分解CO₂的方法、系統(tǒng)及其用圖
【專利摘要】本發(fā)明公開了分解CO2的方法、系統(tǒng)及其用途，其中分解CO2的方法包括：將CO2置于輻射源輻射范圍內(nèi)，以便利用電離輻射將所述CO2分解為CO和O2。利用本發(fā)明的分解CO2的方法能夠有效地實現(xiàn)CO2分解，得到工業(yè)上有利用價值的CO和O2，并且，充分利用了釋放電離輻射的裝置或材料，實現(xiàn)了廢物再利用，相當于零能耗，成本低而效率高。
【專利說明】
分解CO2的方法、系統(tǒng)及其用途
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及(》2分解技術領域。
【背景技術】
[0002]工業(yè)革命以來，全世界特別是發(fā)達國家的大量消耗化石能源的社會經(jīng)濟活動所產(chǎn)生的CO2累計排放，導致了大氣中溫室氣體濃度顯著增加，其所造成的全球變暖、海平面上升、極端氣候事件等后果給人類未來的生存和發(fā)展帶來巨大的挑戰(zhàn)。早在19世紀末期，瑞典科學家斯萬Ahrrenius就提出了 CO2排放量可能導致全球變暖的警告，但到了 20世紀70年代才引起了大眾的廣泛關注。1994年正式生效的由聯(lián)合國150多個國家參與談判的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，以及1997年簽訂的《聯(lián)合國氣候變化框架公約的京都議定書》，明確指出了包括C02、甲烷等在內(nèi)的六種溫室氣體，并正式承認了由于人類活動造成的溫室氣體的濃度的增加增強了自然溫室效應，并可能對自然生態(tài)系統(tǒng)和人類產(chǎn)生不利影響，因此規(guī)定了簽訂合約各國的溫室氣體排放總量的排放量限制，同時要求各國根據(jù)本國情況執(zhí)行和/或進一步精心制訂政策和措施。在該京都協(xié)議書簽訂半年后，我國也簽署了該協(xié)議書。此后，為更好的履行該協(xié)議書，我國分別在不同是時期發(fā)布了《中國應對氣候變化國家方案》、《中國應對氣候變化科技專項行動》、《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》、《國家適應氣候變化戰(zhàn)略》、《國家應對氣候變化規(guī)劃(2014-2020年)》等與應對氣候變化的方案規(guī)劃，多次提出了未來5到15年內(nèi)的溫室氣體排放控制目標以及所需要的綜合性應對措施。日前，我國于2015年7月向聯(lián)合國氣候變化框架公約秘書處提交了應對氣候變化國家自主貢獻文件
《強化應對氣候變化行動---中國國家自主貢獻》，提出了⑶2排放2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降60% — 65%的總體目標。為了達到上述目標，該文件還給出了中國應對氣候變化行動的政策和措施，其中的第10條“強化科技支撐”中就提到了“加強對節(jié)能降耗、可再生能源和先進核能、碳捕集利用和封存等低碳技術的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化示范”的措施。
[0003]從上述背景可以看出，碳捕集利用是實現(xiàn)CO2的減排的一個重要途徑，當前的一種大規(guī)模減排技術主要是通過CO2壓縮至10到15MPa然后用管道輸送到深海進行封存，但是該技術在成本、效率及能耗方面都存在問題。
[0004]因而，目前的CO2減排技術仍有待加強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種成本低、效率高，且能耗少的CO2減排利用手段。
[0006]發(fā)明人經(jīng)過長期的理論研究和實驗探索發(fā)現(xiàn):更好的CO2減排方法是將CO2直接分解為C、C0和O2，例如:日本東京工業(yè)大學使用氧缺位鐵酸鹽直接分解CO2，還有人通過等離子體對CO2進行直接分解。然而，這些用于分解CO2的能源造價高、需求量大，用于工業(yè)生產(chǎn)后成本太高。另一方面，發(fā)明人認為，核能是一種目前現(xiàn)代社會不可或缺的清潔能源，但同時會產(chǎn)生一定的高放廢物，會一直釋放電離輻射;此外工業(yè)輻照所使用的各種同位素放射源，在其不工作時也一直在釋放電離輻射。這些電離輻射能量實際一直被浪費掉了，如果能夠充分利用這些釋放電離輻射的裝置或材料，實現(xiàn)一種利用電離輻射進行CO2分解技術，不僅對我國的CO2排放控制有非常重要的意義，而且可以生成工業(yè)上有利用價值的CO和02，也具有一定的經(jīng)濟價值。如果能采用高放廢物或者廢舊同位素源作為輻射源，則可以達到一舉三得的效果。因而，發(fā)明人創(chuàng)造性地提出了利用輻射源將CO2進行電離輻射分解的方法。
[0007]進而，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種分解CO2的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括:將CO2置于輻射源輻射范圍內(nèi)，以便利用電離輻射將所述CO2分解為CO和
02 O
