[發明專利]一種生物質能逐級轉化制氫協同CO2

有效

• 申請號: 201811024282.3
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN108840325B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 孫朝;向文國;陳時熠;段倫博
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B3/06;C01B3/10;C01B32/50;C10J3/56;C10J3/72
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種生物質能逐級轉化制氫協同CO₂減排系統及方法，系統由CO₂光熱還原裝置、石墨烯光熱還原爐、化學鏈制氫裝置以及燃燒爐輔助供熱裝置組成。以可再生的生物質為原料，利用聚光太陽能技術、氧化石墨烯光熱還原技術、多級燃料反應器化學鏈制氫技術分別實現了生物質能高效轉化為合成氣、還原氧化石墨烯的制備以及高品質氫氣的持續穩定制取。該系統能量輸入為取之不盡用之不竭的太陽能、可再生及生命周期零碳排放的生物質能，在保證系統自供熱的前提下持續高效地制備高品質氫氣及石墨烯材料，實現了非化石能源的逐級轉化利用以及載系統自供熱條件下的CO₂氣體的持續減排、固定與再利用。

技術領域

本發明涉及一種生物質能逐級轉化制氫協同CO₂減排系統及方法，屬于燃燒與化工技術領域。

背景技術

隨著化石能源消耗以及CO₂等溫室氣體排放的日益增加，如何對CO₂氣體催化還原與再利用成為未來綠色能源與化學的發展方向，越來越受到人們關注?，F有的 CO₂還原方法主要有光催化、電催化、光電催化、CO₂熱裂解等。其中，光電催化對 CO₂氣體的處理量較小，目前主要停留在實驗室階段；而CO₂熱裂解所需的溫度較高，通常需高于1000℃，不僅消耗大量的能量，對設備的要求也極為嚴格，且高溫也將不可避免地產生較多的能量損失。

生物質在熱解或氣化過程中會產生焦油，加入適量的CO₂氣體有利于促進焦油裂解，同時又可將CO₂還原為CO，提高合成氣的品質與產量。目前尚沒有以生物質焦油及生物炭為復合還原劑，采用光熱法還原CO₂的研究報道。高溫聚光太陽能可作為驅動熱源參與生物質氣化反應，不僅能將間歇性、不穩定的太陽能轉化為高品質合成氣的化學能，實現太陽能的穩定存儲，同時還可改善生物質的氣化特性，規避常規氣化技術的諸多不足。

氫氣作為一種清潔能源，具有能量密度高、清潔無污染、不產生溫室氣體等優點，是化石燃料的最佳替代品之一。如果通過可再生、清潔的一次能源生物質來開采“氫礦”，構建生物質熱解氣化耦合化學鏈制氫技術路線，將是一種比較理想的制氫方法。

化學鏈氣化制氫技術是以氧化還原反應原理為基礎，選擇合適的載氧體在兩個或三個反應器之間交替循環實現氫氣的高效制取并兼顧二氧化碳捕集的技術。其制氫過程具有內分離CO₂、低損失、低NO_x排放等特點，對實現CO₂的零排放和減少環境污染具有重要意義。鈣鐵復合氧化物具有價格低廉、高活性、耐磨損、環境友好等特點，近年來在熱催化領域備受關注。

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型蜂巢晶格的二維碳納米材料，其在光學、電學、力學特性，材料學、能源、催化、生物醫學、藥物傳遞等各個領域都具有重要的應用前景，是一種未來革命性的材料。

發明內容

技術問題：本發明提供一種以可再生的生物質為原料，實現了生物質能高效轉化為富CO/H₂合成氣、還原氧化石墨烯的制備以及高品質氫氣的持續穩定制取的生物質能逐級轉化制氫協同CO₂減排方法，在保證系統自供熱的前提下持續高效地制備高品質氫氣及石墨烯材料，實現了非化石能源供能條件下的CO₂氣體的減排、固定與再利用。本發明同時提供一種實現上述方法和效果的生物質能逐級轉化制氫協同CO₂減排系統。

技術方案：本發明的生物質能逐級轉化制氫協同CO₂減排方法，包括如下步驟：

1)CO₂光熱還原裝置利用塔式定日鏡聚光產生800-900℃高溫熱能，在CO₂作為氣化介質條件下進行生物質氣化，得到合成氣與生物炭；