[发明专利]一种光伏发电驱动低温等离子体二氧化碳加氢转化利用系统及方法

说明书

本发明公开了一种光伏发电驱动低温等离子体二氧化碳加氢转化利用系统及方法，采用低温介质阻挡放电等离子体技术，实现CO₂/H₂的共活化转化，低温等离子反应阵列连接等离子体电源，通过控制CO₂和H₂气流的流量，并调节低温等离子体反应阵列的输入电压、放电频率参数，产生气体击穿放电形成非热力学平衡的等离子体反应环境，通过调节水电极槽水位来调节低温等离子体反应阵列放电区域长度，介质阻挡放电电弧促进CO₂、H₂共同活化，实现CO₂的高效活化和加氢转化利用，耦合等离子体催化剂，合成相应的目标产物；本发明工艺简单、装置灵活便捷、模块化集成、环境效益高，实现CO₂的全过程零碳转化和新型CO₂基绿色化学品生成。

技术领域

本发明涉及CO₂利用技术领域，尤其涉及一种光伏发电驱动低温等离子体二氧化碳加氢转化利用方法。

背景技术

近年来，温室效应引发的全球变暖是目前全人类都关注的一个重要问题，其中二氧化碳对全球温室效应的贡献约占60％，是引发温室效应的主要原因，且其危害持续时间最长。实现二氧化碳减排的主要思路有以下三个方面：(1)提高化石燃料利用率，减少资源浪费；(2)调整能源结构，提高新型能源比例；(3)采用二氧化碳捕集利用与封存技术(CCUS)路线。CCUS技术作为目前主流的技术路线，在未来一段时间内将是实现CO₂减排最有效和经济可行的方式，有望实现化石能源的低碳利用，被广泛认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术之一，也是现阶段唯一能大幅度减少二氧化碳排放的技术路线之一。

CO₂的转化利用作为CCUS技术的重要一环，包括CO₂的矿化、制备碳纤维等材料、加氢转化等。现有的二氧化碳利用技术中，地质封存技术封存量有限，且对于生态环境的影响较大；油田驱油技术目前成熟度较低，效果也并不稳定；而海藻养殖的生物技术受到地域限制大，提取生物燃料需要的成本很高。因此，将CO₂低成本、高效率的合成燃料或基础化学品的高值化利用技术，将是突破地域和资源等限制的关键。其中CO₂的催化转化可以将可再生能源转化为可储存的化学能，既可实现CO₂的资源化转化，又可以解决在可再生能源面临的弃风率、弃光率等问题，是减少温室效应并提供能源资源的一种具有广阔应用前景的办法。

另一方面，CO₂的催化转化技术主要有光催化、热催化、电催化、等离子体催化、酶催化等。热催化是从传统的热化学方法上添加催化剂演变而来，已经投入工业应用，上海高等研究院工程实现千吨级工业示范装置累计运行512小时，以热催化的方式达成5000吨/年的 CO₂转化成果，中国科学院大连化物所完成了包括光伏发电、电解水制氢和CO₂加氢制甲醇的全流程大规模应用。尽管目前CO₂转化利用工艺已经形成了大规模的工业示范，但目前的主流转化工艺依然以传统热催化为主。其主要存在以下问题：1.反应条件方面：传统工业化CO₂热催化转化工艺中反应条件严苛(高温高压)，对相应的反应器的耐温耐压性能要求较高，且复杂的反应条件下，相关设备的损耗和维护成本也居高不下；2.工艺设施方面：传统工艺，设备复杂，占地面积大，需要配备专业人员进行检修维护，且改造升级难度大，同时设备的启停往往有着复杂的工序，灵活度差；3.环境效益方面：传统的高温高压条件主要依赖化石燃料燃烧供热维持反应条件，在整个工业生产过程中，碳排放大，环境污染重。

而本发明提出的一种光伏发电驱动低温等离子体二氧化碳加氢转化利用方法及装置，高度耦合了太阳能光伏发电模块，制氢模块和核心CO₂转化反应模块均将可再生能源电力作为反应动力来源，实现了全过程零碳的CO₂转化利用。反应条件温和，工艺设施设备简单；模块化集成，便于实现工艺放大；全过程零碳，环境效益高。

发明内容