【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳捕集、利用领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集与转化一体化装置与应用方法。
技术介绍
1、碳捕集、利用与封存(ccus)技术在碳减排中发挥着关键作用，其中，直接空气捕集技术(dac)，即在空气中进行低浓度二氧化碳捕集，实现了“负碳”效应，能够维持并真实的降低二氧化碳浓度，具有丰富的应用前景。
2、相较于填埋处理等二氧化碳封存方式，二氧化碳的转化利用不仅杜绝了封存带来的未知的气候隐患，还能够更好地利用资源，因而co2捕集、利用(ccu)成为了近年来国内外研究的重点。需要考虑的是，由于大多数情况下二氧化碳转化利用的温度较高，二氧化碳吸脱附温度(特别是物理吸脱附)温度相对较低，两个环节温度的不匹配带来了能量的浪费，利用好二氧化碳转化的余热对于减少耗能具有重要意义。
3、鉴于此，特提出本专利技术专利。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种二氧化碳捕集与转化一体化装置与应用方法，用于二氧化碳捕集和干重整转化制备合成气，以用好二氧化碳转化的余热、减少耗能。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种二氧化碳捕集与转化一体化装置，组成结构包括二氧化碳吸附器(1)、空气进气管(2)、转化区进料管(3)、二氧化碳脱附转化器(4)、甲烷气进气管(5)、甲烷气排气管(6)、二氧化碳脱附富集器(7)、高浓度二氧化碳排气管(8)、余热利用器(9)；所述装置采用功能性分区的方式，分为二氧化碳吸附区、脱附富集区、脱附
4、进一步的，所述燃料合成气的制备采用一种利用太阳能捕集与转化二氧化碳制备合成气的系统，所述系统结构包括：二氧化碳吸附子系统、太阳能驱动脱附与干重整转化子系统、光伏发电子系统、储能子系统、余热利用子系统、气体分离子系统；
5、所述二氧化碳吸附子系统利用吸附剂吸收二氧化碳，以完成碳捕集；
6、所述太阳能驱动脱附与干重整转化子系统利用太阳能加热实现吸附剂解吸，并提供干重整温度，在催化剂下合成气体燃料；
7、所述光伏发电子系统同时连接储能子系统和气体分离子系统，将太阳能转化为电能为气体分离系统供电，并将多余的电能储存在储能子系统；
8、所述储能子系统的作用有三个，一是供给鼓风机工作，使其向二氧化碳吸附器(1)中鼓入空气，二是给控制模块供电，三是太阳能不足时对脱附以及干重整反应通过电能转化热能方式进行辅助加热；所述控制模块采用plc控制，鼓风机、热电偶信号、涉及到的所有阀门的开闭等信号均接入此plc系统，进行自动控制；通过plc控制系统实现对整个装置启停、运行状态和参数的监视、控制；进气扇、热电偶、阀门与控制终端cpu的连接电线均紧贴管道外壁布置；
9、所述余热利用子系统利用干重整转化后的催化剂所剩余热，实现对子系统内吸附剂的脱附；
10、所述二氧化碳吸附子系统与太阳能驱动脱附与干重整转化子系统、余热利用子系统与储能子系统连接，太阳能驱动脱附与干重整转化子系统连接气体分离子系统。
11、进一步的，所述装置的具体工作过程为，所述装置由四个吸附区环绕分布，独立进行，以实现对空气进行连续的二氧化碳捕集，当催化剂达到吸附容量后，吸附区出口的阀门打开，催化剂通过两路流出，一路流向脱附转化区，在太阳光加热下进行二氧化碳脱附转化，一路流向脱附富集区，利用脱附转化区的余热进行二氧化碳脱附，得到高纯度二氧化碳。
12、进一步的，所述方法包含了一种匹配二氧化碳吸脱附与二氧化碳干重整转化的能量高效利用方法，二氧化碳干重整转化的温度远高于吸附剂脱附温度，干重整转化后的催化剂材料具有较高的余温，通过金属隔板将反应后的催化剂材料热量传递给饱和的吸附剂，为二氧化碳脱附提供能量，以实现废热利用。
13、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
14、(1)本专利技术提供了一种匹配碳捕集与碳转化的余热利用方法，通过设计功能性分区，将干重整转化后的余热作为吸附剂脱附的热源，显著提高了能量利用率，具有明显的节能减排优势。
