WO2013159661A1 - 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备 - Google Patents

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张岩丰
陈义龙
王志龙
方章建
郑兴才
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Definitions

  • the invention relates to a technology for converting energy of industrial flue gas by utilizing excess electric energy generated by renewable energy such as solar energy, water energy and wind energy, and specifically relates to a process for converting carbon dioxide in flue gas into natural gas by using excess electric energy and device.
  • renewable energy such as solar energy, water energy and wind energy
  • the purpose of the present invention is to solve the problem that the renewable energy power generation has the obstacle of surfing the Internet or the short-time excess and the storage of the greenhouse gas pollution environment, and the use of excess electric energy to convert the carbon dioxide in the flue gas into natural gas. Process and equipment.
  • the present invention designs a process for converting carbon dioxide in flue gas into natural gas by utilizing excess electric energy, and the core idea is to first use excess electric energy to electrolyze water to generate hydrogen, and then to collect hydrogen from hydrogen and industrial flue gas.
  • the methanation reaction occurs to synthesize natural gas that can be conveniently stored or transported, and at the same time rationalize the carbon dioxide emitted from industrial flue gas.
  • the process includes the following steps:
  • step 1) transporting the 3 ⁇ 4 produced in step 1) and the CO 2 captured in step 2) to a synthesis equipment consisting of at least a two-stage fixed-bed reactor, so that 3 ⁇ 4 and C0 2 complete the methanation strong exotherm under the action of the catalyst. Reacting to form a high temperature mixed gas whose main component is CH 4 and water vapor;
  • step 4) using the high temperature mixed gas generated in step 3) to indirectly heat treat the process water, so that the process water is finally converted into superheated steam;
  • step 5) input the superheated steam generated in step 4) into the steam turbine generator for work, and the generated electric energy is returned to step 1) for pressure transformation and rectification treatment, and continues to be used for electrolyzing water;
  • the renewable energy source is one of solar energy, water energy, and wind energy, or a combination thereof, and the renewable energy sources are the most environmentally friendly, low-cost, and safe.
  • the use of an electrolyte solution can greatly reduce the temperature of the electrolysis reaction and save power consumption. After the 3 ⁇ 4 and 0 2 produced are removed by water, cooled and cooled, 3 ⁇ 4 is used for the next reaction, and 0 2 can be used as a by-product.
  • the inlet temperature of each fixed bed reactor is 250 to 300 ° C
  • the reaction pressure is 3 to 4 MPa
  • the outlet temperature is 350 to 700 ° C.
  • the purpose of setting up at least two stages of fixed bed reactors is to ensure that 3 ⁇ 4 and C0 2 are fully reacted, increasing the utilization efficiency of 3 ⁇ 4.
  • a part of the high-temperature mixed gas output from the first-stage fixed-bed reactor is branched, cooled, dehydrated, pressurized, and heated, and then mixed with fresh 3 ⁇ 4 and C0 2 to make
  • the volume of C0 2 in the mixed gas is between 6 and 8% and is sent back to the first stage fixed bed reactor.
  • the fresh 3 ⁇ 4 and C0 2 gases can be preheated by the returned high-temperature gas to save energy.
  • the reaction heat can be controlled by adjusting the volume of C0 2 to control the maximum outlet temperature of the fixed bed reactor. , so that the catalyst does not lose activity at the allowable temperature, ensuring stable operation of the fixed bed reactor.
  • the process water is first heated to superheated water, the superheated water is converted into water steam, and finally the water vapor is converted into superheated steam.
  • the process water can be continuously, stably and reliably converted into superheated steam to ensure that the steam turbine engine generates electricity continuously and continuously, and the electric energy generated by it continues to be used for electrolyzing water, so that the high heat generated by the methanation reaction can be fully utilized. , improve the conversion efficiency of renewable energy.
  • step 5 the steam generated by the steam turbine is condensed into water and sent back to the process water pipeline for recycling. In this way, the utilization efficiency of process water can be effectively improved, and water resources can be saved.
  • the water condensed from the mixed gas is returned to the process water line for recycling. In this way, the utilization efficiency of process water can be effectively improved, and water resources can be saved.
  • the present invention designs a device that utilizes excess electrical energy to convert carbon dioxide into natural gas.
  • Equipment including transformer and rectifier, electrolyzer, turbo generator, carbon dioxide heater, first stage fixed bed reactor, second stage fixed bed reactor, natural gas condenser and process water pipeline.
  • the special feature is that: the output end of the transformer and the rectifier is connected to the power interface of the electrolytic cell, and the cathode gas-liquid outlet of the electrolytic cell is connected to the gas-liquid input end of the hydrogen separator, and the liquid output end of the hydrogen separator and the electrolytic cell
  • the cathode liquid return port is connected
  • the H 2 output end of the hydrogen separator is connected to the inlet of the hydrogen cooler
  • the outlet of the hydrogen cooler and the outlet of the carbon dioxide heater are simultaneously connected to the inlet of the first stage fixed bed reactor
  • the first stage The outlet of the fixed bed reactor is sequentially connected to the inlet of the second stage fixed bed reactor through the mixed gas line of the superheater and the primary heat exchanger
  • the outlet of the second stage fixed bed reactor is sequentially passed through the secondary heat exchanger and the preheating
  • the mixer gas line is connected to the input of the natural gas condenser.
  • the process water pipeline is connected to the water medium inlet of the preheater, and the water medium outlet of the preheater is connected to the steam inlet of the superheater through a steam drum, and the steam outlet of the superheater is connected to the steam input end of the steam turbine generator, the steam turbine
  • the electrical output of the generator is connected to the input of the transformer and rectifier.
  • the mixed gas output end of the first-stage heat exchanger is further connected to a heat medium inlet of the circulating heat exchanger, and the heat medium outlet of the circulating heat exchanger passes through the circulating cooler and the circulating compressor.
  • the input ends are connected, and the output of the circulating compressor is connected to the inlet of the heated medium of the circulating heat exchanger, and the outlet of the heated medium of the circulating heat exchanger is connected to the inlet of the first stage fixed bed reactor.
