CN114377514A - 一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法，采用二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，通过模式A、B切换循环，对二氧化碳捕集转化一体化连续生产；模式A为工业废气通入第一反应器中，二氧化碳被捕集；氢气通入第二反应器，与被捕集的二氧化碳反应，反应产物进入冷凝器，冷凝产物进入气液分离罐分离。模式B：工业废气通入第二反应器中，二氧化碳被捕集；氢气通入第一反应器中，与被捕集的二氧化碳反应，产物进入冷凝器，冷凝产物进入气液分离罐中分离。本发明实现同一温度下的连续生产，无需进行变温操作，且在无需脱附的情况连续收集产物，有效精简二氧化碳捕集转化流程，降低二氧化碳处置能耗，显著提升反应时效。

Description

一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法
技术领域
本发明属于气体捕集、转化技术领域，特别是涉及一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法。
背景技术
二氧化碳捕集、利用和封存(CCUS,Carbon Capture Utilization&Storage)是指将二氧化碳从工业排放源中分离后或直接加以利用或封存，以实现二氧化碳减排的工业过程。CCUS是一类公认的可实现大规模化石能源低碳利用的重要技术，被认为是减缓碳排放最有效的手段之一。国际能源署(IEA)的研究报告指出，CCUS是唯一能够在发电和工业过程中大幅减少化石燃料碳排放的解决方案，是实现2℃目标的关键技术。
二氧化碳捕集转化一体化是一种在CCUS自身框架内发展出的集成型CCUS技术。在该过程中，排放源中的二氧化碳被吸收剂或吸附剂捕集后，无需经过耗能耗时的解吸或脱附过程，而直接在共反应物的存在下，转化为下游产品。相比于传统的先捕集后转化的思路，一体化过程能大大降低二氧化碳处置过程的能耗，并显著提升时效，简化装置，有望显著降低CCUS技术的整体成本。如果能将二氧化碳捕集和化学转化过程相结合，将吸附态的二氧化碳不经过解吸步骤，直接进行转化，就能够规避二氧化碳捕集介质再生过程所需的大量能耗，以低成本的方式实现二氧化碳的捕集转化一体化。
目前国内外研究二氧化碳捕集转化一体化工作的研究人员较少，且大部分工作还停留在实验室阶段，所使用的工艺为同一反应器内先捕获再转化，未能实现整个过程的连续运行。如Bobadilla(Journal of CO2 Utilization,2016,14:106-111)从一种从低浓度源中捕获二氧化碳后，在同一反应器内加氢制一氧化碳。Miguel(Chemical EngineeringJ.,2017,322:590-602)在同一反应器中，将捕获的二氧化碳直接转化为合成天然气，Veselovskaya(Catalyst Today,2017,298:117-123)直接将吸附床和甲烷化反应床结合起来，提出二氧化碳捕获与甲烷化结合到一起的方案，该过程无法实现工艺的连续生产。
因此，需要提供一种针对上述现有技术中的不足的改进技术方案。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法，用于解决现有技术中实现二氧化碳的捕集转化一体化时，二氧化碳被捕集后需要经解吸或脱附过程才能进行转化，所需能耗较大、成本高的问题，以及在同一反应器内捕获二氧化碳后再转化，未能实现整个过程的连续运行的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，所述连续生产装置包括两个并联设置的第一反应器和第二反应器，还包括第一四通阀、第二四通阀、冷凝器和气液分离罐；
所述第一四通阀的四个接口分别与第一管线、第二管线、第三管线和第四管线连接，所述第三管线与所述第一反应器的输入端连接，所述第四管线与所述第二反应器的输入端连接；
所述第二四通阀的四个接口分别与第五管线、第六管线、第七管线和第八管线连接，所述第五管线与所述第一反应器的输出端连接，所述第六管线与所述第二反应器的输出端连接；
所述冷凝器的输入端与第八管线的输出端连接，所述冷凝器的输出端通过第九管线与所述气液分离罐连接，所述气液分离罐上还分别连接有气体回收管线和液体回收管线。
一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，所述连续生产方法采用上述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，通过模式A和模式B不断切换循环，进行对二氧化碳捕集转化一体化连续生产。
优选地，所述模式A包括以下步骤：
A1、工业废气经所述第一管线进入所述第一四通阀，再经所述第三管线通入所述第一反应器中，所述工业废气中的二氧化碳被所述第一反应器中的催化剂捕集，剩余气体经过所述第五管线进入所述第二四通阀，再经过所述第七管线排放出去；
