專利名稱：一種CO₂與H₂反應(yīng)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種C02與H2反應(yīng)的方法及裝置，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活燃燒大量礦物燃料產(chǎn)生的co2引起了酸雨和"溫室效應(yīng)" 等環(huán)境問題，減少排放降低其在大氣中的含量是解決此問題的有效手段。隨著 核電、風(fēng)電、水電的發(fā)展，剩余電能和波谷電能越來越多，研究如何儲存該部 分能量是一項非常有意義的工作，其中，利用水電解將能量儲存在H2中的研究 備受關(guān)注，但H2是易燃易爆氣體，大量儲存和運(yùn)輸存在諸多的不便和安全隱患。
本發(fā)明利用電能電解水產(chǎn)生H2，產(chǎn)生的H2與C02在光照條件下，以汞蒸氣 作為光敏劑，發(fā)生反應(yīng)生成甲醇、甲酸等化工原料，減少了C02的排放量，同
時有效地轉(zhuǎn)化和儲存剩余電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決由于CO 2引起的酸雨和"溫室效應(yīng)"等環(huán)境問題以 及剩余電能和波谷電能的利用問題，提出了一種C02與H2反應(yīng)的方法及裝置。
該方法的反應(yīng)原理是低壓汞燈發(fā)光波長為254nm，很容易被汞蒸氣吸收。 在光源的作用下，氣態(tài)汞吸收光能形成高能態(tài)的汞，高能態(tài)汞撞擊H2，產(chǎn)生高 能態(tài)的H2分子，進(jìn)而形成氫自由基，而高能態(tài)汞失去能量又回到低能態(tài)可以繼 續(xù)吸收光能。氫自由基會與其他分子或者基團(tuán)相撞，進(jìn)一步形成新的自由基或 者分子。新形成的自由基繼續(xù)保持高的活性，而新形成的分子則有可能繼續(xù)與
自由基發(fā)生反應(yīng)，生成另一種分子。通過控制反應(yīng)條件，將C02和H2完全轉(zhuǎn)變
成液態(tài)產(chǎn)物。反應(yīng)產(chǎn)物主要有甲酸、甲酸、甲醇及其衍生物等。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明的一種C02與H2反應(yīng)的裝置包括H2進(jìn)氣管、C02進(jìn)氣管、連續(xù)式
光化學(xué)反應(yīng)器、冷凝分離裝置、溫度計、開關(guān)閥、汞蒸氣發(fā)生器、加熱器、壓 力表、H2濃度測試儀表、C02濃度測試儀表、汞蒸氣濃度測試儀表、開關(guān)閥、攪拌器、冷卻泵、外置低壓汞燈、光源控制器；其連接關(guān)系為H2進(jìn)氣管和C02 進(jìn)氣管連接在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的側(cè)壁中下部，冷凝分離裝置通過法蘭安裝 在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的頂部；溫度計由連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的頂部， 一部分 進(jìn)入到其內(nèi)部；汞蒸氣發(fā)生器通過管路與連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的底部相連，其 間設(shè)置一開關(guān)閥；在汞蒸氣發(fā)生器的下面放置加熱器；壓力表、H2濃度測試儀 表、C02濃度測試儀表和滎蒸氣濃度測試儀表安裝在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的外 側(cè)，其探頭進(jìn)入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的內(nèi)部，開關(guān)閥通過管路與冷凝分離裝 置連接；氣體攪拌器固連在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)側(cè)的中下部；冷卻泵距離連 續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器外面，用風(fēng)冷的形式使光化學(xué)反應(yīng)器冷卻；外置低壓汞燈通 過電源線與光源控制器相接， 一并放置在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器的外面，外置低 壓汞燈距離連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器外壁的距離為50 200mm，照射連續(xù)式光化學(xué) 反應(yīng)器并提供能量。
本發(fā)明的一種C02與H2反應(yīng)的方法，其具體實施步驟如下
1) 對連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器抽真空至壓力小于300Pa;
2) 將汞蒸氣發(fā)生器產(chǎn)生的汞蒸氣通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器中，至汞蒸氣 濃度測試儀表的示數(shù)為1.0 99.0Pa;
3) 將C02與H2按體積比為1: 1.5 3通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器中，至壓 力為l*105Pa;
4) 打開外置低壓汞燈，通過光源控制器調(diào)節(jié)外置低壓汞燈的功率為50 500W，使3)中的C02與H2發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)冷凝分離裝置中有液體產(chǎn)生時，開啟 冷卻泵，往連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器外壁吹空氣，調(diào)節(jié)其流量使連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng) 器內(nèi)部的溫度為35 20(TC;持續(xù)通入3)中的C02與H2;
5) C02與H2反應(yīng)時間為t時，打開開關(guān)閥，記錄冷凝分離裝置中的液體質(zhì) 量l，取樣分析液體產(chǎn)物的成分及其含量，然后再將液體產(chǎn)物儲存起來。
有益效果
本發(fā)明的C02與H2反應(yīng)具有轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并充分利用發(fā) 電廠的剩余電能，減少了C02的排放量，同時有效地轉(zhuǎn)化和儲存剩余電能。


圖1是C02與H2反應(yīng)的流程圖； 圖2是C02與H2反應(yīng)的裝置簡其中，l-H2的進(jìn)氣管、2-C02的進(jìn)氣管、3-連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器、4-冷凝分 離裝置、5-溫度計、6-開關(guān)閥、7-汞蒸氣發(fā)生器、8-加熱器、9-壓力表、10-H2 濃度測試儀表、11-C02濃度測試儀表、12-汞蒸氣濃度測試儀表、13-開關(guān)閥、14-攪拌器、15-冷卻泵、16-外置低壓汞燈、17-光源控制器。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 實施例
1)對連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3抽真空至壓力為300Pa;
2)將汞蒸氣發(fā)生器7產(chǎn)生的汞蒸氣通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3中，至汞 蒸氣濃度測試儀表12的示數(shù)為32.28Pa;