  • an intermediate fixed bed reactor a mixture of the inlet of the intermediate fixed bed reactor and the primary heat exchanger is further disposed between the first stage fixed bed reactor and the second stage fixed bed reactor.
  • the output is connected and the outlet of the intermediate fixed bed reactor is connected to the inlet of the second stage fixed bed reactor through an intermediate heat exchanger.
  • the exhaust steam output end of the turbo generator is connected to the process water pipeline through a spent steam condenser. In this way, water resources can be saved and the utilization of process water can be improved.
  • the above process water line is also connected to the gas liquid input end of the hydrogen separator.
  • water can be transported to the electrolysis cell through a hydrogen separator to supplement the loss of water during the electrolysis process and to cool the heat generated during the electrolysis of water.
  • the condensate output end of the above natural gas condenser is connected to the aqueous medium inlet of the preheater. In this way, water resources can be saved and the utilization of process water can be improved.
  • Methane fuel the main component of natural gas
  • Methane fuel can be easily introduced into an existing natural gas pipeline network system, or it can be pressurized to obtain liquefied natural gas and transported by tank truck. In this way, the problem of storage of electricity caused by the above-mentioned excess power access barrier or short-term excess is effectively solved.
  • the methanation reaction between hydrogen and carbon dioxide is a strong exothermic reaction, and a large amount of thermal energy is released during the reaction. This heat is used to generate high-temperature superheated steam to continue power generation, and then the electric energy is used for the circulation of electrolyzed water, thereby enabling a large Improve the conversion efficiency of renewable energy.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of an apparatus for converting carbon dioxide in flue gas into natural gas using excess electric energy.
  • Figure 2 is a schematic diagram of another structure of an apparatus for converting carbon dioxide in flue gas into natural gas using excess electric energy. detailed description
  • Embodiment 1 An apparatus for converting carbon dioxide into natural gas by using excess electric energy as shown in FIG. 1 , mainly by a transformer and a rectifying device 1 , an electrolyzer 2 , a turbo generator 4 , a carbon dioxide heater 21 , a first stage
  • the fixed bed reactor 13, the second stage fixed bed reactor 11, the natural gas condenser 8 and the process water line 3 are composed of components.
  • Transformer and The output of the rectifier 1 is connected to the power supply of the electrolytic cell 2.
  • the anode gas liquid outlet of the electrolytic cell 2 is connected to the gas liquid input end of the oxygen separator 20, the liquid output end of the oxygen separator 20 is connected to the anode liquid return port of the electrolytic cell 2, and the 0 2 output end of the oxygen separator 20 is connected with oxygen.
  • the inlet of the cooler 19 is connected and the outlet of the oxygen cooler 19 can be connected to a 0 2 pressurized tank truck or bottling plant (not shown) for other industrial applications.
  • the cathode gas-liquid outlet of the electrolytic cell 2 is connected to the gas-liquid input end of the hydrogen separator 18, and the gas-liquid input end of the hydrogen separator 18 is also connected to the process water line 3 to supplement the water loss; the hydrogen separator 18
  • the liquid output end is connected to the cathode liquid return port of the electrolytic cell 2
  • the H 2 output end of the hydrogen separator 18 is connected to the inlet of the hydrogen cooler 17, and the outlet of the hydrogen cooler 17 and the outlet of the carbon dioxide heater 21 are simultaneously connected to the first stage.
  • the inlet of the fixed bed reactor 13 is connected to deliver fresh H 2 and CO 2 to the interior of the first stage fixed bed reactor 13 .
  • the outlet of the first stage fixed bed reactor 13 is sequentially connected to the inlet of the second stage fixed bed reactor 11 through the mixed gas line of the superheater 6 and the primary heat exchanger 7.
  • the mixed gas output end of the primary heat exchanger 7 is further branched to a heat medium inlet of the circulating heat exchanger 16, and the heat medium outlet of the circulating heat exchanger 16 is passed through the circulating cooler 15 and the circulating compressor 14.
  • the input ends are connected, and the output of the recycle compressor 14 is connected to the heated medium inlet of the circulating heat exchanger 16, and the heated medium outlet of the circulating heat exchanger 16 is connected to the inlet of the first stage fixed bed reactor 13.
  • the outlet of the second stage fixed bed reactor 11 is sequentially connected to the input end of the natural gas condenser 8 through the mixed gas line of the secondary heat exchanger 10 and the preheater 9.
  • the process water line 3 is connected to the water medium inlet of the preheater 9, and the water medium outlet of the preheater 9 is connected to the steam inlet of the superheater 6 through the steam drum 12, the steam outlet of the superheater 6 and the steam generator 4
  • the steam input end is connected, and the exhaust steam output end of the turbo generator 4 is connected to the process water line 3 through the spent steam condenser 5, and the electric output end of the turbo generator 4 is connected to the input end of the transformer and rectifier device 1.
  • the condensate output of the natural gas condenser 8 may be connected to the aqueous medium inlet of the preheater 9 (not shown) for returning the condensed water to the system for recycling.
  • the above process for utilizing excess electric energy to convert carbon dioxide in flue gas into natural gas is as follows: Excess energy generated by renewable energy generation such as solar energy, water energy or wind energy is processed by a transformer and rectifier 1 into a desired current.
  • the working power supply of the electrolytic cell 2 is provided.
  • the electrolyte solution in the electrolytic cell 2 is a potassium hydroxide solution having a density of 1.2 to 1.4 kg/m 3 , and the reaction temperature is controlled at 90 ⁇ 2 °C. At this time, the anode and the cathode of the electrolytic cell 2 respectively generate 0 2 and 3 ⁇ 4 carrying the electrolyte solution.
  • the electrolyzed water is supplied to the hydrogen separator 18 through the process water line 3, and is then supplied to the electrolytic cell 2, and is used to cool the heat generated during the electrolysis of water.
  • Maintaining the inlet temperature of the first stage fixed bed reactor 13 is 250 ⁇ 300 ° C, a reaction pressure of 3 ⁇ 4Mpa, outlet temperature of 600 ⁇ 700 ° C, most of the reaction of C0 2 and H 2 under the action of a nickel-based catalyst
  • a high temperature mixed gas of CH 4 and water vapor is generated.
