CN101648125A - 一种co2与h2反应的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种CO2与H2反应的方法及装置，属于化工技术领域。该装置包括H2进气管、CO2进气管、连续式光化学反应器、冷凝分离装置、温度计、开关阀、汞蒸气发生器、加热器、压力表、H2浓度测试仪表、CO2浓度测试仪表、汞蒸气浓度测试仪表、开关阀、搅拌器、冷却泵、外置低压汞灯、光源控制器；利用电能电解水产生H2，产生的H2与CO2在光照条件下，以汞蒸气作为光敏剂，发生反应生成甲醇、甲酸等化工原料，减少了CO2的排放量，同时有效地转化和储存剩余电能。

Description

一种CO2与H2反应的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种CO2与H2反应的方法及装置，属于化工技术领域。
背景技术
工农业生产及生活燃烧大量矿物燃料产生的CO2引起了酸雨和“温室效应”等环境问题，减少排放降低其在大气中的含量是解决此问题的有效手段。随着核电、风电、水电的发展，剩余电能和波谷电能越来越多，研究如何储存该部分能量是一项非常有意义的工作，其中，利用水电解将能量储存在H2中的研究备受关注，但H2是易燃易爆气体，大量储存和运输存在诸多的不便和安全隐患。
本发明利用电能电解水产生H2，产生的H2与CO2在光照条件下，以汞蒸气作为光敏剂，发生反应生成甲醇、甲酸等化工原料，减少了CO2的排放量，同时有效地转化和储存剩余电能。
发明内容
本发明的目的是为了解决由于CO2引起的酸雨和“温室效应”等环境问题以及剩余电能和波谷电能的利用问题，提出了一种CO2与H2反应的方法及装置。
该方法的反应原理是：低压汞灯发光波长为254nm，很容易被汞蒸气吸收。在光源的作用下，气态汞吸收光能形成高能态的汞，高能态汞撞击H2，产生高能态的H2分子，进而形成氢自由基，而高能态汞失去能量又回到低能态可以继续吸收光能。氢自由基会与其他分子或者基团相撞，进一步形成新的自由基或者分子。新形成的自由基继续保持高的活性，而新形成的分子则有可能继续与自由基发生反应，生成另一种分子。通过控制反应条件，将CO2和H2完全转变成液态产物。反应产物主要有甲酸、甲醛、甲醇及其衍生物等。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种CO2与H2反应的装置包括：H2进气管、CO2进气管、连续式光化学反应器、冷凝分离装置、温度计、开关阀、汞蒸气发生器、加热器、压力表、H2浓度测试仪表、CO2浓度测试仪表、汞蒸气浓度测试仪表、开关阀、搅拌器、冷却泵、外置低压汞灯、光源控制器；其连接关系为：H2进气管和CO2进气管连接在连续式光化学反应器的侧壁中下部，冷凝分离装置通过法兰安装在连续式光化学反应器的顶部；温度计由连续式光化学反应器的顶部，一部分进入到其内部；汞蒸气发生器通过管路与连续式光化学反应器的底部相连，其间设置一开关阀；在汞蒸气发生器的下面放置加热器；压力表、H2浓度测试仪表、CO2浓度测试仪表和汞蒸气浓度测试仪表安装在连续式光化学反应器的外侧，其探头进入到连续式光化学反应器的内部，开关阀通过管路与冷凝分离装置连接；气体搅拌器固连在连续式光化学反应器内侧的中下部；冷却泵距离连续式光化学反应器外面，用风冷的形式使光化学反应器冷却；外置低压汞灯通过电源线与光源控制器相接，一并放置在连续式光化学反应器的外面，外置低压汞灯距离连续式光化学反应器外壁的距离为50～200mm，照射连续式光化学反应器并提供能量。
本发明的一种CO2与H2反应的方法，其具体实施步骤如下：
1)对连续式光化学反应器抽真空至压力小于300Pa；
2)将汞蒸气发生器产生的汞蒸气通入到连续式光化学反应器中，至汞蒸气浓度测试仪表的示数为1.0～99.0Pa；
3)将CO2与H2按体积比为1∶1.5～3通入到连续式光化学反应器中，至压力为1*105Pa；
4)打开外置低压汞灯，通过光源控制器调节外置低压汞灯的功率为50～500W，使3)中的CO2与H2发生反应，当冷凝分离装置中有液体产生时，开启冷却泵，往连续式光化学反应器外壁吹空气，调节其流量使连续式光化学反应器内部的温度为35～200℃；持续通入3)中的CO2与H2；
5)CO2与H2反应时间为t时，打开开关阀，记录冷凝分离装置中的液体质量l，取样分析液体产物的成分及其含量，然后再将液体产物储存起来。
有益效果
本发明的CO2与H2反应具有转化率高、反应速度快等优点，并充分利用发电厂的剩余电能，减少了CO2的排放量，同时有效地转化和储存剩余电能。
附图说明
图1是CO2与H2反应的流程图；
图2是CO2与H2反应的装置简图；
其中，1-H2的进气管、2-CO2的进气管、3-连续式光化学反应器、4-冷凝分离装置、5-温度计、6-开关阀、7-汞蒸气发生器、8-加热器、9-压力表、10-H2浓度测试仪表、11-CO2浓度测试仪表、12-汞蒸气浓度测试仪表、13-开关阀、14-搅拌器、15-冷却泵、16-外置低压汞灯、17-光源控制器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
1)对连续式光化学反应器3抽真空至压力为300Pa；
2)将汞蒸气发生器7产生的汞蒸气通入到连续式光化学反应器3中，至汞蒸气浓度测试仪表12的示数为32.28Pa；
3)将CO2与H2按体积比为1∶2.5的比例通入到连续式光化学反应器3中，至压力1*105Pa；
4)调节低压汞灯16与连续式光化学反应器3距离为75mm，打开外置低压汞灯16，通过光源控制器17调节外置低压汞灯的功率为300w，使3)中的CO2与H2发生反应，当冷凝分离装置4中有液体产生时，开启冷却泵15，往连续式光化学反应器3外壁吹空气，调节其流量使连续式光化学反应器3内部的温度为100℃；持续通入3)中的CO2与H2，其中CO2的通入速率为44g/min；
5)CO2与H2反应时间为30min时，打开开关阀13，此时冷凝分离装置中的液体质量为1451g，取样分析液态产物的成分及其含量，然后再将液态产物储存起来。
有96.22％的气体转化成了液态产物，液态产物中含有的主要成分及其摩尔分数分别为：甲醇40.15％，甲酸10.54％，甲醛4.10％，水44.81％，甲酸甲酯0.27％。没有转化的CO2与H2在连续式光化学反应器3中继续反应，直到生成液态产物并被收集起来。

