[發(fā)明專利]一種CO2與H2反應(yīng)的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910091914.2
• 申請日: 2009-08-31
• 公開（公告）號: CN101648125A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳兆文;翟密橙;范海明;管迎梅;劉大鑫;張浩;張強;杜躍敏;王循良
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所
• 主分類號: B01J12/00
• 分類號: B01J12/00;B01J19/12;C07C27/06
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 張利萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種CO₂與H₂反應(yīng)的方法及裝置，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活燃燒大量礦物燃料產(chǎn)生的CO₂引起了酸雨和“溫室效應(yīng)”等環(huán)境問題，減少排放降低其在大氣中的含量是解決此問題的有效手段。隨著核電、風(fēng)電、水電的發(fā)展，剩余電能和波谷電能越來越多，研究如何儲存該部分能量是一項非常有意義的工作，其中，利用水電解將能量儲存在H₂中的研究備受關(guān)注，但H₂是易燃易爆氣體，大量儲存和運輸存在諸多的不便和安全隱患。

本發(fā)明利用電能電解水產(chǎn)生H₂，產(chǎn)生的H₂與CO₂在光照條件下，以汞蒸氣作為光敏劑，發(fā)生反應(yīng)生成甲醇、甲酸等化工原料，減少了CO₂的排放量，同時有效地轉(zhuǎn)化和儲存剩余電能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決由于CO₂引起的酸雨和“溫室效應(yīng)”等環(huán)境問題以及剩余電能和波谷電能的利用問題，提出了一種CO₂與H₂反應(yīng)的方法及裝置。

該方法的反應(yīng)原理是：低壓汞燈發(fā)光波長為254nm，很容易被汞蒸氣吸收。在光源的作用下，氣態(tài)汞吸收光能形成高能態(tài)的汞，高能態(tài)汞撞擊H₂，產(chǎn)生高能態(tài)的H₂分子，進(jìn)而形成氫自由基，而高能態(tài)汞失去能量又回到低能態(tài)可以繼續(xù)吸收光能。氫自由基會與其他分子或者基團(tuán)相撞，進(jìn)一步形成新的自由基或者分子。新形成的自由基繼續(xù)保持高的活性，而新形成的分子則有可能繼續(xù)與自由基發(fā)生反應(yīng)，生成另一種分子。通過控制反應(yīng)條件，將CO₂和H₂完全轉(zhuǎn)變成液態(tài)產(chǎn)物。反應(yīng)產(chǎn)物主要有甲酸、甲醛、甲醇及其衍生物等。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種CO₂與H₂反應(yīng)的裝置包括：H₂進(jìn)氣管、CO₂進(jìn)氣管、連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器、冷凝分離裝置、溫度計、開關(guān)閥、汞蒸氣發(fā)生器、加熱器、壓力表、H₂濃度測試儀表、CO₂濃度測試儀表、汞蒸氣濃度測試儀表、開關(guān)閥、攪拌器、冷卻泵、外置低壓汞燈、光源控制器；其連接關(guān)系為：H₂進(jìn)氣管和CO₂進(jìn)氣管連接在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的側(cè)壁中下部，冷凝分離裝置通過法蘭安裝在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的頂部；溫度計由連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的頂部，一部分進(jìn)入到其內(nèi)部；汞蒸氣發(fā)生器通過管路與連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的底部相連，其間設(shè)置一開關(guān)閥；在汞蒸氣發(fā)生器的下面放置加熱器；壓力表、H₂濃度測試儀表、CO₂濃度測試儀表和汞蒸氣濃度測試儀表安裝在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的外側(cè)，其探頭進(jìn)入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的內(nèi)部，開關(guān)閥通過管路與冷凝分離裝置連接；氣體攪拌器固連在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)側(cè)的中下部；冷卻泵距離連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器外面，用風(fēng)冷的形式使光化學(xué)反應(yīng)器冷卻；外置低壓汞燈通過電源線與光源控制器相接，一并放置在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的外面，外置低壓汞燈距離連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器外壁的距離為50～200mm，照射連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器并提供能量。

本發(fā)明的一種CO₂與H₂反應(yīng)的方法，其具體實施步驟如下：

1)對連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器抽真空至壓力小于300Pa；

2)將汞蒸氣發(fā)生器產(chǎn)生的汞蒸氣通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器中，至汞蒸氣濃度測試儀表的示數(shù)為1.0～99.0Pa；

3)將CO₂與H₂按體積比為1∶1.5～3通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器中，至壓力為1*10⁵Pa；

4)打開外置低壓汞燈，通過光源控制器調(diào)節(jié)外置低壓汞燈的功率為50～500W，使3)中的CO₂與H₂發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)冷凝分離裝置中有液體產(chǎn)生時，開啟冷卻泵，往連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器外壁吹空氣，調(diào)節(jié)其流量使連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)部的溫度為35～200℃；持續(xù)通入3)中的CO₂與H₂；

5)CO₂與H₂反應(yīng)時間為t時，打開開關(guān)閥，記錄冷凝分離裝置中的液體質(zhì)量l，取樣分析液體產(chǎn)物的成分及其含量，然后再將液體產(chǎn)物儲存起來。