  • the high-temperature mixed gas is sequentially cooled by the superheater 6 and the primary heat exchanger 7 to 250 to 300 ° C, and then branched into two parts.
  • a part of the high-temperature mixed gas enters the circulating cooler 15 through the heat medium line of the circulating heat exchanger 16, and the heat exchange is cooled to 30 to 40 ° C, and then the pressure is increased to 3 to 4 MPa and the temperature is raised by the circulation compressor 14.
  • the high-temperature mixed gas of CH 4 and water vapor output from the second-stage fixed-bed reactor 11 is sequentially subjected to heat exchange and cooling by the secondary heat exchanger 10 and the preheater 9, and then further cooled by the natural gas condenser 8, wherein the gas is cooled.
  • the CH 4 is cooled to 45 to 50 ° C and is discharged from the gas output end of the natural gas condenser 8 , and the CH 4 having a purity of more than 94% is pressurized to become SNG/LNG (natural gas/liquefied natural gas), and is piped to the existing one.
  • SNG/LNG natural gas/liquefied natural gas
  • process water enters the preheater 9 through the process water line 3, The heat is heated to superheated water.
  • the superheated water is supplied to the drum 12 through a pipe, where it is evaporated into water vapor.
  • the water vapor is then piped to the superheater 6, and the heating is continued to be converted into superheated steam having a set pressure.
  • the superheated steam enters the turbo generator 4 through a pipeline, and the superheated steam flowing at a high speed pushes the blades of the turbo generator 4 to generate electricity, and the generated electric energy is returned to the transformer and the rectifying device 1, and is transformed.
  • Embodiment 2 Another apparatus for converting carbon dioxide into natural gas using excess electric energy as shown in FIG. 2, the structure and process flow are basically the same as in Embodiment 1, except that the first stage fixed bed reactor 13 and the second stage are An intermediate fixed bed reactor 22 is also disposed between the fixed bed reactors 11, the inlet of the intermediate fixed bed reactor 22 is connected to the mixed gas output end of the primary heat exchanger 7, and the outlet of the intermediate fixed bed reactor 22 is exchanged through the middle.
  • the heater 23 is connected to the inlet of the second stage fixed bed reactor 11.
  • a three-stage fixed-bed reactor is provided, and the methanation reaction rate of 3 ⁇ 4 and C0 2 can be distributed in three stages to ensure complete reaction of the raw materials.
  • the inlet and outlet temperatures of the three-stage fixed bed reactor can be sequentially lowered to obtain steam of corresponding quality (temperature, pressure) to suit the needs of the steam turbine generator 4.

Abstract

一种利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺，该工艺是利用过剩电能电解水产生氢气，将氢气与工业烟气中捕集下来的二氧化碳发生甲烷化反应，利用甲烷化反应产生的热量加热水产生过热水蒸汽，驱动汽轮发电机发电，补充电解水的电能，合成得到天然气。还提供一种在合成天然气中使用的设备，其主要由变压及整流装置（1）、电解槽（2）、汽轮发电机（4）、二氧化碳加热器（21）、至少两级固定床反应器（11、13）、各种间接换热器、汽包（12）、天然气冷凝器（8）、以及工艺用水管路（3）组合而成。

Description

利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备 技术领域
本发明涉及利用太阳能、 水能、 风能等可再生能源发电产生的过剩电能对工业烟气 进行能源转化处理的技术， 具体地指一种利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然 气的工艺及设备。 背景技术