[0008]發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明的分解CO2的方法，能夠有效地實現(xiàn)CO2分解，得到工業(yè)上有利用價值的CO和02，并且，充分利用了釋放電離輻射的裝置或材料(即輻射源)，實現(xiàn)了廢物再利用，相當于零能耗，成本低而效率高。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源為放射性裝置或放射性材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源為選自反應堆、加速器、同位素源和高放廢物的至少一種。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)廢物再利用，相當于生產(chǎn)零能耗。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述CO2是以CO2和抑制氣體的混合物的形式提供的。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述CO2以選自固態(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的至少一種形態(tài)提供。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述抑制氣體為選自NO2、空氣、SO2和N2O的至少一種。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法包括以下步驟:將由CO2和抑制氣體組成的第一氣體混合物置于輻射源輻射范圍內(nèi)，以便利用電離輻射分解C02，獲得第二氣體混合物，所述第二氣體混合物包含CO、O2、剩余CO2和剩余抑制氣體;將所述第二氣體混合物進行液化處理，以便分別獲得液體混合物和第三氣體混合物，所述液體混合物由所述剩余CO2和所述剩余抑制氣體組成，所述第三氣體混合物由CO和O2組成;收集第三氣體混合物，分離其中的CO和02，并分別收集；以及收集液體混合物，返回進行電離輻射分解。由此，電離輻射分解效率高，C02分解充分。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物中含0.5-1.5體積％，優(yōu)選I體積％的抑制氣體。由此，分解反應充分。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物預先經(jīng)過加壓處理。由此，電離輻射分解效果好。
[0017]在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種用于分解CO2的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該系統(tǒng)包括:輻射裝置，所述輻射裝置包括:外殼和設置在所述外殼內(nèi)的輻射源，所述輻射源用于對位于所述輻射源輻射范圍內(nèi)的CO2進行電離輻射，以便獲得第二氣體混合物，其中，所述CO2是以由CO2和抑制氣體組成的第一氣體混合物的形式提供，所述第二氣體混合物包含CO、O2、剩余0)2和剩余抑制氣體;液化處理裝置，所述液化處理裝置與所述輻射裝置相連，且用于對來自所述輻射裝置的第二氣體混合物進行液化處理，以便分別獲得液體混合物和第三氣體混合物，所述液體混合物由所述剩余CO2和所述剩余抑制氣體組成，所述第三氣體混合物由CO和O2組成；以及分離裝置，所述分離裝置與所述液化處理裝置相連，且用于對來自所述液化處理裝置的所述第三氣體混合物進行分離，以便分別獲得CO和O2。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用本發(fā)明的系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)CO2分解，得到工業(yè)上有利用價值的CO和02，并且，充分利用了釋放電離輻射的裝置或材料(即輻射源)，實現(xiàn)了廢物再利用，相當于零能耗，成本低而效率高。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述CO2以選自固態(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的至少一種形態(tài)提供。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述抑制氣體為選自NO2、空氣、SOdPN2O的至少一種。
[0021 ]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物中含0.5-1.5體積％，優(yōu)選I體積％的抑制氣體。由此，CO2分解反應充分。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物預先經(jīng)過加壓處理。由此，電離輻射分解效果好。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的用于分解CO2的系統(tǒng)還包括:C02輸送裝置和液體混合物輸送裝置，所述CO2輸送裝置與所述輻射裝置的進口相連且用于向所述輻射裝置提供⑶2，所述液體混合物輸送裝置與所述液化處理裝置相連且用于將所述液體混合物輸送至所述⑶2輸送裝置。由此，能充分利用反應副產(chǎn)物，減少工業(yè)污染，實現(xiàn)循環(huán)反應，且降低生產(chǎn)成本。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述液化處理裝置適于采用液氮對所述第二氣體混合物進行液化處理。由此，液化處理效果好，成本低。