[發明專利]一種用于捕獲及催化CO2

有效

• 申請號: 202110989475.8
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113694724B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 王斌;孟德海;雷天輝;郁志新
• 申請（專利權）人: 無錫碳谷科技有限公司
• 主分類號: B01D53/88
• 分類號: B01D53/88;B01D53/62;B01D53/04;C07C1/12;C07C9/04;B01J35/04;B01J35/02;B01J23/89
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 馮智文

1.一種用于捕獲及催化CO₂的反應系統的操作方法，其特征在于，所述反應系統由氣體輸入單元，反應單元及氣體輸出單元組成；所述氣體輸入單元主要包括進樣管道及三通切換閥；所述反應單元主要包括第一反應器（3）和第二反應器（4）；所述氣體輸出單元主要包括排氣管道、三通切換閥、單向閥及氣體收集口；

所述反應系統的操作方法為：

步驟一：控制第Ⅰ三通切換閥（1）與第一反應器（3）導通，將空氣輸入第一反應器（3）中捕獲CO₂，捕獲CO₂后的剩余氣體依次通過第Ⅱ三通切換閥（5）、第Ⅰ單向閥（10）及無CO₂空氣收集口（7）排出；

步驟二：關閉第Ⅰ三通切換閥（1）與第一反應器（3）的導通，將第Ⅰ三通切換閥（1）與第二反應器（4）導通，使空氣進行第二反應器（4）進行捕獲CO₂，捕獲CO₂后的剩余氣體依次通過第Ⅲ三通切換閥（6）、第Ⅱ單向閥（9）及無CO₂空氣收集口（7）排出；同時，將第Ⅳ三通切換閥（2）與第一反應器（3）導通，使H₂進入捕獲有CO₂的第一反應器（3），進行甲烷化反應，反應產生的甲烷依次通過第Ⅱ三通切換閥（5）、第Ⅲ單向閥（11）及甲烷收集口（8）排出；

步驟三：切換第Ⅰ三通切換閥（1）和第Ⅳ三通切換閥（2）的氣體流通方向，使空氣進入第一反應器（3）捕獲CO₂，捕獲CO₂后的剩余氣體依次通過第Ⅱ三通切換閥（5）、第Ⅰ單向閥（10）及無CO₂空氣收集口（7）排出；同時，H₂進入第二反應器（4）進行甲烷化反應，生成的甲烷依次通過第Ⅲ三通切換閥（6）、第Ⅳ單向閥（12）及甲烷收集口（8）排出；

步驟四：重復步驟三的切換第Ⅰ三通切換閥（1）和第Ⅳ三通切換閥（2），實現CO₂的捕獲與甲烷化在第一反應器（3）和第二反應器（4）中的同步生成和切換；

所述第一反應器（3）和第二反應器（4）結構相同，為微反應器、固定床反應器或整體式反應器；反應器為圓柱形或長方體形，材質為304不銹鋼，外部設置有3x3段式加熱模塊，最外部包裹保溫棉保溫，反應器的上、中、下段均設置溫濕度傳感器；

反應器中裝有同時捕獲及催化CO₂的雙功能催化劑；

所述微反應器中裝有粉末狀雙功能催化劑；所述固定床反應器中裝有球形雙功能催化劑；所述整體式反應器中裝有蜂窩狀雙功能催化劑；

所述球形雙功能催化劑是通過將Al₂O₃圓球浸漬在金屬硝酸鹽溶液中0.5~4h后，干燥、焙燒得到；所述球形雙功能催化劑的直徑為4.2~10.2mm；所述Al₂O₃圓球的直徑為4~10mm；

所述蜂窩狀雙功能催化劑是通過將預處理的蜂窩狀載體浸漬于金屬硝酸鹽溶液中，干燥、焙燒得到，所述蜂窩狀載體為蜂窩狀陶瓷，所述蜂窩狀陶瓷為堇青石、氧化鋁、二氧化鈦、沸石分子篩中的一種或多種；

所述金屬硝酸鹽溶液為Ni²⁺、Rb²⁺、Rh²⁺、Mg²⁺的硝酸鹽混合溶液；所述硝酸鹽混合溶液中，Ni²⁺的摩爾濃度為0.05~1mol/L；Rb²⁺和Rh²⁺的總摩爾濃度為0.01~1mol/L，Mg²⁺的摩爾濃度為0.5~2mol/L。

2.根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述第一反應器（3）和第二反應器（4）在通入H₂時，均通過加熱進行甲烷化反應；所述加熱的溫度為400~800℃，時間為2~10h；所述捕獲CO₂的時間為2~10h。

3.根據權利要求1所述的操作方法，其特征在于，所述粉末狀雙功能催化劑的粒徑為38~74μm。