[發(fā)明專利]一種基于混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的甲醇合成方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011535543.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN112760671B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷勵(lì)斌;歐永振;邱瑞銘;劉建平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B3/07
• 分類號(hào): C25B3/07;C25B3/26;C25B9/23;C25B13/07;C25B11/052;C25B11/069;C25B11/04;C25B11/075;C25B11/091
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發(fā)明公開了一種基于混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的甲醇合成方法及其應(yīng)用，本發(fā)明利用混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器，并且通過選用合適的電極材料和電解質(zhì)材料，可以提供更多反應(yīng)活性位點(diǎn)，使得反應(yīng)更充分，而且能夠同時(shí)傳導(dǎo)氧離子和質(zhì)子，傳導(dǎo)離子效率高，可以在較低的溫度下反應(yīng)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率高，甲醇選擇性高，并且最后不會(huì)排放二氧化碳，有效利用溫室氣體，本發(fā)明提供的合成甲醇方法，利用二氧化碳和水作為反應(yīng)原料，原料成本低，原料來源廣，在一定程度上緩解二氧化碳污染環(huán)境的問題，操作簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單、效率高，可廣泛應(yīng)用于甲醇的合成工業(yè)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及甲醇合成技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的甲醇合成方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

甲醇是一種很有價(jià)值的工業(yè)化學(xué)品，在工業(yè)應(yīng)用方面具有重要的作用。甲醇主要用作制備化學(xué)品的原料，如可應(yīng)用于合成甲醛、對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、甲胺和硫酸二甲酯等多種產(chǎn)品。同時(shí)，也是制備農(nóng)藥，如殺蟲劑、醫(yī)藥，如磺胺類的原料。甲醇除了可以用作化工原料，還可以用作性能優(yōu)異的能源和車用燃料。除此之外，還可制烯烴和丙烯，解決資源短缺問題。由此可見，甲醇合成的發(fā)展對(duì)化工和能源的發(fā)展具有較大的促進(jìn)作用。

目前甲醇主要是由以天然氣為原料的合成氣制成的，此外，也可以使用煤制和生物質(zhì)制合成氣生產(chǎn)甲醇。但是消耗天然氣、煤炭或生物質(zhì)材料都會(huì)造成溫室氣體二氧化碳的排放。如果能以二氧化碳為原料合成其他的化工制品是較理想的。已經(jīng)有科研工作者研究利用二氧化碳合成甲醇的方法，其一是通過二氧化碳加氫合成甲醇，但在工作溫度較高的情況下，催化劑的活性被削弱，在熱力學(xué)上不利于反應(yīng)的進(jìn)行，且該反應(yīng)伴隨著嚴(yán)重的逆水煤氣現(xiàn)象，導(dǎo)致一氧化碳副產(chǎn)物的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響甲醇的合成；在低溫下，二氧化碳難以被活化，二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率較低，甲醇的生成率低。其二是電解法，如Felix schwabe等(Schwabe F,Schwarze L,Partmann C,et al.Concept,design,and energy analysis ofan integrated power-to-methanol process utilizing a tubular proton-conductingsolid oxide electrolysis cell[J].International journal of hydrogen energy,2019,44(25):12566-12575)公開了一種制備電解制備甲醇的方法，將二氧化碳和水蒸氣作為原料，將其通入氧離子導(dǎo)體固體氧化物電解池或質(zhì)子導(dǎo)體固體氧化物電解池中，并在給膜反應(yīng)器施加直流電壓，經(jīng)反應(yīng)后可得到甲醇。但該方法需要650℃及以上高溫才能推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行，然而高溫對(duì)膜反應(yīng)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和催化劑的活性不利，另外在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上都不利于反應(yīng)的進(jìn)行，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率低，甲醇選擇性低。

綜上所述，如何有效地減少合成甲醇過程中排放的二氧化碳，且能夠在較低的溫度下高效率地合成甲醇，是本領(lǐng)域研究人員需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有合成甲醇的方法溫度較高，效率較低和不足，提供一種基于混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的甲醇合成方法，可以在較低的溫度(400～600℃)，利用二氧化碳和水和合成甲醇，提高了甲醇的合成效率，避免了二氧化碳的排放。

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的甲醇合成方法的應(yīng)用。

本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的甲醇合成方法，包括如下步驟：

將二氧化碳和水蒸氣分別通入混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的陰極和陽極，并給混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器陰、陽極施加直流電壓；工作溫度為400～600℃；其中混合離子導(dǎo)體膜反應(yīng)器的電解質(zhì)為鈣鈦礦型混合離子導(dǎo)體；陰極材料為含鎳的鈣鈦礦型混合離子導(dǎo)體；陽極材料為含有鈷和/或鐵的鈣鈦礦型混合離子導(dǎo)體、鋯酸基離子導(dǎo)體-氧化鈰基離子導(dǎo)體混合物、鈰酸基離子導(dǎo)體-氧化鈰基離子導(dǎo)體混合物中的一種或幾種。