A2、氢气经过所述第二管线进入所述第一四通阀，再经过所述第四管线通入所述第二反应器，氢气与所述第二反应器中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物经过所述第六管线进入所述第二四通阀，再经过所述第八管线进入所述冷凝器中，冷凝后的产物经过所述第九管线进入所述气液分离罐中，气体经过所述气体回收管线进行回收，液体经过所述液体回收管线进行回收。
优选地，所述模式B包括以下步骤：
B1、工业废气经所述第一管线进入所述第一四通阀，再经过所述第四管线通入第二反应器中，所述工业废气中的二氧化碳被所述第二反应器中的催化剂捕集，剩余气体经过所述第六管线进入第二四通阀，再经过第七管线进行排放；
B2、氢气经过所述第二管线进入所述第一四通阀，再经过第三管线通入所述第一反应器中，氢气与所述第一反应器中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物经过所述第五管线进入所述第二四通阀，再经过所述第八管线进入冷凝器中，冷凝后产物经过所述第九管线进入所述气液分离罐，气体经过所述气体回收管线进行回收，液体经过所述液体回收管线进行回收。
优选地，所述工业废气为初步净化后的含二氧化碳的工业废气，在所述工业废气中所述二氧化碳的体积分数为0.2％～99.0％。
优选地，步骤A1、步骤B1中所述工业废气的进气压力为0.01～5MPa。
优选地，步骤A1、步骤B1中所述工业废气的空速为100～6000h-1。
优选地，步骤A2、步骤B2中所述氢气的体积分数为4～100％。
优选地，步骤A2、步骤B2中所述氢气的进气压力为0.01～10MPa。
优选地，步骤A2、步骤B2中所述氢气的空速为100～6000h-1。
优选地，模式A、模式B中所述第一反应器和第二反应器的反应温度、反应压力相同，其中，反应温度为40～800℃，反应压力为0.01～10MPa。
优选地，步骤A1、步骤B1中所述催化剂为二氧化碳捕集转化一体化双功能催化剂，所述双功能催化剂包括以下质量百分比的组分：载体组分15～80wt％，吸附组分15～80wt％，催化组分5～70wt％。优选地，所述双功能催化剂包括载体组分、吸附组分和催化组分；其中，所述载体组分包括Al2O3、TiO2、SiO2、CeO中的一种或组合；所述吸附组分包括MgO、CaO、SrO、BaO、La2O3中的一种或组合；所述催化组分包括Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、In、Ir、Pt金属或金属氧化物中的一种或组合。
如上所述，本发明的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法，具有以下有益效果：
本发明提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法，该连续生产装置包括两个并联的反应器，当第一反应器进行二氧化碳捕集过程时，第二反应器进行二氧化碳转化过程，通过第一反应器和第二反应器切换捕集与转化功能实现二氧化碳捕集转化一体化连续生产，第一反应器和第二反应器实现同一温度下的二氧化碳捕集与转化，无需进行变温操作。
本发明中的连续生产工艺流程简单，通过模式A和模式B两种模式的切换实现连续生产，将含二氧化碳的工业废气和氢气交替在同时具有吸附和催化点位的双功能材料接触，实现二氧化碳在材料表面的富集后，无需脱附的情况连续收集到甲烷、甲醇、合成气等产物；根据双功能催化剂中活性组分不同及反应温度不同，可将工业废气中的二氧化碳捕集并直接转化为甲烷、甲醇、合成气等产品，且能有效精简二氧化碳捕集转化流程，消除因原流程中捕集、转化地不同进行而导致的运输和储存问题，降低二氧化碳处置能耗，显著提升反应时效，降低CCUS技术的整体成本。
附图说明
图1显示为本发明具体实施例中二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置的结构示意图。
元件标号说明
L1 第一管线
L2 第二管线
L3 第三管线
L4 第四管线
L5 第五管线
L6 第六管线
L7 第七管线
L8 第八管线
L9 第九管线
L10 气体回收管线
L11 液体回收管线
R1 第一反应器
R2 第二反应器
V1 第一四通阀
V2 第二四通阀
E1 冷凝器
C1 气液分离罐
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法，该连续生产装置包括两个并联的反应器，当第一反应器进行二氧化碳捕集过程时，第二反应器进行二氧化碳转化过程，通过第一反应器和第二反应器切换捕集与转化功能实现二氧化碳捕集转化一体化连续生产，第一反应器和第二反应器实现同一温度下的二氧化碳捕集与转化，无需进行变温操作；本发明中的连续生产工艺流程简单，通过模式A和模式B两种模式的切换实现连续生产，将含二氧化碳的工业废气和氢气交替在同时具有吸附和催化点位的双功能材料接触，实现二氧化碳在材料表面的富集后，无需脱附的情况连续收集到甲烷、甲醇、合成气等产物；根据双功能催化剂中活性组分不同及反应温度不同，可将工业废气中的二氧化碳捕集并直接转化为甲烷、甲醇、合成气等产品，且能有效精简二氧化碳捕集转化流程，消除因原流程中捕集、转化地不同进行而导致的运输和储存问题，降低二氧化碳处置能耗，显著提升反应时效，降低CCUS技术的整体成本。