15、(2)本专利技术利用可再生能源太阳能作为唯一能源，一方面，将太阳能聚光转化为热能，并通过脱附、干重整过程，将太阳能转化并储存为化学能；另一方面，将太阳能转化为电能并储存起来，作为装置内用电器的电源，并在太阳能不足时，辅助聚光器加热。
16、(3)本专利技术将二氧化碳捕获与甲烷干重整耦合设计，形成了从空气到燃料的一体化装置，相较于分体设计，可以明显产生“负碳”效应，为co2减排提供了新思路。
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1.一种二氧化碳捕集与转化一体化装置，其特征在于，所述装置的组成结构包括二氧化碳吸附器(1)、空气进气管(2)、转化区进料管(3)、二氧化碳脱附转化器(4)、甲烷气进气管(5)、甲烷气排气管(6)、二氧化碳脱附富集器(7)、高浓度二氧化碳排气管(8)、余热利用器(9)；所述装置采用功能性分区的方式，分为二氧化碳吸附区、脱附富集区、脱附转化区；三个区域分隔开来，实现低浓度的二氧化碳捕集与脱附，并转化为燃料合成气；其中，吸附区吸附饱和后的吸附剂一部分流入脱附富集区，一部分流入脱附转化区，脱附转化区以太阳能作为能量来源，脱附转化区的余热传递给脱附富集区，以实现二氧化碳富集；脱附转化区产生H2/CO作为清洁燃料，脱附富集区产生高浓度二氧化碳；所述合成气为CO和H2；所述装置将二氧化碳捕获与甲烷干重整耦合设计，形成了从空气到燃料的一体化装置。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集与转化一体化装置，其特征在于，所述燃料合成气的制备采用一种利用太阳能捕集与转化二氧化碳制备合成气的系统，所述系统结构包括：二氧化碳吸附子系统、太阳能驱动脱附与干重整转化子系统、光伏发电子系统、储能子
3.一种二氧化碳捕集与转化一体化装置应用方法，其特征在于，所述装置的具体工作过程为，所述装置由四个吸附区环绕分布，独立进行，以实现对空气进行连续的二氧化碳捕集，当催化剂达到吸附容量后，吸附区出口的阀门打开，催化剂通过两路流出，一路流向脱附转化区，在太阳光加热下进行二氧化碳脱附转化，一路流向脱附富集区，利用脱附转化区的余热进行二氧化碳脱附，得到高纯度二氧化碳。
4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳捕集与转化一体化装置应用方法，其特征在于，所述方法包含了一种匹配二氧化碳吸脱附与二氧化碳干重整转化的能量高效利用方法，二氧化碳干重整转化的温度远高于吸附剂脱附温度，干重整转化后的催化剂材料具有较高的余温，通过金属隔板将反应后的催化剂材料热量传递给饱和的吸附剂，为二氧化碳脱附提供能量，以实现废热利用。
...【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳捕集与转化一体化装置，其特征在于，所述装置的组成结构包括二氧化碳吸附器(1)、空气进气管(2)、转化区进料管(3)、二氧化碳脱附转化器(4)、甲烷气进气管(5)、甲烷气排气管(6)、二氧化碳脱附富集器(7)、高浓度二氧化碳排气管(8)、余热利用器(9)；所述装置采用功能性分区的方式，分为二氧化碳吸附区、脱附富集区、脱附转化区；三个区域分隔开来，实现低浓度的二氧化碳捕集与脱附，并转化为燃料合成气；其中，吸附区吸附饱和后的吸附剂一部分流入脱附富集区，一部分流入脱附转化区，脱附转化区以太阳能作为能量来源，脱附转化区的余热传递给脱附富集区，以实现二氧化碳富集；脱附转化区产生h2/co作为清洁燃料，脱附富集区产生高浓度二氧化碳；所述合成气为co和h2；所述装置将二氧化碳捕获与甲烷干重整耦合设计，形成了从空气到燃料的一体化装置。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集与转化一体化装置，其特征在于，所述燃料合成气的制备采用一种利用太阳能捕集与转化二氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：李少阳，李齐焱，范佳宁，姜明汐，梁珂菁，刘向雷，张凯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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