[發明專利]基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統及方法

在審

• 申請號: 202111167907.3
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113834224A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 屈治國;田地
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24S10/70
• 分類號: F24S10/70;F24S20/20;F24S20/40;F24S23/71;F23J15/02;B01D50/00;B01D53/32;C10G2/00;C25B3/03;C25B3/26;C25B9/19;C25B9/70
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，其包括太陽能利用模塊、煙氣脫碳模塊和電解液循環模塊，其中，

所述太陽能利用模塊包括：

拋物面聚光器，其聚集太陽光，

集熱管，其放置在拋物面聚光器的焦點處，

光伏電池，其貼附于所述集熱管以吸收所述太陽光且光電轉換成電能，熱泵，其經由第一閥和第二閥連接所述集熱管以熱循環，

配電控制模塊包括，

電路控制器，其配置成控制電路運行，

蓄電組，其儲存光伏電池產生的多余電能以及向外補給電能，

逆變器，其將直流電轉變為交流電，

配電箱，其連接逆變器以整流分配電能，

煙氣脫碳模塊包括：

煙氣預處理室，其連接鍋爐的煙氣管道以除去煙氣中的塵埃、硫和氮氧化物以及增加煙氣濕度，

二氧化碳電解室，其連接所述煙氣預處理室和所述配電控制模塊，通過直流電電解還原所述煙氣中的二氧化碳以生成液相和氣相碳氫燃料產物，所述二氧化碳電解室包括排出液相碳氫燃料產物的液相出口和排出包括氣相碳氫燃料產物的混合物的氣相出口，

氣相分離室，其連接所述氣相出口以分離所述混合物中的一氧化碳、氫氣、甲烷和乙烯，并排放分離后的氣相產物；

費托反應室，其連接所述氣相分離室以將分離的一氧化碳和氫氣通入流動反應池進行費托反應，生成液相的高碳氫化合物，

第一產物儲存室，其連接所述氣相分離室和費托反應室以儲存所述一氧化碳、氫氣、甲烷和乙烯以及所述高碳氫化合物，

電解液循環模塊包括：

液相產物分離室，連接所述液相出口，分離液相碳氫燃料產物中的甲酸、甲醇和乙醇形成液相產物以及分離并補充電解液；

電解液冷卻循環室，其連接所述液相產物分離室以冷卻循環電解液；

第二產物儲存室，其連接所述液相產物分離室以儲存所述液相產物。

2.根據權利要求1所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，優選的，所述熱泵包括壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器，液態制冷劑經節流閥在蒸發器中吸收循環電解質的熱量，經過壓縮機后，高溫氣態制冷劑在冷凝器中與集熱管循環工作流體放熱。

3.根據權利要求1所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，所述蓄電組包括鋰電池組。

4.根據權利要求1所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，所述二氧化碳還原室包括多個單電解池貼合而成的電催化還原設備，所述單電解池包括，

離子交換膜，

陽極，其位于所述離子交換膜一側，

陰極，其位于所述離子交換膜相對于所述陽極的另一側，

液相流道，其位于所述陽極遠離離子交換膜的一側以循環電解液，

氣相流道，其位于所述陰極遠離離子交換膜的一側以流通所述煙氣。

5.根據權利要求4所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，陽極的材料為鎳或鉑金屬多孔介質，離子交換膜為陰離子、陽離子或雙極膜，陰極為多孔碳布或碳纖維。

6.根據權利要求5所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，所述陰極靠近氣相流道側進行疏水處理，靠近離子交換膜側進行親水處理，靠近離子交換膜側負載有催化劑納米顆粒，所述陰極的孔隙率從近氣相流道側向離子交換膜側遞減。

7.根據權利要求6所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，所述催化劑納米顆粒為金、銀、鋅、鉛、銦、錫、鉍、銻、銅及其合金的納米顆粒，納米顆粒為直徑1-100nm的球狀，陰極厚度為1-100μm。

8.根據權利要求4所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，所述氣相流道和液相流道為蛇形、交叉型流道，氣相流道的流速為20-100sccm，液相流道的流速為20-80sccm。

9.根據權利要求1所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統，其特征在于，所述電解液為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸氫鉀或碳酸氫鈉，濃度為0.5-2mol/L。

10.根據權利要求1-9任一項所述的一種基于太陽能的鍋爐煙氣處理系統的處理方法，其特征在于，其包括以下步驟，

拋物面聚光器聚集太陽光于拋物面焦點的集熱管表面，與其上的柔性光伏電池進行光電效應發電，集熱管通過內部工作流體冷卻表面光伏電池，集熱管中的流體經管道送至熱泵模塊，通過冷凝、蒸發器等間接吸收循環電解液熱量，熱泵模塊將循環電解質的熱量傳遞給集熱管循環工作流體，隨后，加熱后的高溫循環工作流體通過熱交換器將其熱量傳遞給費托反應室，供給其內的熱催化反應，

煙氣通過煙氣預處理室除去煙氣中的塵埃、硫和氮氧化物以及增加煙氣濕度后，進入二氧化碳還原室中的氣相流道還原成液相和氣相碳氫燃料產物，二氧化碳還原室入口循環電解質溫度為5-15℃，

氣相碳氫燃料產物的混合物通過氣相分離室分離其中的一氧化碳、氫氣、甲烷和乙烯，并排放分離后的氣相產物并存儲于第一產物儲存室，其中，一氧化碳和氫氣進入費托反應室進行費托反應生成液相的高碳氫化合物，

液相碳氫燃料產物通過液相分離室分離其中的甲酸、甲醇和乙醇后形成液相產物并存儲于第二產物儲存室，其中，液相分離室中的電解液通過電解液冷卻循環室實現電解液循環使用。