申请/专利权人：中国人民解放军63919部队

申请日：2020-07-14

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN112011375B

主分类号：C10L3/00

分类号：C10L3/00;C25B1/23;C25B1/04;B09C1/08;B09B5/00;B09B3/00;B09B3/70

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2020.12.18#实质审查的生效;2020.12.01#公开

摘要：本发明涉及一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法，该系统包括依次连接的固废处理与资源化装置、原位矿物资源化装置、氧气与燃料提取装置；固废处理与资源化装置用于将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；原位矿物资源化装置用于将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳；氧气与燃料提取装置用于将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷。本发明将固体废物与地外资源有机结合，以生产氧气、燃料、金属材料等基地必要物质的资源化为目标、经济地实现基地物质自主生产与循环利用，使基地物质的供应，摆脱对地面后勤保障的依赖。

主权项：1.一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，其特征在于，包括固废处理与资源化装置、原位矿物资源化装置、氧气与燃料提取装置，所述固废处理与资源化装置与所述原位矿物资源化装置连接，所述原位矿物资源化装置与所述氧气与燃料提取装置连接；所述固废处理与资源化装置用于将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；所述还原剂包括氢气、一氧化碳、甲烷；所产生的粉尘用于改良生态系统中的土壤；所述原位矿物资源化装置用于将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳，所述金属以及产生的残渣用于建筑；所述氧气与燃料提取装置用于将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷；其中，高纯度的氧气用作生保物质或助燃料剂，氢气、一氧化碳、甲烷用作补充的还原剂返回所述原位矿物资源化装置，多余部分直接或进一步处理用作动力与能源系统的燃料；所述固废处理与资源化装置包括第一旋风分离器、固体废物转化炉；所述原位矿物资源化装置包括地外矿物还原炉、第二旋风分离器；所述氧气与燃料提取装置包括水电解池、热交换器、净化器、氧储罐、氢储罐；所述第一旋风分离器与所述固体废物转化炉连接，所述地外矿物还原炉通过所述第二旋风分离器与所述水电解池连接，所述水电解池的阴极通过所述热交换器与所述氧储罐连接，所述水电解池的阳极通过支路一依次连接所述净化器及氢储罐，通过支路二与所述地外矿物还原炉连接；所述固体废物转化炉用于将炉内的固体废物和水发生转化反应，产生的气体与粉尘通过所述第一旋风分离器进行气、固分离，分离的粉尘与固体废物转化炉中排出的残渣混合，作为受控生态生保系统中植物土壤改良成份使用，分离的气体作为还原剂直接进入所述地外矿物还原炉；所述地外矿物还原炉用于将还原性气体与地外矿物在高温下反应，将地外矿物中的氧转换为水及二氧化碳，通过所述第二旋风分离器进行气、固分离后，分离高温水蒸气及二氧化碳进入所述水电解池，分离的固体作为废渣与地外矿物还原炉排出的废渣一道用作建筑材料，所述地外矿物还原炉生成的金属用作地外基地的结构材料；所述水电解池用于：在阳极产生氧气，并通过所述热交换器将氧气降温后储存至所述氧储罐中，用于生保系统或燃料系统；在阴极产生氢气及一氧化碳，将氢气及一氧化碳中的一部分作为补充的还原剂直接返回至所述地外矿物还原炉中，另一部分经所述净化器后，氢气储存于所述氢储罐中，一氧化碳返回至所述地外矿物还原炉；地外矿物还原炉产生的二氧化碳与水蒸汽进入水电解池中电解，发生的如反应式CO2→CO+O2、H2O→H2+O2，阳极产生的氧气，经热交换器换热后进入氧储箱，阴极产生的氢气与一氧化碳在净化器中降温及变压吸附分离后，氢气进入氢储罐中，一氧化碳返回地外矿物还原炉中；所述固废处理与资源化装置包括第一旋风分离器、固体废物转化炉；所述原位矿物资源化装置包括地外矿物还原炉、第二旋风分离器；所述氧气与燃料提取装置包括水电解池、热交换器、氧储罐、Sabatier反应器；冷凝分离器、甲烷储罐、水箱；所述第一旋风分离器与所述固体废物转化炉连接，所述地外矿物还原炉通过所述第二旋风分离器与所述水电解池连接，所述水电解池的阴极通过所述热交换器与所述氧储罐连接，所述水电解池的阳极与所述Sabatier反应器连接；所述Sabatier反应器通过支路一与所述冷凝分离器连接，所述冷凝分离器与所述甲烷储罐及水箱连接，所述Sabatier反应器通过支路二与所述地外矿物还原炉连接；所述固体废物转化炉用于将炉内的固体废物和水发生转化反应，产生的气体与粉尘通过所述第一旋风分离器进行气、固分离，分离的粉尘与固体废物转化炉中排出的残渣混合，作为受控生态生保系统中植物土壤改良成份使用，分离的气体作为还原剂直接进入所述地外矿物还原炉；所述地外矿物还原炉用于将还原性气体与地外矿物在高温下反应，将地外矿物中的氧转换为水及二氧化碳，通过所述第二旋风分离器进行气、固分离后，分离高温水蒸气及二氧化碳进入所述水电解池，分离的固体作为废渣与地外矿物还原炉排出的废渣一道用作建筑材料，所述地外矿物还原炉生成的金属用作地外基地的结构材料；所述水电解池用于：在阳极产生氧气，并通过所述热交换器将氧气降温后储存至所述氧储罐中，用于生保系统或燃料系统；在阴极产生氢气及一氧化碳，将产生的氢气、一氧化碳以及未反应的二氧化碳，送入所述Sabatier反应器中，在催化剂的作用下进行反应，产生甲烷与水，部分甲烷产物用于还原金属氧化物，部分产物经所述冷凝分离器冷凝、分离后的水输入水箱，甲烷输入甲烷储罐；火星尘土中的金属氧化物在地外矿物还原炉中与氢气与一氧化碳反应，产生的二氧化碳与水蒸汽进入水电解池中电解，发生的如反应式CO2→CO+O2、H2O→H2+O2，阳极产生的氧气，经热交换器换热后进入氧储箱，阴极产生的氢气与一氧化碳进入Sabatier反应器，生成产物甲烷与水，它们在冷凝分离器中冷却后，液体的水输入水箱，气体输入甲烷储罐；所述固体废物转化炉与地外矿物还原炉排出的废渣的热量用于加热地外矿物。

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