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源位于所述殼體的中心位置，并且所述CO2輸送裝置的出口與所述輻射源正對。由此，電離輻射分解效果好。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述CO2輸送裝置與所述輻射裝置之間，以及所述輻射裝置與所述液化處理裝置之間，均設置有通斷閥。由此，能夠靈活控制反應的進行。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源為放射性裝置或放射性材料。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源為選自反應堆、加速器、同位素源和高放廢物的至少一種。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)廢物再利用，相當于生產(chǎn)零能耗。
[0029]進一步，基于利用本發(fā)明的分解CO2的方法和系統(tǒng)均能夠有效分解CO2，得到CO和02，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，需要進行CO2分解(例如凈化空氣、處理含CO2的工業(yè)氣體、核動力產(chǎn)品內(nèi)的空氣更新和燃料生成)，或者需要得到CO和02(即生產(chǎn)氧氣和CO)，或者需要對輻射能源進行再利用時，均可以采用本發(fā)明的分解CO2的方法和系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0030]因而，在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提出了前面所述的分解CO2的方法或用于分解CO2的系統(tǒng)，在空氣凈化、含(》2的工業(yè)氣體處理、核動力產(chǎn)品內(nèi)的空氣更新和燃料生成、氧氣和CO獲得或者輻射能源利用中的用途。由此，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各具體目的，還能夠充分利用輻射源，實現(xiàn)廢物再利用，相當于零能耗，從而能夠降低處理成本，實現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)，利國利民。
[0031]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0032]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0033]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的分解CO2的方法的流程示意圖；
[0034]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于分解CO2的系統(tǒng)的結構示意圖；
[0035]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于分解CO2的系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0037]在本發(fā)明的描述中，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0038]在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種分解CO2的方法。發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明的分解CO2的方法，能夠有效地實現(xiàn)⑶2分解，得到工業(yè)上有利用價值的⑶和O2，并且，充分利用了釋放電離輻射的裝置或材料(即輻射源)，實現(xiàn)了廢物再利用，相當于零能耗，成本低而效率高。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法主要是利用能夠產(chǎn)生電離輻射的裝置及材料，如反應堆、加速器、同位素源及高放廢物等對CO2氣體進行照射，通過電離輻射粒子與CO2分子的碰撞將0)2分解，生成工業(yè)上有利用價值的CO和O2，并通過加入一定量的抑制氣體抑制⑶和O2重新反應生成CO2。
[0040]具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的分解⑶2的方法包括:將⑶2置于輻射源輻射范圍內(nèi)，以便利用電離輻射將所述CO2分解為CO和02。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源為放射性裝置或放射性材料。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源為選自反應堆、加速器、同位素源和高放廢物的至少一種。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)廢物再利用，相當于生產(chǎn)零能耗。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述CO2是以CO2和抑制氣體的混合物的形式提供的。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述CO2以選自固態(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的至少一種形態(tài)提供。