目前， 全球每年 160多亿吨标煤的能源消费总量中， 90%以上为煤炭、 石油、 天然气 等化石能源， 我国也不例外， 由此带来了极其巨量的二氧化碳排放。 进入二十一世纪以 来， 人类所面临的最大挑战之一就是二氧化碳大量排放所造成的温室效应， 由此引起全 球变暖、 气候变化、 以及对生态、 经济、 社会等方面产生综合影响的全球性环境问题。 2010年全球二氧化碳排放量已升至 306亿吨以上，我国已成为二氧化碳排放第一大国，而 且排放量还在不断增加。 全球性的能源短缺和二氧化碳所引起的日益严重的环境问题迫 使人们去寻找解决这些问题的途径。
为了解决上述问题， 可再生能源的利用得到了空前扩展。 据不完全统计， 当前我国 水电、 核电、 风电、 太阳能等非化石能源占一次能源消费总量的比重在逐年扩大， 在十 二五期间其比重将由当前的 8.3%提高到 11.4%， 到 2020年非化石能源占一次能源消费总 量的比重将达到 15%。 为实现这一目标， 发展可再生能源势在必行。
然而， 2011年国家电监会发布的 《风电、 光伏发电情况监管报告》 显示， 过去的半 年内， 我国风能发电但无法被人们所用的弃用风电电量就达 27.76亿度。 国家电监会称， 由于缺乏具体的风电送出和风电消纳方案， 大规模风电送出消纳的矛盾日益突出， 上网 障碍已成为制约风电发展的关键问题。
在水力发电方面， 我国建成超过 50万 kW以上水电站的数量已经达到 28个，其总装机 容量达到 5098万千瓦。 在 2010年， 我国十二大水电基地规划 （包括已建） 装机总容量达 到 20523.2万千瓦，年发电量达到 9458.8亿 kW_h。在水力发电项目的丰水期，发电量充足， 但在丰水期许多电量无法送出， 导致上网电价非常低廉， 造成电能的损失或者设备的停 车损耗。 在太阳能发电方面，我国 2010年光伏发电市场装机量达到 400兆瓦，在全球总装机量 中占 3%。 按照国家能源局的规划， 到 2015年， 我国太阳能装机容量将达到 1000万千瓦以 上； 到 2020年， 太阳能装机容量将达 4000万千瓦以上。 但是其中一些电能必然会存在并 网瓶颈问题。
如何充分利用上述可再生能源发电产生的过剩电能， 进而有效实现节能减排、 降低 温室效应的目的， 一直是本领域技术人员试图解决的难题。 发明内容
本发明的目的旨在解决可再生能源发电存在上网障碍或短时间过剩难以储存的缺 陷、 以及化石能源发电存在温室气体污染环境的问题， 提供一种利用过剩电能将烟气中 的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备。
为实现上述目的， 本发明所设计利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的 工艺， 其核心思路是先利用过剩电能电解水产生氢气， 然后将氢气与工业烟气中捕集下 来的二氧化碳发生甲烷化反应， 从而合成得到可以方便储存或输送的天然气， 同时可使 工业烟气中排放的二氧化碳得到合理化应用。 该工艺包括如下步骤：
1 )将可再生能源发电产生的难以储存或并网障碍的过剩电能变压及整流之后，通入 到电解质溶液中， 将其中的水电解分离成 H2和 02， 并将 H2中的水份处理干净；
2)对工业排放的烟气进行净化处理，使其中所含的 C02分离出来， 并对捕获的 C02 进行纯化处理；
3 ) 将步骤 1 ) 产生的 ¾与步骤 2) 捕获的 C02输送到由至少由两级固定床反应器 组成的合成设备中， 使 ¾与 C02在催化剂的作用下完成甲烷化强放热反应， 生成主要 组份为 CH4和水蒸汽的高温混合气体；
4)用步骤 3 ) 生成的高温混合气体对工艺用水进行间接换热处理， 使工艺用水最终 转化为过热水蒸汽；
5 )将步骤 4)产生的过热水蒸汽输入到汽轮发电机中做功， 所产生的电能返回到步 骤 1 ) 中进行变压及整流处理， 继续用来电解水；
6)对步骤 4)中经过换热降温后的混合气体进行冷凝干燥处理， 直至获得 CH4含量 符合标准的天然气。 这些天然气 （SNG) 可以加压输送到现有天然气管网中， 或增压成 液化天然气 （LNG) 进行运输。
进一步地， 上述步骤 1 ) 中， 可再生能源为太阳能、 水能、 风能中的一种或其组合， 这几种可再生能源最为环保、低廉、 安全。 电解质溶液优选密度为 1.2〜 1 .4kg/m3的氢氧 化钾溶液或其他同类溶液， 电解质溶液的反应温度控制在 90±2°C， 其电解水的反应机理 如下： 2H20=2H2†+02†。 与单纯的水相比， 采用电解质溶液可以大幅降低电解反应的温 度， 节约电耗。 所生产的 ¾和 02经水份脱除、 冷却降温后， ¾用于进行下一步反应， 02则可以作为副产品加以其他利用。
进一步地， 上述步骤 3 ) 中， 各级固定床反应器的进口温度为 250〜300°C， 反应压 力为 3〜4Mpa， 出口温度为 350〜700°C 。 H2 与 C02 的甲烷化反应机理如下： 4H2+CO2=CH4+2H2O+4160Kj/kg'CO2。 具体操作时， 一般按照体积比为 ¾： C02=4： 1 的比例将它们混合输送至固定床反应器中， 在镍基或同类催化剂的作用下进行强放热反 应， 同时释放出大量热量， 使产生的混合气体温度得到很大提高。 设置至少两级固定床 反应器的目的是确保 ¾与 C02充分反应， 提高 ¾的利用效率。
进一步地， 所述步骤 3 ) 中， 从第一级固定床反应器输出的高温混合气体中分流一 部分， 对其进行冷却脱水、 加压、 升温处理， 再与新鲜的 ¾和 C02混合， 使混合气体 中 C02的体积含量在 6〜8%之间， 输送回第一级固定床反应器中。 这样， 一方面可以通 过返回的高温气体预热新鲜的 ¾和 C02气体， 节省能耗， 另一方面可以通过对 C02体 积含量的调节控制反应热， 进而控制固定床反应器的最高出口温度， 使催化剂在允许温 度下不失去活性， 确保固定床反应器稳定运行。
进一步地， 所述步骤 4) 中， 先将工艺用水升温成过热水， 再将过热水转化成水蒸 汽， 最后使水蒸汽转化为过热水蒸汽。 这样， 可以使工艺用水连续、 稳定、 可靠地转化 成过热水蒸汽， 确保汽轮发动机始终不间断地发电， 其产生的电能继续用来电解水， 从 而使甲烷化反应生产的高热得以充分利用， 提高可再生能源的转化效率。
进一步地， 所述步骤 5 ) 中， 将推动汽轮机做功后产生的乏汽冷凝成水， 送回到工 艺用水管路中循环使用。 这样， 可以有效提高工艺用水的利用效率， 节约水资源。
进一步地， 所述步骤 6) 中， 将从混合气体中冷凝下来的水送回到工艺用水管路中 循环使用。 这样， 可以有效提高工艺用水的利用效率， 节约水资源。
同样， 为实现上述目的， 本发明所设计利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设 备， 包括变压及整流装置、 电解槽、 汽轮发电机、 二氧化碳加热器、 第一级固定床反应 器、 第二级固定床反应器、 天然气冷凝器和工艺用水管路。 其特殊之处在于： 变压及整 流装置的输出端与电解槽的电源接口相连， 电解槽的阴极气液出口与氢气分离器的气液 输入端相连， 氢气分离器的液体输出端与电解槽的阴极回液口相连， 氢气分离器的 H2 输出端与氢气冷却器的进口相连， 氢气冷却器的出口和二氧化碳加热器的出口同时与第 一级固定床反应器的进口相连， 第一级固定床反应器的出口依次通过过热器和一级换热 器的混合气管路与第二级固定床反应器的进口相连， 第二级固定床反应器的出口依次通 过二级换热器和预热器的混合气管路与天然气冷凝器的输入端相连。 工艺用水管路与预 热器的水介质进口相连， 预热器的水介质出口通过汽包与过热器的蒸汽进口相连， 过热 器的蒸汽出口与汽轮发电机的蒸汽输入端相连， 汽轮发电机的电输出端与变压及整流装 置的输入端相连。