3 )將C02與H2按體積比為1: 2.5的比例通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3中， 至壓力l*105Pa;
4) 調(diào)節(jié)低壓汞燈16與連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3距離為75mm，打開外置低壓 汞燈16，通過光源控制器17調(diào)節(jié)外置低壓滎燈的功率為300w，使3)中的C02 與H2發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)冷凝分離裝置4中有液體產(chǎn)生時，開啟冷卻泵15，往連續(xù)式 光化學(xué)反應(yīng)器3外壁吹空氣，調(diào)節(jié)其流量使連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3內(nèi)部的溫度 為100。C;持續(xù)通入3)中的C02與H2，其中C02的通入速率為44g/min;
5) C02與H2反應(yīng)時間為30min時，打開開關(guān)閥13，此時冷凝分離裝置中 的液體質(zhì)量為1451g，取樣分析液態(tài)產(chǎn)物的成分及其含量，然后再將液態(tài)產(chǎn)物儲 存起來。
有96.22%的氣體轉(zhuǎn)化成了液態(tài)產(chǎn)物，液態(tài)產(chǎn)物中含有的主要成分及其摩爾 分?jǐn)?shù)分別為甲醇40.15%，甲酸10.54%，甲醛4.10%，水44.81%，甲酸甲酯 0.27%。沒有轉(zhuǎn)化的C02與H2在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3中繼續(xù)反應(yīng)，直到生成 液態(tài)產(chǎn)物并被收集起來。
權(quán)利要求
1、一種CO2與H2反應(yīng)的裝置，其特征在于包括H2進(jìn)氣管1、CO2進(jìn)氣管2、連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3、冷凝分離裝置4、溫度計5、開關(guān)閥6、汞蒸氣發(fā)生器7、加熱器8、壓力表9、H2濃度測試儀表10、CO2濃度測試儀表11、汞蒸氣濃度測試儀表12、開關(guān)閥13、攪拌器14、冷卻泵15、外置低壓汞燈16、光源控制器17；其連接關(guān)系為H2進(jìn)氣管1和CO2進(jìn)氣管2連接在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3的側(cè)壁中下部，冷凝分離裝置4通過法蘭安裝在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3的頂部；溫度計5由連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3的頂部，一部分進(jìn)入到其內(nèi)部；汞蒸氣發(fā)生器7通過管路與連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3的底部相連，其間設(shè)置一開關(guān)閥6；在汞蒸氣發(fā)生器7的下面放置加熱器8；壓力表9、H2濃度測試儀表10、CO2濃度測試儀表11和汞蒸氣濃度測試儀表12安裝在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3的外側(cè)，其探頭進(jìn)入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3的內(nèi)部，開關(guān)閥13通過管路與冷凝分離裝置4連接；氣體攪拌器14固連在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3內(nèi)側(cè)的中下部；冷卻泵15距離連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3外面；外置低壓汞燈16通過電源線與光源控制器17相接，一并放置在連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3的外面，外置低壓汞燈16距離連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3外壁的距離為50～200mm。
2、 一種C02與H2反應(yīng)的方法，其特征在于1) 對連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3抽真空至壓力小于300Pa;2) 將汞蒸氣發(fā)生器7產(chǎn)生的汞蒸氣通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3中，并用 汞蒸氣濃度測試儀表12測量汞蒸氣的濃度；3) 將C02與H2的混合氣體通入到連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3中，至壓力為 l*105Pa;4) 打開外置低壓汞燈16，并調(diào)節(jié)其功率使3)中的C02與H2發(fā)生反應(yīng)， 當(dāng)冷凝分離裝置4中有液體產(chǎn)生時，開啟冷卻泵15，往連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3 外壁吹空氣，調(diào)節(jié)其流量控制連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3內(nèi)部的溫度；持續(xù)通入3)中的C02與H2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種C02與H2反應(yīng)的方法，其特征在于步驟2) 中汞蒸氣濃度測試儀表12的示數(shù)為1.0 99.0Pa。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種C02與H2反應(yīng)的方法，其特征在于步驟3)中C02與H2的體積比為1: 1.5 3.0。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種C02與H2反應(yīng)的方法，其特征在于步驟4) 中外置低壓汞燈16的功率為50 500W。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種C02與H2反應(yīng)的方法，其特征在于步驟4) 中連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器3內(nèi)部的溫度為35 200°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CO₂與H₂反應(yīng)的方法及裝置，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括H₂進(jìn)氣管、CO₂進(jìn)氣管、連續(xù)式光化學(xué)反應(yīng)器、冷凝分離裝置、溫度計、開關(guān)閥、汞蒸氣發(fā)生器、加熱器、壓力表、H₂濃度測試儀表、CO₂濃度測試儀表、汞蒸氣濃度測試儀表、開關(guān)閥、攪拌器、冷卻泵、外置低壓汞燈、光源控制器；利用電能電解水產(chǎn)生H₂，產(chǎn)生的H₂與CO₂在光照條件下，以汞蒸氣作為光敏劑，發(fā)生反應(yīng)生成甲醇、甲酸等化工原料，減少了CO₂的排放量，同時有效地轉(zhuǎn)化和儲存剩余電能。
文檔編號B01J12/00GK101648125SQ20091009191
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者劉大鑫, 強(qiáng) 張, 浩 張, 杜躍敏, 王循良, 管迎梅, 翟密橙, 范海明, 陳兆文 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所