[發明專利]一種產物定向分離的等離子體--電解耦合分解CO2

在審

• 申請號: 202211026826.6
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115285992A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 李一航;潘恒;呂友軍;任叢;吳巍煒
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: C01B32/40
• 分類號: C01B32/40;C01B13/02;B01J19/08;H02S40/22;H05H1/00;H05H1/24;H05H1/46;H05H1/48
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

本發明公開了一種產物定向分離的等離子體??電解耦合分解CO₂的系統與方法，包括太陽能聚光裝置，太陽能聚光裝置用于聚焦太陽能輻射，光譜分頻器用于將太陽能輻射按照波長分開，高于光伏電池帶隙能的短波部分經光譜分頻器透射至光伏發電裝置表面，低于光伏電池帶隙能的長波部分被反射至O₂氣體分離裝置的集熱面；等離子體反應器利用光伏發電裝置產生的電能，用于將CO₂等離子分解為CO和O₂；O₂氣體分離裝置將等離子體反應器內反應產生的O₂及時電解分離排出，O₂氣體分離裝置輸出端分別連接CO氣體分離裝置和O₂冷卻器，CO氣體分離裝置輸出端分別連接等離子體反應器和CO冷卻器。本發明將CO₂等離子體分解產生的O₂分離并及時排出，從而達到提高CO₂轉化率。

技術領域

本發明屬于等離子體CO₂分解技術領域，具體涉及一種產物定向分離的等離子體--電解耦合分解CO₂的系統與方法。

背景技術

太陽能存在間歇性、規模大、存儲難以及需要高溫等問題，因此，迫切需要開發將可再生電力轉化為可儲存化學燃料的技術。CO₂分解為CO和O₂是一個強吸熱過程，CO₂轉化為CO的方法主要有電化學、太陽能熱化學、光電化學、光化學等方法。近年來，人們對等離子體技術在CO₂轉化中的應用越來越感興趣。

等離子體CO₂分解操作簡單、啟停快速、功率密度高和易于升級，但是，此技術主要挑戰是如何獲得高效的二氧化碳轉換率和高能效，以及如何證明其在工業規模上的可行性。阻礙CO₂等離子體分解的另一個重要瓶頸是產物中含有CO、O₂和未反應CO₂的混合物，由于O₂的存在，使得逆反應(即CO氧化生成CO₂)存在，大大降低了CO₂轉化率。因此，將O₂從產品流中分離出來是至關重要的，然而目前尚無相關技術對此進行研究。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種產物定向分離的等離子體--電解耦合分解CO₂的系統與方法，將等離子體分解CO₂與O₂分離裝置結合，將CO₂等離子體分解產生的O₂用固體氧化物電池/電解池、高溫透氧膜裝置或高溫熔鹽反應裝置分離并及時排出，從而達到提高CO₂轉化率目的。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種產物定向分離的等離子體--電解耦合分解CO₂的系統，包括太陽能聚光裝置1、光譜分頻器2、光伏發電裝置3、等離子體反應器4、O₂氣體分離裝置5、CO氣體分離裝置6、CO冷卻器7和O₂冷卻器8；

所述太陽能聚光裝置1用于聚焦太陽能輻射，光譜分頻器2用于將聚焦的太陽能輻射按照波長分開，高于光伏電池帶隙能的短波部分經光譜分頻器2透射至光伏發電裝置3表面，低于光伏電池帶隙能的長波部分被反射至O₂氣體分離裝置5的集熱面；

所述短波波長范圍為320-1100nm，長波的波長范圍為1100nm。