作为优选方案， 上述一级换热器的混合气输出端还分出一支路与循环换热器的热介 质进口相连， 循环换热器的热介质出口通过循环冷却器与循环压縮机的输入端相连， 循 环压縮机的输出端则与循环换热器的被加热介质进口相连， 循环换热器的被加热介质出 口与第一级固定床反应器的进口相连。 这样， 可以使反应生成的一部分高温混合气体通 过自循环的方式重新进入第一级固定床反应器中， 实现对新鲜 H2和 C02气体的预热， 从而节省能耗， 确保反应连续进行。
作为另一种优选方案， 上述第一级固定床反应器和第二级固定床反应器之间还设置 有中间固定床反应器， 中间固定床反应器的进口与一级换热器的混合气输出端相连， 中 间固定床反应器的出口通过中间换热器与第二级固定床反应器的进口相连。 这样， 实际 上设置有三级固定床反应器， 可以逐级分配 H2与 C02的甲烷化反应率， 直至原料反应 完全。 同时， 可以逐级降低固定床反应器的温度， 获得不同品质（温度、 压力） 的蒸汽， 以适于汽轮发电机的需要。
进一步地， 上述汽轮发电机的乏汽输出端通过乏汽冷凝器与工艺用水管路相连。 这 样， 可以节约水资源， 提高工艺用水的利用率。
进一步地， 上述工艺用水管路还与氢气分离器的气液输入端相连。 这样， 可以通过 氢气分离器将水输送到电解槽中， 补充电解反应过程中水的损耗， 同时用来冷却电解水 过程中产生的热量。 进一步地， 上述天然气冷凝器的凝结水输出端与预热器的水介质进口相连。 这样， 可以节约水资源， 提高工艺用水的利用率。
本发明具有以下突出效果：
其一， 利用太阳能、水能、风能等可再生能源发电产生的过剩电能电解水生产氢气， 再将氢气与从工业烟气中捕获的二氧化碳进行甲烷化反应， 可以将二氧化碳转化为便于 储运的甲烷燃料（即天然气的主要成份），从而可以很方便地将其导入现有的天然气管网 ***中， 也可以将其增压处理得到液化天然气， 通过槽车输送。 这样， 有效解决了上述 过剩电能上网障碍或短时过剩而产生的储电难问题。
其二， 在将氢气与二氧化碳合成转变成甲烷的过程中， 烟气中大量的二氧化碳被吸 收利用， 达到了减排二氧化碳的目的， 解决了化石燃料产生巨量二氧化碳的减排难题， 具有巨大的经济效益和社会效益。
其三，氢气与二氧化碳的甲烷化反应是强放热反应，反应过程中会释放出大量热能， 将此热能用来产生高温过热蒸汽继续发电， 再将电能用于电解水的循环， 从而能够大幅 提高可再生能源的转化效率。
其四， 氢气与二氧化碳的甲烷化反应的终产物中， 只有作为天然气燃料的甲烷和水 蒸汽， 没有其他毒副产物， 从而既可以确保天然气的品质， 又可以减轻温室气体对环境 的污染， 一举二得。 附图说明
图 1为一种利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的设备的结构示意图。 图 2 为另一种利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的设备的结构示意 图。 具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的工艺及设备作进一步的详细描述。
实施例 1 : 如图 1所示的一种利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备， 主要 由变压及整流装置 1、 电解槽 2、汽轮发电机 4、 二氧化碳加热器 21、第一级固定床反应 器 13、第二级固定床反应器 11、天然气冷凝器 8和工艺用水管路 3等部件组成。变压及 整流装置 1的输出端与电解槽 2的电源接口相连。 电解槽 2的阳极气液出口与氧气分离 器 20的气液输入端相连， 氧气分离器 20的液体输出端与电解槽 2的阳极回液口相连， 氧气分离器 20的 02输出端与氧气冷却器 19的进口相连， 氧气冷却器 19的出口可以与 02加压槽车或装瓶设备相连 （图中未示出）， 以备其他工业利用。 电解槽 2的阴极气液 出口与氢气分离器 18的气液输入端相连， 氢气分离器 18的气液输入端还与工艺用水管 路 3相连，用以补充水份损耗；氢气分离器 18的液体输出端与电解槽 2的阴极回液口相 连， 氢气分离器 18的 H2输出端与氢气冷却器 17的进口相连， 氢气冷却器 17的出口和 二氧化碳加热器 21的出口同时与第一级固定床反应器 13的进口相连，用以将新鲜的 H2 与 C02的输送到第一级固定床反应器 13内部。
第一级固定床反应器 13的出口依次通过过热器 6和一级换热器 7的混合气管路与第 二级固定床反应器 11的进口相连。一级换热器 7的混合气输出端还分出一支路与循环换 热器 16的热介质进口相连，循环换热器 16的热介质出口通过循环冷却器 15与循环压縮 机 14的输入端相连，循环压縮机 14的输出端则与循环换热器 16的被加热介质进口相连， 循环换热器 16的被加热介质出口与第一级固定床反应器 13的进口相连。
第二级固定床反应器 11的出口依次通过二级换热器 10和预热器 9的混合气管路与 天然气冷凝器 8的输入端相连。 工艺用水管路 3与预热器 9的水介质进口相连， 预热器 9的水介质出口通过汽包 12与过热器 6的蒸汽进口相连，过热器 6的蒸汽出口与汽轮发 电机 4的蒸汽输入端相连， 汽轮发电机 4的乏汽输出端通过乏汽冷凝器 5与工艺用水管 路 3相连， 汽轮发电机 4的电输出端则与变压及整流装置 1的输入端相连， 以给电解水 提供电能。 另外， 天然气冷凝器 8的凝结水输出端也可以与预热器 9的水介质进口相连 (图中未示出）， 用以将凝结水返回到***中循环利用。
上述利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的设备的工艺流程如下： 太阳能、 水能或风能等可再生能源发电所产生的过剩电能经过变压及整流装置 1处 理成所需的电流后，提供电解槽 2的工作电源。电解槽 2内的电解质溶液采用密度为 1.2〜 1 .4kg/m3的氢氧化钾溶液， 其反应温度控制在 90±2°C。 此时， 电解槽 2的阳极和阴极 分别产生携带有电解质溶液的 02和 ¾。 所产生的 02经过氧气分离器 20后， 其中的电 解质溶液与被分离出来， 返回电解槽 2中继续参加反应， 02再进入氧气冷却器 19冷却 至 45°C左右脱水， 脱水后输送至加压槽车或装瓶设备， 以备工业利用。 所产生的 H2经 过氢气分离器 18后， 其中的电解质溶液被分离出来， 返回电解槽 2中继续参加反应， H2再进入氢气冷却器 17冷却至 45 °C左右脱水， 进入下一步反应。 电解损耗的水通过工 艺用水管路 3输入到氢气分离器 18中，进而补充到电解槽 2中， 同时用来冷却电解水过 程中产生的热量。
与此同时， 将从烟气中捕获纯化的 C02导入二氧化碳加热器 21 内， 经过加热升温 后， 与脱水纯化的 ¾按照体积比为 ¾： C02=4： 1的比例混合成新鲜气体， 输送至第一 级固定床反应器 13中进行甲烷化强放热反应。 为了控制 ¾与 C02的甲烷化反应热， 可 在二氧化碳加热器 21 中加入一定量的 CH4， 一般按照体积 比为 ¾： C02： CH4=4： 1： 0.5 的比例进行混合， 反应运行稳定后可停加 CH4。 保持第一级 固定床反应器 13的进口温度为 250〜300°C、反应压力为 3〜4Mpa、出口温度为 600〜700°C， 在镍基催化剂的作用下大部分 H2与 C02反应生成 CH4和水蒸汽的高温混合气体。 该高 温混合气体依次由过热器 6和一级换热器 7降温至 250〜300°C后， 分流为两部分。 其中 一部分高温混合气体经过循环换热器 16的热介质管路进入循环冷却器 15中， 换热降温 至 30〜40°C， 再经过循环压縮机 14将压力提高到 3〜4Mpa、 温度升高到 180〜200°C， 最 后经过循环换热器 16的被加热介质管路，进一步加热至 250〜300°C，与新鲜的 ¾和 C02 混合，使混合气体中 C02的体积含量在 6〜8%之间，输送到第一级固定床反应器 13内部， 如此循环。通过上述循环预热新鲜 H2和 C02， 可以大幅节省能耗， 控制第一级固定床反 应器 13出口温度。 另一部分高温混合气体则输入到第二级固定床反应器 11内， 保持第 二级固定床反应器 11 的进口温度为 250〜300°C、 反应压力为 3〜4Mpa、 出口温度为 350-500 °C , 使其中未反应的 H2和 C02继续完成甲烷化强放热反应， 直至所有原料反应 完毕。