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述抑制氣體為選自NO2、空氣、SOdPN2O的至少一種。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法包括以下步驟:將由CO2和抑制氣體組成的第一氣體混合物置于輻射源輻射范圍內(nèi)，以便利用電離輻射分解C02，獲得第二氣體混合物，所述第二氣體混合物包含CO、O2、剩余CO2和剩余抑制氣體;將所述第二氣體混合物進行液化處理，以便分別獲得液體混合物和第三氣體混合物，所述液體混合物由所述剩余CO2和所述剩余抑制氣體組成，所述第三氣體混合物由CO和O2組成;收集第三氣體混合物，分離其中的CO和02，并分別收集；以及收集液體混合物，返回進行電離輻射分解。由此，電離輻射分解效率高，C02分解充分。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物中含0.5-1.5體積％，優(yōu)選I體積％的抑制氣體。由此，分解反應充分。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物預先經(jīng)過加壓處理。由此，電離輻射分解效果好。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一些具體示例，參照圖1，本發(fā)明的分解CO2的方法的流程可以包括:
[0050](I)在放射性裝置或材料周圍布置CO2通過的反應管道或者容器；
[0051 ] (2)將CO2氣體及I %的抑制氣體(如N02、空氣、S02、N20等，后面以NO2為例)加壓后充入反應管道或容器；
[0052](3)使用放射性裝置或材料(包括反應堆、加速器、同位素源及高放廢物等)對壓縮后的C02和N02混合氣體進行一段時間的照射；
[0053](4)將照射后的混合氣體排出，然后進行加壓液化，剩余的無法壓縮的氣體為CO和〇2的混合氣體；
[0054](5)將CO和O2混合氣體排出，使用分離裝置分離并收集；
[0055](6)將剩余的液態(tài)CO2和NO2混合氣體重新充入反應管道或容器，并補充新的⑶2氣體再次進行輻照，并重復步驟3-5，生成CO和O2的混合氣體。
[0056]另外，為了增大轉(zhuǎn)換效率，輸入的C02也可以以液態(tài)或者固態(tài)(干冰)的形式存在，用堆碼或輸送線等方式圍繞輻射源進行輻照轉(zhuǎn)換。
[0057]進而，在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明還提出了一種用于分解CO2的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，利用本發(fā)明的系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)CO2分解，得到工業(yè)上有利用價值的CO和02，并且，充分利用了釋放電離輻射的裝置或材料(即輻射源)，實現(xiàn)了廢物再利用，相當于零能耗，成本低而效率高。
[0058]具體地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，參照圖2，該系統(tǒng)1000可以包括:輻射裝置100、液化處理裝置200和分離裝置300。
[0059 ]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，輻射裝置100包括:外殼1I和設置在外殼101內(nèi)的輻射源102，輻射源102用于對位于所述輻射源102輻射范圍內(nèi)的CO2進行電離輻射，以便獲得第二氣體混合物，其中，所述CO2是以由CO2和抑制氣體組成的第一氣體混合物的形式提供，所述第二氣體混合物包含CO、O2、剩余CO2和剩余抑制氣體。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源102為放射性裝置或放射性材料。根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例，所述輻射源102為選自反應堆、加速器、同位素源和高放廢物的至少一種。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)廢物再利用，相當于生產(chǎn)零能耗。
[0061 ]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述CO2以選自固態(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的至少一種形態(tài)提供。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述抑制氣體為選自NO2、空氣、SO2和N2O的至少一種。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物中含0.5-1.5體積％，優(yōu)選I體積％的抑制氣體。由此，CO2分解反應充分。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一氣體混合物預先經(jīng)過加壓處理。由此，電離輻射分解效果好。