[发明专利]一种基于二氧化碳氢化作用的能量与物质转换系统和方法

说明书

本发明提供了一种基于二氧化碳氢化作用的能量与物质转换系统及方法。本发明利用绿氢生产过程的副产品氧气通入燃气轮机中使天然气进行富氧燃烧，产生只有水蒸气和COsubgt;2/subgt;的高温烟气，高温烟气通过余热梯级回收而深度冷凝，即可将水与COsubgt;2/subgt;深度分离。本发明回收烟气中COsubgt;2/subgt;无需用到COsubgt;2/subgt;化学吸收、COsubgt;2/subgt;物理吸附、空气分离器等复杂设备以及消耗大量能耗，节省了成本、空间及能量。回收的COsubgt;2/subgt;可与绿氢进行加氢反应，生成便于储运的碳氢燃料，实现COsubgt;2/subgt;资源化利用。同时，天然气富氧燃烧可以减少氮氧化物的生成，减少对环境的影响；烟气通过与不同温度的冷源进行梯级换热，深度回收烟气余热，将绝大部分水蒸气冷凝下来，COsubgt;2/subgt;易于被分离回收利用，减少COsubgt;2/subgt;提纯设备。

技术领域

本发明属于化石燃料燃烧产生的二氧化碳利用技术领域，尤其涉及一种基于二氧化碳氢化作用的能量与物质转换系统和方法。

背景技术

为减缓温室效应，能源体系正进行绿色低碳转型变革，减少能源系统的二氧化碳排放已成为人类社会共识。甲烷、煤炭、石油等化石燃料由于能量质量密度高、稳定性与可控性好，仍将会作为能源体系不可或缺的一部分发挥作用，如何有效减少化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放对控制整个社会二氧化碳总排放有重要作用。

目前，减少化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放的技术主要有燃烧后通过化学吸收或物理吸附方法将二氧化碳吸收分离，由于烟气中二氧化碳体积分数低，这类捕集系统庞大，分离解析能耗较高（供电效率降低10%-15%）；燃烧前通过空气分离装置对空气进行处理、分离出氧气，将氧气作为助燃剂，化石燃料进行富氧燃烧，提高烟气中二氧化碳的浓度、降低二氧化碳分离难度，但是空气分离装置的能耗也十分高。如何能以较低的能耗代价减少化石燃料燃烧产生的二氧化碳是能源领域的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二氧化碳氢化作用的能量与物质转换系统和方法，旨在解决现有技术中为减少化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放所用的方法能耗高的问题。

本发明是这样实现的，一种基于二氧化碳氢化作用的能量与物质转换系统，包括可再生能源发电设备、电解池、天然气燃烧发电子系统、烟气余热回收子系统、干燥器以及CO₂加氢反应器；其中，

所述天然气燃烧发电子系统包括燃气轮机，所述烟气余热回收子系统包括高温烟气换热器、中温烟气换热器以及低温烟气换热器；

所述可再生能源发电设备的电能出口连接所述电解池的电能入口，所述电解池的氢气出口连接所述CO₂加氢反应器的氢气进口，所述电解池的氧气出口连接所述燃气轮机的氧气进口，所述燃气轮机的烟气出口连接所述高温烟气换热器的烟气进口，所述高温烟气换热器的烟气出口连接所述中温烟气换热器的烟气进口，所述中温烟气换热器的烟气出口连接所述低温烟气换热器的烟气进口，所述低温烟气换热器的烟气出口连接所述干燥器的烟气进口，所述干燥器的CO₂出口连接所述CO₂加氢反应器的CO₂进口，所述烟气余热回收子系统产生的冷凝水输出口连接所述电解池的电解水进口。

优选的，所述高温烟气换热器、中温烟气换热器以及低温烟气换热器根据通入的烟气的温度从高至低依次连通；所述烟气余热回收子系统的冷源按照其温度高低分别进入所述高温烟气换热器、中温烟气换热器以及低温烟气换热器。

优选的，所述可再生能源发电设备可为光伏发电设备、风力发电设备或潮汐发电设备。

优选的，所述天然气燃烧发电子系统只包括燃气轮机，或者包括燃气轮机与蒸汽联合循环系统。

优选的，所述电解池采用碱性电解池、质子交换膜电解池或固体氧化物电解池，在所述烟气余热回收子系统中常温水的预热温度根据所选电解池的工作温度进行设定。