从第二级固定床反应器 11输出的 CH4和水蒸汽的高温混合气体依次经过二级换热 器 10和预热器 9换热降温后， 再经过天然气冷凝器 8进一步冷却， 其中的气体 CH4冷 却到 45〜50°C， 并由天然气冷凝器 8的气体输出端流出， 纯度达 94%以上的 CH4经加压 成为 SNG/LNG (天然气 /液化天然气）， 通过管道输送到现有的管网 /槽车加以储存和利 用； 而其中的凝结水则由天然气冷凝器 8的凝结水输出端流出， 输送到预热器 9的水介 质进口中循环利用。
在上述甲烷化强放热反应过程中， 工艺用水通过工艺用水管路 3进入预热器 9， 在 其内被换热升温成过热水。过热水通过管路输送至汽包 12中，在其内蒸发转化成水蒸汽。 水蒸汽再通过管路输送至过热器 6中，继续加热升温转化成具有设定压力的过热水蒸汽。 该过热水蒸汽通过管道进入汽轮发电机 4中， 高速流动的过热水蒸汽推动汽轮发电机 4 的叶片转动发电， 所产生的电能返回到变压及整流装置 1中， 经过变压及整流后继续用 来电解水， 从而使甲烷化强放热反应中的余热得以充分利用。 而推动汽轮机做功后产生 的乏汽则输送至乏汽冷凝器 5中， 冷凝成水后送回到工艺用水管路 3中循环使用。
实施例 2: 如图 2所示的另一种利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备， 其 结构和工艺流程与实施例 1基本相同，只是在第一级固定床反应器 13和第二级固定床反 应器 11之间还设置有中间固定床反应器 22， 中间固定床反应器 22的进口与一级换热器 7的混合气输出端相连， 中间固定床反应器 22的出口通过中间换热器 23与第二级固定 床反应器 11的进口相连。 这样设置有三级固定床反应器， 可以分三级分配 ¾与 C02的 甲烷化反应率， 确保原料反应完全。 同时， 可以依次降低三级固定床反应器的进出口温 度， 获得相应品质 （温度、 压力） 的蒸汽， 以适于汽轮发电机 4的需要。

Claims

权利要求书
1、一种利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺， 其特征在于： 该工 艺包括如下步骤：
1 )将可再生能源发电产生的难以储存或并网障碍的过剩电能变压及整流之后，通入 到电解质溶液中， 将其中的水电解分离成 H2和 02， 并将 H2中的水份处理干净；
2)对工业排放的烟气进行净化处理， 使其中所含的 C02分离出来， 并对捕获的 C02 进行纯化处理；
3) 将步骤 1 ) 产生的 ¾与步骤 2) 捕获的 C02输送到至少由两级固定床反应器组 成的合成设备中， 使 1¾与。02在催化剂的作用下完成甲烷化强放热反应， 生成主要组 份为 CH4和水蒸汽的高温混合气体；
4)用步骤 3) 生成的高温混合气体对工艺用水进行间接换热处理， 使工艺用水最终 转化为过热水蒸汽；
5)将步骤 4)产生的过热水蒸汽输入到汽轮发电机中做功， 所产生的电能返回到步 骤 1 ) 中进行变压及整流处理， 继续用来电解水；
6)对步骤 4)中经过换热降温后的混合气体进行冷凝干燥处理， 直至获得 CH4含量 符合标准的天然气。
2、 根据权利要求 1所述的利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺， 其特征在于： 所说的步骤 1 ) 中， 可再生能源为太阳能、 水能、 风能中的一种或其组合。
3、 根据权利要求 1所述的利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺， 其特征在于： 所说的步骤 1 )中， 电解质溶液采用密度为 1.2~ 1 .4kg/m3的氢氧化钾溶液， 电解质溶液的反应温度控制在 90±2°C。
4、根据权利要求 1或 2或 3所述的利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气 的工艺， 其特征在于： 所说的步骤 3) 中， 各级固定床反应器的进口温度为 250~300°C， 反应压力为 3~4Mpa， 出口温度为 350~700°C。
5、根据权利要求 1或 2或 3所述的利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气 的工艺， 其特征在于： 所说的步骤 3) 中， 从第一级固定床反应器输出的高温混合气体 中分流一部分， 对其进行冷却脱水、 加压、 升温处理， 再与新鲜的 H2和 C02混合， 使 混合气体中 C02的体积含量在 6~8%之间， 输送回第一级固定床反应器中。
6、根据权利要求 1或 2或 3所述的利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气 的工艺， 其特征在于： 所说的步骤 4) 中， 先将工艺用水升温成过热水， 再将过热水转 化成水蒸汽， 最后使水蒸汽转化为过热水蒸汽。
7、根据权利要求 1或 2或 3所述的利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气 的工艺， 其特征在于： 所说的步骤 5) 中， 将推动汽轮机做功后产生的乏汽冷凝成水， 送回到工艺用水管路中循环使用。
8、根据权利要求 1或 2或 3所述的利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气 的工艺， 其特征在于： 所说的步骤 6) 中， 将从混合气体中冷凝下来的水送回到工艺用 水管路中循环使用。
9、 一种利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备， 包括变压及整流装置 （1 )、 电解槽 （2)、 汽轮发电机 （4)、 二氧化碳加热器 （21 )、 第一级固定床反应器 （13)、 第 二级固定床反应器 （11 )、 天然气冷凝器 （8 ) 和工艺用水管路 （3)， 其特征在于： 变压 及整流装置（1 ) 的输出端与电解槽（2) 的电源接口相连， 电解槽（2) 的阴极气液出口 与氢气分离器 （18) 的气液输入端相连， 氢气分离器 （18) 的液体输出端与电解槽 （2) 的阴极回液口相连， 氢气分离器（18) 的 H2输出端与氢气冷却器（17) 的进口相连， 氢 气冷却器（17) 的出口和二氧化碳加热器（21 ) 的出口同时与第一级固定床反应器（13) 的进口相连， 第一级固定床反应器（13) 的出口依次通过过热器（6)和一级换热器（7) 的混合气管路与第二级固定床反应器 （11 ) 的进口相连， 第二级固定床反应器 （11 ) 的 出口依次通过二级换热器 （10) 和预热器 （9) 的混合气管路与天然气冷凝器 （8) 的输 入端相连； 工艺用水管路（3)与预热器（9) 的水介质进口相连， 预热器（9) 的水介质 出口通过汽包 （12) 与过热器 （6) 的蒸汽进口相连， 过热器 （6) 的蒸汽出口与汽轮发 电机（4) 的蒸汽输入端相连， 汽轮发电机（4) 的电输出端与变压及整流装置 （1 ) 的输 入端相连。