Claims (6)

1、一种CO2与H2反应的装置，其特征在于包括：H2进气管1、CO2进气管2、连续式光化学反应器3、冷凝分离装置4、温度计5、开关阀6、汞蒸气发生器7、加热器8、压力表9、H2浓度测试仪表10、CO2浓度测试仪表11、汞蒸气浓度测试仪表12、开关阀13、搅拌器14、冷却泵15、外置低压汞灯16、光源控制器17；
其连接关系为：H2进气管1和CO2进气管2连接在连续式光化学反应器3的侧壁中下部，冷凝分离装置4通过法兰安装在连续式光化学反应器3的顶部；温度计5由连续式光化学反应器3的顶部，一部分进入到其内部；汞蒸气发生器7通过管路与连续式光化学反应器3的底部相连，其间设置一开关阀6；在汞蒸气发生器7的下面放置加热器8；压力表9、H2浓度测试仪表10、CO2浓度测试仪表11和汞蒸气浓度测试仪表12安装在连续式光化学反应器3的外侧，其探头进入到连续式光化学反应器3的内部，开关阀13通过管路与冷凝分离装置4连接；气体搅拌器14固连在连续式光化学反应器3内侧的中下部；冷却泵15距离连续式光化学反应器3外面；外置低压汞灯16通过电源线与光源控制器17相接，一并放置在连续式光化学反应器3的外面，外置低压汞灯16距离连续式光化学反应器3外壁的距离为50～200mm。
2、一种CO2与H2反应的方法，其特征在于：
1)对连续式光化学反应器3抽真空至压力小于300Pa；
2)将汞蒸气发生器7产生的汞蒸气通入到连续式光化学反应器3中，并用汞蒸气浓度测试仪表12测量汞蒸气的浓度；
3)将CO2与H2的混合气体通入到连续式光化学反应器3中，至压力为1*105Pa；
4)打开外置低压汞灯16，并调节其功率使3)中的CO2与H2发生反应，当冷凝分离装置4中有液体产生时，开启冷却泵15，往连续式光化学反应器3外壁吹空气，调节其流量控制连续式光化学反应器3内部的温度；持续通入3)中的CO2与H2。
3、根据权利要求2所述的一种CO2与H2反应的方法，其特征在于：步骤2)中汞蒸气浓度测试仪表12的示数为1.0～99.0Pa。
4、根据权利要求2所述的一种CO2与H2反应的方法，其特征在于：步骤3)中CO2与H2的体积比为1∶1.5～3.0。
5、根据权利要求2所述的一种CO2与H2反应的方法，其特征在于：步骤4)中外置低压汞灯16的功率为50～500W。
6、根据权利要求2所述的一种CO2与H2反应的方法，其特征在于：步骤4)中连续式光化学反应器3内部的温度为35～200℃。
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