CN107587942A - 一种光分解co2补燃动力***的技术 - Google Patents

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Abstract

一种光分解CO2补燃动力***的技术，主要由动力***和光分解CO2***组成。动力***：本发明将传统燃气轮机进行改造，燃气在燃气轮机内做功后变成烟气，利用该烟气的余热分别对水和CO2进行加热，加热后再对烟气进行膜分离，得到CO2、O2和剩余气体(主要是N2)，分离出的CO2被回热器中的烟气加热，O2送回压缩机进行压缩后参加二次燃烧，N2作为产品收集。光分解CO2***：被烟气加热的水与分离出CO2进行混合，然后在槽式太阳能中被加热分解为O2和碳氢化合物，随后一起进入膜分离装置分离，分离出的CO2再次进入槽式太阳能集热器中进行分解，O2送回压缩机压缩中参加燃烧，碳氢化合物送入燃气轮机中进行补燃。本发明旨在拓展太阳能的用途，实现能量合理利用的同时又几乎达到CO2的零排放，并且拥有较强的拓展性，能广泛应用于各行业。

Description

一种光分解CO2补燃动力***的技术
技术领域
本发明涉及一种光分解CO2补燃动力***，属于太阳能技术领域。
背景技术
近些年来环境污染问题日益突出，大气污染更是亟待解决，比如：燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质的旋转式动力机械，在工作时需要吸入大量的新鲜空气，而排放出大量的废气，危害环境；与此同时，大量化石能源的燃烧对全球能源也提出了严峻的考验，所以各领域将新能源的开发利用、新装置的研发革新以及CO2的节能减排作为研究的重点。太阳能作为一种清洁可再生能源，对减少化石能源使用和CO2排放有着重要意义，同时CO2的分解、利用也是实现CO2减排的新方向。
光分解CO2的核心是利用太阳能加热CO2和水蒸汽，在光照条件下通过催化剂Ni0.49Cu024Zn0.24Fe2O4将其转化成O2和碳氢化合物。
用中空纤维膜装置在常温下分离CO2、O2、N2的技术已经很成熟。
发明内容
本发明的目的在于提出一种光分解CO2补燃动力***的技术，该***可以将CO2作为储能工质，实现对太阳能的存储，为太阳能的开发利用、CO2的用途拓展提供新思路。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种光分解CO2补燃动力***的技术，主要由动力***和光分解CO2***组成。动力***：本发明将传统燃气轮机进行改造，燃气在燃气轮机内做功后变成烟气，利用该烟气的余热分别对水和CO2加热，而后在再对烟气进行膜分离，得到CO2、O2和剩余气体(主要是N2)，分离出的CO2被回热器中的烟气加热，O2送回压缩机进行压缩后参与二次燃烧，N2作为产品收集。光分解CO2***：被烟气加热的水与分离出CO2进行混合，然后在槽式太阳能中被加热分解为O2和碳氢化合物，随后一起进入膜分离装置分离，分离出的CO2再次进入槽式太阳能集热器中进行分解，O2送回压缩机压缩中参加燃烧，碳氢化合物送入燃气轮机中进行补燃。本发明旨在利用CO2储存太阳能，实现错峰发电，既合理利用了太阳能，又减少了碳排放。
动力***组成：压缩机(1)，燃烧室(2)，燃气轮机(3)，储气罐A(4)，发电机(5)，回热器A(6)，回热器B(7)，膜分离装置A(8)组成。空气和O2在压缩机(1)中压缩，进入燃烧室(2)与燃气混合后在燃气轮机(3)中燃烧并膨胀做功带动发电机(5)发电，燃烧产生的烟气分为两股，一股进入回热器A(6)加热CO2，另一股进入回热器B(7)将水加热为水蒸气，经过回热器 A、B后的烟气在膜分离装置A(8)中分离，分离出CO2、O2和剩余气体(主要是N2)，CO2送到光分解CO2***进行分解，过余部分储存在储气罐A(4)中，O2送回压缩机压缩后参加二次燃烧，N2作为产品进行收集。
光分解CO2***组成：槽式太阳能(9)，膜分离装置B(10)，储气罐B(11)。槽式太阳能(9)的真空管内壁附着催化剂Ni0.49Cu0.24Zn0.24Fe2O4，CO2和水蒸汽的混合气体在真空管内被分解为O2和碳氢化合物，再通过膜分离装置B(10)分离得到CO2、O2和碳氢化合物，CO2返回槽式太阳能(9)的入口再次参加反应，O2送回压缩机压缩后再次参加燃烧，碳氢化合物在储气罐B(11)储存后输送到燃烧室(2)进行补燃。
上述动力***中，采用回热器(6)对CO2进行加热，控制其温度的同时降低排烟温度；采用回热器(7)对外界补入的软化水进行加热，控制其温度的同时降低排烟温度。
本发明的优点：
1、实现了通过CO2对太阳能进行储存、转化。
2、本***将分解CO2的部件和真空管结合在一起，从而不会破坏真空管的结构及工作过程。
3、光分解CO2***选用尖晶石铁酸盐MFe2O4(M＝Ni，Cu，Zn等过渡金属)做催化剂，具有较好的分解CO2活性，其中CuFe2O4的还原温度最低，但是结构容易坍塌，而Zn Fe2O4结构最为稳定，其还原温度最高，Ni Fe2O4介于二者之间，而四金属铁酸盐具有更好的分解活性，所以选择Ni0.49Cu0.24Zn0.24Fe2O4作为最终的催化剂。
4、催化剂Ni0.49Cu0.24Zn0.24Fe2O4颗粒附着在槽式太阳能(9)的真空管内壁，催化剂不明显影响真空管的吸热。
5、本***采用双级回热器，分别加热CO2和水并实现对其温度的良好控制。
6、本***实现了对CO2的循环利用。
7、没有光照时***仍能继续工作，相当于一般的燃气发电机，适应性强。
8、本***可拓展性强，可以广泛应用于工业、商业等领域。
附图说明
图1为本发明***图。
图2为本发明槽式太阳能简图。
附图中标记说明：1-压缩机；2-燃烧室；3-燃气轮；4-储气罐A；5-发电机；6-回热器A；7-回热器B；8-膜分离装置A；9-槽式太阳能；10-膜分离装 置B；11-储气罐B。
具体实施方式
本发明将动力***和光分解CO2***结合起来，实现了本发明的目的，即用光分解得到的CO2进行补燃发电及用来制造碳氢化合物。
动力***组成：压缩机(1)，燃烧室(2)，燃气轮机(3)，储气罐A(4)，发电机(5)，回热器A(6)，回热器B(7)，膜分离装置A(8)。空气和O2在压缩机(1)中压缩后进入燃烧室(2)与燃气混合，之后在燃气轮机(3)中燃烧并膨胀做功带动发电机(5)发电，产生的烟气分为两股，一股进入回热器A(6)加热CO2，另一股进入回热器B(7)加热水使其变为水蒸气，经过回热器A、B后的烟气在膜分离装置A(8)中被分离为CO2、O2和剩余气体(主要是N2)，CO2送到光分解CO2***发生分解或储存在储气罐A(4)中，O2送回压缩机压缩后再次参加燃烧，N2作为产品进行收集。
光分解CO2***组成：槽式太阳能(9)，膜分离装置B(10)，储气罐B(11)。槽式太阳能(9)的真空管内壁附着催化剂Ni0.49Cu0.24Zn0.24Fe2O4，CO2和水蒸汽的混合气体在真空管内被分解为O2和碳氢化合物，再通过膜分离装置B(10)分离得到CO2、O2和碳氢化合物，CO2返回槽式太阳能(9)的入口再次参加反应，O2送回压缩机压缩后再次参加燃烧，碳氢化合物在储气罐B(11)储存后输送到燃烧室(2)进行补燃。
进一步的，无光照时光分解CO2***停止工作，本发明便相当于一般燃气轮机继续进行发电。
进一步的，无光照时CO2储存在储气罐A(4)中。
CO2流经真空管(1)时吸收光的辐射，其中一部分CO2在Ni0.49Cu0.24Zn0.24Fe2O4表面分解。
烟气经过膜分离装置A(8)被分离出CO2、O2和剩余气体(主要是N2)。
光分解后的气体在膜分离装置B(10)中被分离出CO2、O2和剩余气体(主要是碳氢化合物)。

