[發明專利]原料氣分布器、反應器和二氧化碳加氫制汽油的方法

在審

• 申請號: 202011266082.6
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN114471376A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 葛慶杰;侯守福;位健;孫劍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J8/04;B01J8/06;C10G2/00
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 張瑩

本申請公開了一種原料氣分布器、包含其的反應器和催化CO₂加氫制汽油的方法，所述原料氣分布器包括殼體Ⅰ，所述殼體Ⅰ圍合成柱狀的空腔；所述殼體沿軸向設有多個氣孔組；每個所述氣孔組中均含有沿周向設置的多個排出氣孔；相鄰兩個所述氣孔組之間的間距沿軸向從上至下按照預設方式Ⅰ設置；相鄰兩個所述氣孔組中的所述排出氣孔的孔徑，也沿軸向從上至下按照預設方式Ⅱ設置。使原料氣更為合理地進入反應器，防止催化劑床層反應出現明顯的熱點溫度。并公開了含有原料分布器、導熱裝置以及原料分布器的反應器，用于催化CO₂加氫制汽油，保證了反應熱不僅在催化劑床層的均勻分布，而且可均勻移除，保證了反應的穩定進行，安全高效。

技術領域

本申請涉及一種原料氣分布器、包含其的反應器和催化CO₂加氫制汽油的方法，屬于催化合成領域。

背景技術

二氧化碳轉化制汽油作為二氧化碳轉化利用的一個重要過程，不僅有利于二氧化碳減排，同時有利于二氧化碳的資源化有效利用，而且還將在未來的能源體系中扮演重要角色。但由于CO₂的化學惰性，與二氧化碳加氫轉化為甲烷、甲醇等低碳化合物不同，CO₂加氫轉化為汽油等高碳化合物則極具挑戰性，開發高效催化劑體系和設計合理反應器及工藝流程是該過程目前比較關注的目標性任務。

CO₂加氫高選擇性合成汽油烴類化合物的研究可分為兩類：一種是經過甲醇等含氧中間物種的反應；另一種是經過類似費托合成(FTS)的反應。目前，大部分研究工作主要采用類FTS反應路徑，即CO₂先通過逆水煤氣變換(RWGS)反應生成CO，然后CO加氫再發生FTS反應。無論哪種路徑，二氧化碳的單程收率均有待進一步提高；此外，關于二氧化碳加氫制汽油過程反應裝置及反應器的研究較少，由于該過程是一個快速放熱反應，如何保持催化劑床層反應熱的均勻分布和反應熱的及時移除也是該過程走向應用亟待解決的重要問題。

CN110669543A專利涉及到一種二氧化碳加氫直接制汽油的裝置及方法。該裝置及方法中采用了氧化銦/分子篩(In₂O₃/HZSM-5)雙功能復合催化劑，反應器選用了外帶循環換熱機構的列管式合成反應器，反應器出口經多級冷卻，分子篩吸附器脫水，并經氣液分離后，其中的氣相組分部分循環回用，部分作為馳放氣外排火炬系統。該裝置的特點適合In₂O₃/HZSM-5催化二氧化碳制汽油反應的特點，即低轉化率、高汽油產品選擇性、產物中水含量低。但對于催化二氧化碳加氫制汽油高轉化率、高汽油產品選擇性和產物高水含量的鐵基/分子篩(Na-Fe₃O₄/HZSM-5)多功能復合催化劑不太合適，因此有必要開發適合鐵基/分子篩多功能復合催化劑特點的反應系統。

CN209465003U公開了一種適用于二氧化碳加氫反應的加氫反應器裝置，包括塔器殼體，其特征在于，所述塔器殼體的筒身呈中空圓柱體結構設置，所述塔器殼體的底部設有出料管。該發明可根據生產條件的不同，利于對塔器殼體內的反應溫度、壓力進行實時監測，便于對塔器殼體內反應溫度及壓力進行調節，對加氫反應進行調控，通過設置氣吹裝置一，氣吹裝置二和上層冷卻裝置，有效降低反應溫度，通過設置入口擴散器、分配器、瓷球層一、瓷球層二、瓷球層三、瓷球層四、瓷球層五、瓷球層六、瓷球層七、瓷球層八和再分配器實現了均勻供液，通過設置燈照光源，實現了光照催化反應，進而增大了催化轉化效率。該專利設計反應器并不適合采用Na-Fe₃O₄/HZSM-5催化劑的二氧化碳加氫制汽油系統，原因如下：CO₂加氫制汽油反應屬于快速放熱反應，且大部分反應熱來自于鐵基催化劑床層，鐵基催化劑的床層溫度分布極為不均，且極易飛溫而破壞催化劑性能，也會帶來安全性問題。如采用該反應器的激冷系統降溫，則可能導致反應停止，從而造成反應的不連續進行。如何設計反應器使得反應連續穩定運行仍有待解決。

發明內容