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，如圖2所示，液化處理裝置200與輻射裝置100相連，且用于對來自輻射裝置100的第二氣體混合物進行液化處理，以便分別獲得液體混合物和第三氣體混合物，所述液體混合物由所述剩余CO2和所述剩余抑制氣體組成，所述第三氣體混合物由CO和O2組成。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，如圖2所示，分離裝置300與液化處理裝置200相連，且用于對來自液化處理裝置200的所述第三氣體混合物進行分離，以便分別獲得CO和02。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖2所示，本發(fā)明的用于分解CO2的系統(tǒng)還包括:C02輸送裝置400和液體混合物輸送裝置500，所述⑶2輸送裝置400與所述輻射裝置100的進口相連且用于向所述輻射裝置100提供C02，所述液體混合物輸送裝置500與所述液化處理裝置200相連且用于將所述液體混合物輸送至所述CO2輸送裝置400。由此，能充分利用反應副產(chǎn)物，減少工業(yè)污染，實現(xiàn)循環(huán)反應，且降低生產(chǎn)成本。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述液化處理裝置200適于采用液氮對所述第二氣體混合物進行液化處理。由此，液化處理效果好，成本低。
[0068]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述輻射源102位于所述殼體的中心位置，并且所述0)2輸送裝置400的出口與所述輻射源102正對。由此，電離輻射分解效果好。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖2所示，所述CO2輸送裝置400與所述輻射裝置100之間設置有通斷閥600，所述輻射裝置100與所述液化處理裝置200之間設置有通斷閥700。由此，能夠靈活控制反應的進行。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的一些具體示例，參照圖1和圖3，本發(fā)明的分解CO2的系統(tǒng)的結構及其實施方法如下:
[0071](I)在放射性裝置或材料(即輻射源102)周圍布置CO2通過的反應管道或者容器，反應管道和容器可使用石英耐火材料制成;也可以直接將放射性材料(例如同位素源)放在反應容器內(nèi)部，此時反應容器可直接使用鉛罐等可屏蔽電離輻射的容器；
[0072](2)將反應管道或容器分為三部分，包括:入口段(包括⑶碎俞送裝置400)，反應段(包括輻射裝置100)，出口段(包括液化處理裝置200和分離裝置300)，體積比為1:1:1)，在反應管道的入口段和出口段分別設置通斷閥，使出口段浸泡在液氮中；
[0073](3)將整個反應管道或容器抽真空；
[0074](4)關閉出口段通斷閥，在入口段充入⑶2氣體及I %的NO2氣體并進行壓縮是入口段和反應段達到一定的大氣壓力(最高50atm，需要使用反應管道或容器內(nèi)的氣體保持氣態(tài))；
[0075](5)然后關閉入口段通斷閥，開始照射反應段；
[0076](6)照射一定時間后，打開出口段，將氣體從反應段壓縮入出口段，當反應段達到真空狀態(tài)時，關閉出口段；由于出口段在液氮中浸泡(液氮溫度為77K，即-195.8°C)，因此出口段內(nèi)的CO2和NO2氣體都會變成液態(tài)，而輻照生成的CO和O2還保持氣態(tài)；
[0077](7)然后打開入口段通斷閥并再次給入口段充入CO2和勵2的混合氣體并進行壓縮，達到一定的大氣壓力(最高50atm)，再關閉入口段通斷閥對反應段進行照射；
[0078](8)出口段含有一個分離裝置300，可以將輻照CO和O2分離并分別引出，CO可以作為燃料使用，O2可以供呼吸。
[0079](9)待出□段重新達到真空狀態(tài)后，將出□段內(nèi)的液體COdPNO道新氣化后通過液體混合物輸送裝置500充入入口段并輸送至輻射裝置100重復進行輻照分解。
[0080]此外，需要說明的是，本發(fā)明與以往的CO2分解技術的不同之處至少在于:本發(fā)明利用電離輻射技術進行，該技術的主體輻射源102(包括反應堆、同位素源和高放廢物等)，無論在其工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)(或者是儲存狀態(tài))都是可以長期釋放電離輻射例如?射線、α射線、β射線等。如前所述，利用輻射源102對CO2進行電離輻射分解，有益效果顯著。
[0081 ]以I X 16居里的工業(yè)輻照級6°Co源為例，照射量率常數(shù)為1.32R.m2/h/Ci，如果在包含該源的半徑為0.1米的球內(nèi)充滿CO2氣體，則該范圍內(nèi)的平均照射量率為3.96 X 18RA，換算成劑量率為3.441 X 16Gy/h( IR等于8.69 X I(T3Gy)，等于2.148 X 1025eV/kg/h，由于每34eV能量可以產(chǎn)生一個離子對，每個離子對可以分解3到3.5個CO2分子(G值為9到9.5)，則可以分解CO2的個數(shù)為1.90 X 1024/kg/h，換算成標準情況下的可分解CO2氣體質(zhì)量比則為0.1389/h，即⑶2的分解比例為13.89%/h，如果CO2氣體壓強變?yōu)?0atm，則CO2分解比例不變，但單位體積內(nèi)的CO2分解絕對量可以增加50倍。又或者以AP1000百萬千瓦級非能動反應堆為例，其熱功率為3400Mfft，堆芯燃料總量為96t，設釋放的γ輻射在十分之一左右，則堆芯內(nèi)平均γ劑量率為1.27 X 17GyA，則可分解CO2氣體比例為51.32 % /h。
