[發明專利]一種CO2

有效

• 申請號: 202210410886.1
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114733327B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 梅丹華;王紀旸;張鵬;劉詩筠;方志
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01D53/32
• 分類號: B01D53/32;B01D53/86;B01D53/62;B01D53/00;B01J12/00;B01J19/00;B01J19/08;B01J19/12;B01J4/00;B01D53/22;C01B13/02;C25B1/23;C25B9/00
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 鄭宜梅

本發明公開了一種COsubgt;2/subgt;分解和加氫反應耦合的一體式裝置，包括聚四氟乙烯管、外介質管；金屬棒內電極從聚四氟乙烯管端頭插入中心軸貫穿孔并從管的端尾露出放電端，同軸套接的外介質管外表面纏繞與之對應的金屬外電極，從而形成第一介質阻擋放電區域；聚四氟乙烯管端頭的外側纏繞金屬內電極與外介質管的外側纏繞金屬外電極，形成第二介質阻擋放電區域；氫氣能夠進入第二介質阻擋放電區域中；待處理的氣體先通過聚四氟乙烯管通氣貫穿孔輸入第一介質阻擋放電區域后生成的氧氣通過透氧膜輸出，非氧氣部分的氣體傳輸至第二介質阻擋放電區域與氫氣混合反應后生成的氣體由出氣口輸出。本發明采用兩段式等離子體反應結構，能夠制備高附加值化工產品。

技術領域

本發明涉及等離子體技術領域，具體涉及一種CO₂分解和加氫反應耦合的一體式裝置。

背景技術

目前，化石燃料依然是人類獲取能源的主要方式，可再生能源如太陽能、風能等尚處于發展階段，難以全面替代化石燃料。而化石燃料的燃燒利用不僅將造成能源枯竭，向大氣中排放了大量的以二氧化碳為主的溫室氣體，造成全球氣候變暖，引發一系列極端天氣問題。因此，降低大氣中二氧化碳濃度以及減少人類活動排放的二氧化碳是實現“碳達峰”和“碳中和”目標亟待解決且具有重要意義的研究。由于CO₂除了是溫室氣體外，也是一種潛在的“碳資源”，通過直接轉化利用方法能將CO₂“化廢為寶”，不僅能緩解CO₂排放帶來的生態和環境問題，還能實現碳資源的可持續利用。CO₂加氫可以將CO₂轉化成CO、CH₄、CH₃OH等一系列能源物質，不僅可以降低大氣中CO₂的濃度，將其轉化成新型能源物質，解決能源危機和環境危機。此外，氫氣可通過電解水、光解水或者可再生能源制取。并且隨著制氫方式在日后愈加的環保清潔，所以CO₂加氫制備高附加值化學品在日后會成為重要的研究課題。

目前CO₂加氫的方式主要有熱催化、光催化、等離子體催化等。對于熱催化，其對反應器設備提出了更高的要求，增加了成本且高溫更容易導致催化劑失活，以及維持高溫高壓的條件同樣會產生碳排放。對于光催化，具有反應條件溫和、無污染、太陽能用之不竭的優點，但是存在反應速率較慢、光譜響應范圍窄及裝置安裝復雜等問題。等離子體法是利用等離子體中的大量高能電子、激發態原子、自由基等活性粒子，這些活性粒子與反應性氣體分子發生一系列物理化學反應，可以在較溫和的條件下使反應得以發生，但是等離子體條件下紫外光強度較弱，一些光催化劑在等離子體條件下未能充分發揮其光催化效應。

現有技術公開號為CN112755923A公開的自熱式二氧化碳催化加氫制甲烷反應器，其利用熱催化的方式處理CO₂加氫生成甲烷氣體；雖然將一整個反應空間隔離成多個反應空間用以增大反應器反應物和催化劑的接觸面積，但高溫高壓條件對反應器材料和耐壓能力也提出了更高的要求，其次高溫也可能導致反應間隙上的催化劑失活，從而影響生成產物的效率，并且維持高溫高壓的條件同樣會產生碳排放。公開號為CN110354765A公開的用于二氧化碳加氫甲烷化反應的光熱固定床反應實驗裝置，其將傳統熱催化與新型光催化結合在一起協同CO₂加氫制備甲烷，但是該裝置也存在上述熱催化反應的問題，并且操作步驟較為繁瑣。公開號為CN215049772U公開的一種二氧化碳催化加氫生產甲烷的模塊式裝置，其利用熱催化加冷卻方式處理CO₂加氫生成甲烷氣體，但是采用冷卻裝置增加了裝置的復雜性和運行成本。

發明內容

1.所要解決的技術問題：