10、 根据权利要求 9所述的利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备， 其特征 在于： 一级换热器（7) 的混合气输出端还分出一支路与循环换热器（16) 的热介质进口 相连， 循环换热器 （16) 的热介质出口通过循环冷却器 （15) 与循环压縮机 （14) 的输 入端相连， 循环压縮机 （14) 的输出端则与循环换热器 （16) 的被加热介质进口相连， 循环换热器 （16) 的被加热介质出口与第一级固定床反应器 （13) 的进口相连。
11、根据权利要求 9或 10所述的利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备，其 特征在于： 第一级固定床反应器 （13) 和第二级固定床反应器 （11 ) 之间还设置有中间 固定床反应器 （22)， 中间固定床反应器 （22) 的进口与一级换热器 （7) 的混合气输出 端相连， 中间固定床反应器 （22) 的出口通过中间换热器 （23) 与第二级固定床反应器
( 11 ) 的进口相连。
12、根据权利要求 9或 10所述的利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备，其 特征在于： 汽轮发电机（4) 的乏汽输出端通过乏汽冷凝器（5)与工艺用水管路（3)相 连。
13、根据权利要求 9或 10所述的利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备，其 特征在于： 工艺用水管路 （3) 还与氢气分离器 （18) 的气液输入端相连。
14、根据权利要求 9或 10所述的利用过剩电能将二氧化碳转化成天然气的设备，其 特征在于： 天然气冷凝器 （8) 的凝结水输出端与预热器 （9) 的水介质进口相连。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103756713A (zh) * 2014-01-26 2014-04-30 程礼华 多等离子体炬联产制油与天然气的装置及其工艺

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102660340B (zh) * 2012-04-24 2014-06-11 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备
CN104152197B (zh) * 2013-05-14 2017-02-08 中国科学院大连化学物理研究所 一种密闭空间内co2富集及甲烷化工艺与反应器
WO2015033583A1 (ja) * 2013-09-09 2015-03-12 千代田化工建設株式会社 水素及び合成天然ガスの製造装置及び製造方法
FR3012468B1 (fr) * 2013-10-28 2016-03-11 Gdf Suez Dispositif et procede de production de gaz naturel de substitution et reseau le comportant
DE102013020511A1 (de) * 2013-12-11 2015-06-11 Karl Werner Dietrich Speicherkraftwerk Brennstoffzelle
EP2910523A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-26 Haldor Topsoe A/S Methanation process with a passive heat exchange medium
DE102014225063A1 (de) * 2014-12-05 2016-06-09 Siemens Aktiengesellschaft Kraftwerk
CN106160243B (zh) * 2015-04-23 2019-04-12 中国石化工程建设有限公司 一种储存和释放电能的***和工艺
CN106160240B (zh) * 2015-04-23 2019-04-12 中国石化工程建设有限公司 一种储存和释放电能的***和工艺
CN106147900B (zh) * 2015-04-23 2019-03-15 中国石化工程建设有限公司 一种储存电能的***和工艺
CN106160241B (zh) * 2015-04-23 2019-04-12 中国石化工程建设有限公司 一种储存电能的***和工艺
CN106160242B (zh) * 2015-04-23 2019-04-12 中国石化工程建设有限公司 一种储存和释放电能的***和工艺
CN105597642B (zh) * 2015-10-30 2018-09-04 西安交通大学 一种将太阳能转化为化学能的膜反应***及方法
WO2017114882A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-06 Union Engineering A/S Energy efficient method for concurrent methanisation and carbon dioxide recovery
US10987624B2 (en) 2016-12-21 2021-04-27 Isca Management Ltd. Removal of greenhouse gases and heavy metals from an emission stream
JP2018135283A (ja) * 2017-02-21 2018-08-30 株式会社日立製作所 メタン製造方法及びメタン製造装置
JP2018165322A (ja) * 2017-03-28 2018-10-25 東京瓦斯株式会社 輸送方法及び輸送システム
CN108736728A (zh) * 2017-04-25 2018-11-02 山西北极熊环境科技有限公司 分子高能增强模块
CN107164776A (zh) * 2017-06-29 2017-09-15 赫普热力发展有限公司 一种制燃料反应***、发电厂调峰***及发电厂
CN107141189A (zh) * 2017-06-29 2017-09-08 赫普热力发展有限公司 一种甲烷化反应***、发电厂调峰***及发电厂
JP6994331B2 (ja) * 2017-09-13 2022-01-14 日立造船株式会社 熱利用型ガス精製システム
JP6909742B2 (ja) * 2018-02-16 2021-07-28 株式会社日立製作所 メタン製造設備及びメタン製造方法
JP6791177B2 (ja) 2018-02-20 2020-11-25 株式会社豊田中央研究所 メタン製造装置、および、メタン製造方法
CN109943373B (zh) * 2018-05-07 2020-11-20 北京建筑大学 一种基于电制气技术的能源转换和存储方法
CN108774099A (zh) * 2018-06-01 2018-11-09 河南广硕化工科技有限公司 一种废气二氧化碳综合利用生产液态甲烷的方法
KR20200003736A (ko) 2018-07-02 2020-01-10 서강대학교산학협력단 공기 중의 이산화탄소와 물을 이용하는 천연가스 합성 장치 및 방법
JP7014690B2 (ja) * 2018-08-29 2022-02-01 株式会社日立製作所 メタン製造システム
CN108795523A (zh) * 2018-08-29 2018-11-13 中国海洋石油集团有限公司 一种太阳能和/或风力发电制氢与煤制天然气工艺耦合制备天然气的装置及应用