[0082]進一步，基于利用本發(fā)明的分解CO2的方法和系統(tǒng)均能夠有效分解CO2，得到CO和02，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，需要進行CO2分解(例如凈化空氣、處理含CO2的工業(yè)氣體、核動力產(chǎn)品內(nèi)的空氣更新和燃料生成)，或者需要得到CO和02(即生產(chǎn)氧氣和CO)，或者需要對輻射能源進行再利用時，均可以采用本發(fā)明的分解CO2的方法和系統(tǒng)實現(xiàn)。也即本發(fā)明除了可以大規(guī)模應用于空氣中CO2的減排，以降低溫室效應以及實現(xiàn)碳捕集利用以外，還可以應用于核動力潛艇、核動力航天器等密閉環(huán)境的裝備內(nèi)的過量CO2的去除及空氣更新上，在其核動力源周圍部署采用本技術實現(xiàn)的CO2轉(zhuǎn)化裝置，可以實現(xiàn)O2再生以及生成CO作為燃料的功能，保障內(nèi)部人員的正常工作和生活。此外，由于火星大氣95%由⑶2組成，因此本發(fā)明還可以應用在未來人類在火星上建立基地時利用火星上充足的CO2為基地提供02。
[0083]因而，在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提出了前面所述的分解CO2的方法或用于分解CO2的系統(tǒng)，在空氣凈化、含(》2的工業(yè)氣體處理、核動力產(chǎn)品內(nèi)的空氣更新和燃料生成、氧氣和CO獲得或者輻射能源利用中的用途。由此，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)各具體目的，還能夠充分利用輻射源102，實現(xiàn)廢物再利用，相當于零能耗，從而能夠降低處理成本，實現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)，利國利民。
[0084]下面將結合實施例對本發(fā)明的方案進行解釋。本領域技術人員將會理解，下面的實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應視為限定本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內(nèi)的文獻所描述的技術或條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0085]下面的實施例使用了同位素源作為電離輻射源102，其它使用反應堆、高放廢物及加速器的原理與該裝置類似，該實施方式僅僅為清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對所屬領域的技術人員，上述說明的基礎上還可以做輻射源102、反應管道及容器、擺放形式、照射形式等方面的變化或變動，由此引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍中。
[0086]實施例1
[0087 ]參照圖1 -圖3，利用本發(fā)明的分解C02的系統(tǒng)分解C02，具體如下:
[0088](I)在放射性裝置或材料(即輻射源102)周圍布置CO2通過的反應管道或者容器，反應管道和容器可使用石英耐火材料制成;也可以直接將放射性材料(例如同位素源)放在反應容器內(nèi)部，此時反應容器可直接使用鉛罐等可屏蔽電離輻射的容器；
[0089](2)將反應管道或容器分為三部分，包括:入口段(包括⑶碎俞送裝置400)，反應段(包括輻射裝置100)，出口段(包括液化處理裝置200和分離裝置300)，體積比為1:1:1)，在反應管道的入口段和出口段分別設置通斷閥，使出口段浸泡在液氮中；
[0090](3)將整個反應管道或容器抽真空；
[0091](4)關閉出口段通斷閥，在入口段充入⑶2氣體及I %的NO2氣體并進行壓縮是入口段和反應段達到一定的大氣壓力(最高50atm，需要使用反應管道或容器內(nèi)的氣體保持氣態(tài))；
[0092](5)然后關閉入口段通斷閥，開始照射反應段；
[0093](6)照射一定時間后，打開出口段，將氣體從反應段壓縮入出口段，當反應段達到真空狀態(tài)時，關閉出口段；由于出口段在液氮中浸泡(液氮溫度為77K，即195.8°C)，因此出口段內(nèi)的CO2和NO2氣體都會變成液態(tài)，而輻照生成的CO和O2還保持氣態(tài)；
[0094](7)然后打開入口段通斷閥并再次給入口段充入CO2和勵2的混合氣體并進行壓縮，達到一定的大氣壓力(最高50atm)，再關閉入口段通斷閥對反應段進行照射；
[0095](8)出口段含有一個分離裝置300，可以將輻照CO和O2分離并分別引出，CO可以作為燃料使用，O2可以供呼吸。
[0096](9)待出口段重新達到真空狀態(tài)后，將出口段內(nèi)的液體COdPNO道新氣化后通過液體混合物輸送裝置500充入入口段并輸送至輻射裝置100重復進行輻照分解。
[0097]以！※^居里的工業(yè)輻照級^⑶源為例’照射量率常數(shù)為^尺^作/以’如果在包含該源的半徑為0.1米的球內(nèi)充滿CO2氣體，則該范圍內(nèi)的平均照射量率為3.96 X 18RA，換算成劑量率為3.441 X 16Gy/h( IR等于8.69 X I(T3Gy)，等于2.148 X 1025eV/kg/h，由于每34eV能量可以產(chǎn)生一個離子對，每個離子對可以分解3到3.5個CO2分子(G值為9到9.5)，則可以分解CO2的個數(shù)為1.90 X 1024/kg/h，換算成標準情況下的可分解CO2氣體質(zhì)量比則為
