基于太阳能的热催化甲烷重整及共电解耦合系统研究
宋锦涛1
欧宇翔2
张国良1
王富强3
易红亮1
帅永1
1.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 1500002.哈尔滨工业大学(威海)新能源学院,山东威海 2642003.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 150000;哈尔滨工业大学(威海)新能源学院,山东
摘要：在"碳中和"背景下,甲烷与二氧化碳的协同转化被认为是实现温室气体减排与碳资源高值化利用的关键路径之一.然而,当前甲烷干重整过程能耗高、副反应严重、产物调控困难,而电催化CO2还原过程则存在温度匹配差、电能消耗大、反应效率低等问题.如何实现热源、电源与碳源的高效协同,构建一体化能源转化体系,成为该技术的重大挑战.为应对上述问题,提出了一种基于太阳能驱动的"甲烷协同重整-高温共电解"耦合系统.该系统利用光热催化将CH4与CO2、H2O共同转化为合成气,同时输出高温尾气,为下游共电解单元提供稳定热源与反应物,协同实现CO2与H2O的电还原,形成高效的碳转化路径.针对该系统,构建了热催化以及电催化双模块数值模型,系统分析其在不同进气温度、摩尔分数、进料比例等条件下的反应性能与能量利用效率.结果显示:协同重整系统可使甲烷转化率提高2.40％-64.83％,太阳能-燃料效率提升2.70％～53.92％;引入共电解系统后,电解效率显著提升,最高达99.47％,较常温条件下提高近30％;提高CO2进料比例有助于进一步增强系统整体协同效率.构建的热-电协同系统不仅有效打通了"热源-水源-碳源"链路,实现能量梯级利用和碳资源最大化转化,还为太阳能多能集成利用与绿色合成气平台的构建提供了理论基础和技术路径.
关键词：太阳能甲烷重整共电解余热利用系统耦合
分类号：TQ53(煤化学及煤的加工利用)TK114(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(52436008)黑龙江省揭榜挂帅科技攻关资助项目(2023ZXJ06A04)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-24（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 94-104 )
英文信息