JP2020045430A (ja) * 2018-09-19 2020-03-26 東邦瓦斯株式会社 再生可能エネルギー利用システム
CN109232161A (zh) * 2018-11-15 2019-01-18 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种电厂烟气中二氧化碳回收与利用***及方法
CN109609220A (zh) * 2018-11-29 2019-04-12 山西易高煤层气有限公司 一种煤层气制lng天然气的方法
CN110358594A (zh) * 2019-06-21 2019-10-22 清华四川能源互联网研究院 电解水制氢与co2甲烷化制合成天然气的装置及方法
JPWO2021220455A1 (zh) * 2020-04-30 2021-11-04
CN111908992A (zh) * 2020-07-31 2020-11-10 苏州市协力化工设备有限公司 一种太阳能驱动二氧化碳制甲烷的装置与方法
CA3138540A1 (en) * 2020-11-13 2022-05-13 Lummus Technology Llc Methods and systems for converting carbon oxides to olefins
CN112851463B (zh) * 2021-03-18 2023-06-13 西安热工研究院有限公司 一种利用锅炉含硫烟气制甲烷的***和方法
CN114106897A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 江苏保埃罗环保科技有限公司 二氧化碳制甲烷与天然气制lng耦合***及方法
CN113930799A (zh) * 2021-11-29 2022-01-14 江苏科技大学 一种固体氧化物电解池产氢气的热回收***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011076315A2 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Solar Fuel Gmbh Verfahren zur herstellung eines methanreichen produktgases und dazu einsetzbares reaktorsystem
CN201903041U (zh) * 2010-10-25 2011-07-20 广东慧生能源技术有限公司 低碳微排放节能减排锅炉一体化***
CN201962264U (zh) * 2011-02-16 2011-09-07 顾为东 风电煤制天然气***
CN102660340A (zh) * 2012-04-24 2012-09-12 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备
CN202538625U (zh) * 2012-04-24 2012-11-21 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的设备

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004030717A1 (de) * 2004-06-25 2006-01-19 Mayer, Günter, Dipl.-Ing. Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von geothermer und regenerativer Energie durch die Umwandlung in chemische Energie
JP2009077457A (ja) * 2007-09-18 2009-04-09 Tokyo Gas Co Ltd 分散型電源の運転システムおよびその運転方法
DE102009018126B4 (de) * 2009-04-09 2022-02-17 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Energieversorgungssystem und Betriebsverfahren
EP2543743B1 (en) * 2010-03-02 2017-11-29 JFE Steel Corporation Blast furnace operation method, iron mill operation method, and method for utilizing a gas containing carbon oxides
US8268134B2 (en) * 2010-05-21 2012-09-18 General Electric Company System for protecting turbine engine surfaces from corrosion
DE202010012734U1 (de) * 2010-09-03 2011-12-05 Carbon-Clean Technologies Ag Energieträger-Erzeugungsanlage zum kohlendioxidneutralen Ausgleich von Erzeugungsspitzen und Erzeugungstälern bei der Erzeugung von elektrischer Energie und/oder zur Erzeugung eines kohlenwasserstoffhaltigen Energieträgers
CN102299228A (zh) * 2011-09-23 2011-12-28 厦门市三安光电科技有限公司 一种覆晶插件式发光二极管芯片结构及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011076315A2 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Solar Fuel Gmbh Verfahren zur herstellung eines methanreichen produktgases und dazu einsetzbares reaktorsystem
CN201903041U (zh) * 2010-10-25 2011-07-20 广东慧生能源技术有限公司 低碳微排放节能减排锅炉一体化***
CN201962264U (zh) * 2011-02-16 2011-09-07 顾为东 风电煤制天然气***
CN102660340A (zh) * 2012-04-24 2012-09-12 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的工艺及设备
CN202538625U (zh) * 2012-04-24 2012-11-21 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 利用过剩电能将烟气中的二氧化碳转化成天然气的设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2843030A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103756713A (zh) * 2014-01-26 2014-04-30 程礼华 多等离子体炬联产制油与天然气的装置及其工艺

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