0.1389/h，即⑶2的分解比例為13.89%/h，如果CO2氣體壓強變?yōu)?0atm，則CO2分解比例不變，但單位體積內(nèi)的CO2分解絕對量可以增加50倍。又或者以AP1000百萬千瓦級非能動反應堆為例，其熱功率為3400Mfft，堆芯燃料總量為96t，設釋放的γ輻射在十分之一左右，則堆芯內(nèi)平均γ劑量率為1.27 X 17GyA，則可分解CO2氣體比例為51.32 % /h。
[0098]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0099]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1.一種分解CO2的方法，其特征在于，包括: 將CO2置于輻射源輻射范圍內(nèi)，以便利用電離輻射將所述CO2分解為CO和02。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述輻射源為放射性裝置或放射性材料。3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述輻射源為選自反應堆、加速器、同位素源和高放廢物的至少一種。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO2是以CO2和抑制氣體的混合物的形式提供的， 任選地，所述CO2以選自固態(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的至少一種形態(tài)提供， 任選地，所述抑制氣體為選自NO2、空氣、SO2和N2O的至少一種。5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:將由CO2和抑制氣體組成的第一氣體混合物置于輻射源輻射范圍內(nèi)，以便利用電離輻射分解CO2，獲得第二氣體混合物，所述第二氣體混合物包含CO、02、剩余CO2和剩余抑制氣體；將所述第二氣體混合物進行液化處理，以便分別獲得液體混合物和第三氣體混合物，所述液體混合物由所述剩余CO2和所述剩余抑制氣體組成，所述第三氣體混合物由CO和O2組成； 收集第三氣體混合物，分離其中的CO和O2，并分別收集；以及 收集液體混合物，返回進行電離輻射分解， 任選地，所述第一氣體混合物中含0.5-1.5體積％，優(yōu)選I體積％的抑制氣體， 任選地，所述第一氣體混合物預先經(jīng)過加壓處理。6.一種用于分解CO2的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 輻射裝置，所述輻射裝置包括:外殼和設置在所述外殼內(nèi)的輻射源，所述輻射源用于對位于所述輻射源輻射范圍內(nèi)的CO2進行電離輻射，以便獲得第二氣體混合物，其中，所述CO2是以由CO2和抑制氣體組成的第一氣體混合物的形式提供，所述第二氣體混合物包含C0、02、剩余CO2和剩余抑制氣體；液化處理裝置，所述液化處理裝置與所述輻射裝置相連，且用于對來自所述輻射裝置的第二氣體混合物進行液化處理，以便分別獲得液體混合物和第三氣體混合物，所述液體混合物由所述剩余CO2和所述剩余抑制氣體組成，所述第三氣體混合物由CO和O2組成；以及分離裝置，所述分離裝置與所述液化處理裝置相連，且用于對來自所述液化處理裝置的所述第三氣體混合物進行分離，以便分別獲得CO和O2。7.根據(jù)權利要求6所述的用于分解CO2的系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2以選自固態(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的至少一種形態(tài)提供， 任選地，所述抑制氣體為選自NO2、空氣、SO2和N2O的至少一種， 任選地，所述第一氣體混合物中含0.5-1.5體積%，優(yōu)選I體積%的抑制氣體， 任選地，所述第一氣體混合物預先經(jīng)過加壓處理。8.根據(jù)權利要求6所述的用于分解CO2的系統(tǒng)，其特征在于，還包括:CO2輸送裝置和液體混合物輸送裝置，所述CO2輸送裝置與所述輻射裝置的進口相連且用于向所述輻射裝置提供C02，所述液體混合物輸送裝置與所述液化處理裝置相連且用于將所述液體混合物輸送至所述CO2輸送裝置， 任選地，所述液化處理裝置適于采用液氮對所述第二氣體混合物進行液化處理， 任選地，所述輻射源位于所述殼體的中心位置，并且所述CO2輸送裝置的出口與所述輻射源正對， 任選地，所述CO2輸送裝置與所述輻射裝置之間，以及所述輻射裝置與所述液化處理裝置之間，均設置有通斷閥。9.根據(jù)權利要求6所述的用于分解CO2的系統(tǒng)，其特征在于，所述輻射源為放射性裝置或放射性材料， 任選地，所述輻射源為選自反應堆、加速器、同位素源和高放廢物的至少一種。10.權利要求1-5任一項所述的分解C02的方法或權利要求6-9任一項所述的用于分解CO2的系統(tǒng)，在空氣凈化、含CO2的工業(yè)氣體處理、核動力產(chǎn)品內(nèi)的空氣更新和燃料生成、O2和CO獲得或者輻射能源利用中的用途。
【文檔編號】C01B31/18GK105905900SQ201610279521
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】李君利, 武禎, 張輝, 曾志
【申請人】清華大學