Claims (4)

1.一种光分解CO2补燃动力***，其特征在于：由动力***和光分解CO2***组成；
所述的动力***由压缩机(1)，燃烧室(2)，燃气轮机(3)，储气罐A(4)，发电机(5)，回热器A(6)，回热器B(7)，膜分离装置A(8)组成。空气和O2在压缩机(1)中压缩，进入燃烧室(2)与燃气混合后在燃气轮机(3)中燃烧并膨胀做功带动发电机(5)发电，燃烧产生的烟气分为两股，一股进入回热器A(6)加热CO2，另一股进入回热器B(7)将水加热为水蒸气，经过回热器A、B后的烟气在膜分离装置A(8)中分离，分离出CO2、O2和剩余气体(主要是N2)，CO2送到光分解CO2***进行分解，剩余部分储存在储气罐A(4)中，O2送回压缩机压缩后参加二次燃烧，N2作为产品进行收集；所述的光分解CO2***由槽式太阳能(9)，膜分离装置B(10)，储气罐B(11)组成，槽式太阳能(9)的真空管内壁附着催化剂Ni0.49Cu0.24Zn0.24Fe2O4，CO2和水蒸汽的混合气体在真空管中催化剂的作用下被分解为O2和碳氢化合物，然后通过膜分离装置B(10)分离出CO2、O2和碳氢化合物，CO2返回槽式太阳能(9)的入口继续参与反应，O2送回压缩机压缩后再次参加燃烧，碳氢化合物在储气罐B(11)中储存后输送到燃烧室(2)中进行补燃。
2.根据权利要求1所述的光分解CO2***，其特征在于：选用尖晶石铁酸盐Ni0.49Cu0.24Zn0.24Fe2O4做催化剂，且催化剂颗粒附着在槽式太阳能(9)的真空管内壁。
3.根据权利要求1所述的一种光分解CO2补燃动力***，其特征在于：膜分离装置A(8)产生的CO2作为光分解CO2***的反应物，生成物O2，经压缩后返回燃气轮机，作为富氧燃烧的燃料。
4.根据权利要求书1所述的动力***，其特征在于：膜分离装置A(8)分离出的CO2通过回热器(6)进行加热，以实现对其温度的控制；外界补充的软化水通过加热器(7)加热成水蒸汽，并实现对其温度的控制。
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