[發明專利]一種利用二氧化碳和氫氣生成甲醇的反應裝置和方法

有效

• 申請號: 202110290081.3
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113070012B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 章旭明;孫智
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學;浙江綠然環境工程技術有限公司
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;C07C1/12;C07C31/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明提供了一種利用二氧化碳和氫氣生成甲醇的反應裝置和方法，屬于化學合成技術領域。本發明將所述反應裝置分為第一放電區(4)和第二放電區(5)，由于第一放電區(4)外表面設有金屬網(10)，在進氣管(7)通電條件下，第一放電區(4)成為高溫放電區，在高溫放電條件和第一催化劑的作用下，二氧化碳轉化成一氧化碳，并與氫氣反應生成少量甲醇；由于第二放電區(5)外表面設有降溫裝置(12)，在進氣管(7)通電條件下，第二放電區(5)成為低溫放電區，在低溫放電條件和第二催化劑的作用下，一氧化碳、未反應的二氧化碳與氫氣在第二放電區(5)生成大量甲醇。

技術領域

本發明涉及等離子體化學合成技術領域，特別涉及一種利用二氧化碳和氫氣生成甲醇的反應裝置和方法。

背景技術

隨著現代工業的快速發展，CO₂濃度升高已經造成全球氣候異常和糧食減產等后果。因此，二氧化碳的減排成為急需解決的技術問題。其中，將二氧化碳轉化制備燃料和化學品是實現減排和碳資源可持續利用的最可行的策略。催化二氧化碳直接加氫制備甲醇反應過程能夠在減少碳排放的同時產生清潔能源，因此受到人們廣泛的關注。

然而，催化二氧化碳直接加氫制備甲醇反應條件苛刻，例如，工業上加氫重整二氧化碳反應在催化劑的作用下需要加熱到200℃以上，加壓到3MPa以上。這種高溫高壓的反應條件不僅限制了規模化的生產，同時也帶來了額外能源的浪費。

介質阻擋放電是等離子體催化的一種。介質阻擋放電也稱無聲放電,是有絕緣介質插入放電空間的一種氣體放電。當電極上施加足夠高的交流電壓時，電極間的氣體被擊穿形成外觀上較均勻、穩定的放電，該放電實際上是由大量細微的快脈沖放電通道即微放電通道構成的。它屬于高氣壓下的非熱平衡放電。在電極間插入介質可以防止在放電空間形成局部火花或弧光放電，從而能夠形成大氣壓下穩定的氣體放電。介質阻擋放電可用于在接近環境溫度和壓力下將二氧化碳轉化為甲醇，但二氧化碳轉化率和甲醇選擇性并不高。目前僅使用等離子催化CO₂制備甲醇，其二氧化碳轉化率最高為8％，甲醇的選擇性最高不到1％。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種利用二氧化碳和氫氣生成甲醇的反應裝置和方法，本發明提供的裝置結構簡單，能夠有效提高二氧化碳轉化率和甲醇選擇性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種利用二氧化碳和氫氣生成甲醇的反應裝置，包括絕緣管1，所述絕緣管1頂部設有進氣口2，底部設有出氣口3；所述絕緣管1自上而下分為第一放電區4和第二放電區5，所述第一放電區4和第二放電區5的容積比為3:1～1:3；所述第一放電區4和第二放電區5通過第一網板6分隔；所述第一網板6上放置有第一催化劑；

貫穿所述絕緣管1上壁并延伸至絕緣管1底部的進氣管7，所述進氣管7與絕緣管1同軸；所述進氣管7設有第一排氣孔8和第二排氣孔9，所述第一排氣孔8位于第一放電區4，所述第二排氣孔9位于第二放電區5；所述進氣管7的材質為金屬；

位于絕緣管1第一放電區4外表面的金屬網10，所述金屬網10與接地裝置11連接；

位于絕緣管1第二放電區5外表面的降溫裝置12；

位于第二放電區5底部的第二網板13，所述第二網板上放置有第二催化劑。

優選的，所述第一排氣孔8的開孔面積為進氣管7橫截面積的60～70％；所述第二排氣孔9的開孔面積為進氣管7橫截面積的30～40％。

優選的，所述進氣管7的材質為304不銹鋼或316不銹鋼。

優選的，所述金屬網10的覆蓋面積為絕緣管1外表面積的30～35％。

優選的，所述降溫裝置12為玻璃管換熱器，所述玻璃管換熱器的換熱介質為水；所述玻璃管換熱器設有進水口14和出水口15；所述玻璃管換熱器的覆蓋面積為絕緣管1外表面積的30～35％。