(23)平行设置，多个所述催化剂涂层光纤(23)在垂直于轴向的平面上沿同一圆周间隔布置；
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调波长光源(24)包括氙灯光源、QTH可调石英卤素灯光源、氘灯光源和卤钨灯光源中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括控制单元(9)以及设置在所述光催化反应器组(2)的入口处的二氧化碳浓度检测器；
7.一种采用权利要求1～6中任意一项所述的系统进行二氧化碳催化还原加氢反应的方法，其特征在于，该方法包括：
8.根据
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加氢反应的条件包括：反应温度为50～100℃，反应物停留时间为5～10s，可调波长光源(24)的光辐照强度为20～200W/m2。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括，控制单元(9)根据所述加氢反应物料中的二氧化碳的浓度和所述光催化反应器组(2)中光催化反应器的个数，调节每个所述光催化反应器中的可调波长光源(24)和/或所述温度调节层(21)的输入功率。
...【技术特征摘要】
1.一种多级串联二氧化碳催化还原加氢反应的系统，其特征在于，该系统包括气体掺混器(1)、光催化反应器组(2)、风机(3)、液体收集器(4)和气体收集器(5)；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述漫反射层(22)设置在所述温度调节层(21)的内壁上；
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂涂层光纤(23)沿轴向设置在所述反应室的内部；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，多个所述催化剂涂层光纤(23)平行设置，多个所述催化剂涂层光纤(23)在垂直于轴向的平面上沿同一圆周间隔布置；
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调波长光源(24)包括氙灯光源、qth可调石英卤素灯光源、氘灯光源和卤钨灯光源中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾彦兵，朱江涛，杨龙，李严，王贵文，赵光深，郝黎明，黄艳，高腾飞，徐冬，
申请(专利权)人：国能锦界能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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