参阅图1，本发明提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，该连续生产装置包括两个并联设置的第一反应器R1和第二反应器R2，还包括第一四通阀V1、第二四通阀V2、冷凝器E1和气液分离罐C1；
第一四通阀V1的四个接口分别与第一管线L1、第二管线L2、第三管线L3和第四管线L4连接，第三管线L3与第一反应器R1的输入端连接，第四管线L4与第二反应器R2的输入端连接；
第二四通阀V2的四个接口分别与第五管线L5、第六管线L6、第七管线L7和第八管线L8连接，第五管线L5与第一反应器R1的输出端连接，第六管线L6与第二反应器R2的输出端连接；
冷凝器E1的输入端与第八管线L8的输出端连接，冷凝器E1的输出端通过第九管线L9与气液分离罐C1连接，气液分离罐C1上还分别连接有气体回收管线L10和液体回收管线L11。
具体的，第七管线L7的输出端连接有尾气处理装置，剩余的尾气经过第七管线L7排出进入尾气处理装置中。
本发明还提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，通过模式A和模式B不断切换循环，进行对二氧化碳捕集转化一体化连续生产。
作为示例，模式A包括以下步骤：
A1、工业废气经第一管线L1进入第一四通阀V1，再经第三管线L3通入第一反应器R1中，工业废气中的二氧化碳被第一反应器R1中的催化剂捕集，剩余气体经过第五管线L5进入第二四通阀V2，再经过第七管线L7排放出去；
A2、氢气经过第二管线L2进入第一四通阀V1，再经过第四管线L4通入第二反应器R2，氢气与第二反应器R2中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物经过第六管线L6进入第二四通阀V2，再经过第八管线L8进入冷凝器E1中，冷凝后的产物经过第九管线L9进入气液分离罐C1中，气体经过气体回收管线L10进行回收，液体经过液体回收管线L11进行回收。
作为示例，模式B包括以下步骤：
B1、工业废气经第一管线L1进入第一四通阀V1，再经过第四管线L4通入第二反应器R2中，工业废气中的二氧化碳被第二反应器R2中的催化剂捕集，剩余气体经过第六管线L6进入第二四通阀V2，再经过第七管线L7进行排放；
B2、氢气经过第二管线L2进入第一四通阀V1，再经过第三管线L3通入第一反应器R1中，氢气与第一反应器R1中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物经过第五管线L5进入第二四通阀V2，再经过第八管线L8进入冷凝器E1中，冷凝后产物经过第九管线L9进入气液分离罐C1，气体经过气体回收管线L10进行回收，液体经过液体回收管线L11进行回收。
作为示例，步骤A1中、步骤B1中的工业废气为初步净化后的含二氧化碳的工业废气，在工业废气中二氧化碳的体积分数为0.2％～99.0％，比如0.2％、0.5％、5.0％、15.0％、35.0％、55.0％、75.0％、95.0％、99.0％等。
优选地，在工业废气中二氧化碳的体积分数为15.0％～20.0％，比如15.0％、16.0％、17.0％、18.0％、19.0％、20.0％等。
作为示例，步骤A1、步骤B1中工业废气的进气压力为0.01～5MPa，比如0.01MPa、0.1MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa等。
具体的，步骤A1中工业废气的进气压力指工业废气经第一管线L1进入第一四通阀V1，再经第三管线L3进入第一反应器R1时的压力；步骤B1中工业废气的进气压力指工业废气经第一管线L1进入第一四通阀V1，再经第四管线L4通入第二反应器R2时的压力；优选地，步骤A1、步骤B1中工业废气的进气压力为0.1～0.2MPa，比如0.1MPa、0.12MPa、0.14MPa、0.16MPa、0.18MPa、0.2MPa等。
作为示例，步骤A1、步骤B1中工业废气的空速为100～6000h-1，比如100h-1、500h-1、1000h-1、2000h-1、3000h-1、4000h-1、5000h-1、6000h-1等。
具体的，工业废气的空速指在规定的条件下，单位时间单位体积催化剂通入工业废气的量，比如：步骤A1中工业废气的进气流速为600L/h，相应的第一反应器R1中的催化剂填充量为1L，那么工业废气的空速为600h-1；优选地，步骤A1、步骤B1中工业废气的空速为200～2000h-1，比如200h-1、300h-1、500h-1、700h-1、900h-1、1100h-1、1300h-1、1500h-1、1700h-1、1900h-1、2000h-1等。
作为示例，步骤A2、步骤B2中氢气的体积分数为4～100％，比如4％、10％、30％、50％、70％、90％、100％等。
优选地，步骤A2、步骤B2中氢气的体积分数为95％～100％，比如95％、96％、97％、98％、99％、100％等。
