一种光分解CO2补燃动力系统的技术的制作方法

本发明涉及一种光分解co2补燃动力系统，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。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种光分解co2补燃动力系统的技术，该系统可以将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补燃动力系统的技术，主要由动力系统和光分解co2系统组成。动力系统：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系统：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。

动力系统组成：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系统进行分解，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系统组成：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。

上述动力系统中，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、本系统将分解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系统选用尖晶石铁酸盐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znfe2o4结构最为稳定，其还原温度最高，nife2o4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、本系统采用双级回热器，分别加热co2和水并实现对其温度的良好控制。

6、本系统实现了对co2的循环利用。

7、没有光照时系统仍能继续工作，相当于一般的燃气发电机，适应性强。

8、本系统可拓展性强，可以广泛应用于工业、商业等领域。

附图说明

图1为本发明系统图。

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

本发明将动力系统和光分解co2系统结合起来，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。

动力系统组成：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系统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系统组成：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系统停止工作，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)。

技术特征：

技术总结
一种光分解CO2补燃动力系统的技术，主要由动力系统和光分解CO2系统组成。动力系统：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系统：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。

技术研发人员：谢英柏;陈天;仲凯;侯轶
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2016.07.08
技术公布日：2018.01.16