作为示例，步骤A2、步骤B2中氢气的进气压力为0.01～10MPa，比如0.01MPa、0.05MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等。
具体的，步骤A2中氢气的进气压力指氢气经过第二管线L2进入第一四通阀V1，再经过第四管线L4通入第二反应器R2的压力；步骤B2中氢气的进气压力指氢气经过第二管线L2进入第一四通阀V1，再经过第三管线L3通入第一反应器R1的压力；优选地，步骤A2、步骤B2中氢气的进气压力为0.1～4MPa，比如0.1MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa等。
作为示例，步骤A2、步骤B2中氢气的空速为100～6000h-1，比如100h-1、500h-1、1000h-1、2000h-1、3000h-1、4000h-1、5000h-1、6000h-1等。
具体的，氢气的空速指在规定的条件下，单位时间单位体积催化剂通入氢气的量，比如：步骤A2中氢气的进气流速为600L/h，相应的第二反应器R2中的催化剂填充量为1L，那么氢气的空速为600h-1；优选地，步骤A2、步骤B2中氢气的空速为200～2000h-1，比如200h-1、300h-1、500h-1、700h-1、900h-1、1100h-1、1300h-1、1500h-1、1700h-1、1900h-1、2000h-1等。
作为示例，模式A、模式B中第一反应器R1和第二反应器R2的反应温度、反应压力相同，其中，反应温度为40～800℃，比如40℃、100℃、200℃、400℃、600℃、800℃等，比如，反应压力为0.01～10MPa，比如0.01MPa、0.05MPa、1MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、10MPa等。
优选地，反应温度为200～600℃，比如200℃、300℃、400℃、500℃、600℃等；反应压力为0.1～4MPa，比如0.1MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa等。
作为示例，步骤A1、步骤B1中催化剂为二氧化碳捕集转化一体化双功能催化剂，双功能催化剂包括以下质量百分比的组分：载体组分15～80wt％，比如15wt％、25wt％、35wt％、45wt％、55wt％、65wt％、75wt％、80wt％等，吸附组分15～80wt％，比如15wt％、25wt％、35wt％、45wt％、55wt％、65wt％、75wt％、80wt％等，催化组分5～70wt％，比如5wt％、15wt％、25wt％、35wt％、45wt％、55wt％、65wt％、70wt％等。作为示例，双功能催化剂包括载体组分、吸附组分和催化组分；其中，载体组分包括Al2O3、TiO2、SiO2、CeO中的一种或组合；吸附组分包括MgO、CaO、SrO、BaO、La2O3中的一种或组合；催化组分包括Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、In、Ir、Pt金属或金属氧化物中的一种或组合。
为了进一步说明本发明中二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法，采用如下具体实施例进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为300℃，双功能催化剂包括Al2O3 47.3wt％，MgO 33.8wt％，Ni 18.9wt％；
模式A包括以下步骤：
A1、初步净化后的含二氧化碳的工业废气(工业废气中气体组成体积分数CO215％，N285％，进气压力为0.1MPa，空速为600h-1)通过第一四通阀V1通入第一反应器R1中，工业废气中的二氧化碳被第一反应器R1中的双功能催化剂捕集，剩余气体通过第二四通阀V2，再经过第七管线L7进入尾气排放装置；A2、氢气(氢气的体积份数＞99.9％，进气压力为0.1MPa，空速为600h-1)通过第一四通阀V1通入第二反应器R2，氢气与第二反应器R2中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物通过第二四通阀V2进入冷凝器E1中，冷凝后的产物经过进入气液分离罐C1中进行分离。模式A运行时间为60s。
模式B包括以下步骤：
B1、初步净化后的含二氧化碳的工业废气(工业废气中气体组成体积分数CO215％，N285％，进气压力为0.1MPa，空速为600h-1)通过第一四通阀V1通入进入第二反应器R2中，工业废气中的二氧化碳被第二反应器R2中的双功能催化剂捕集，剩余气体通过第二四通阀V2，再经过第七管线L7进入尾气排放装置；B2、氢气(氢气的体积份数＞99.9％，进气压力为0.1MPa，空速为600h-1)通过第一四通阀V1进入第一反应器R1中，氢气与第一反应器R1中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物通过第二四通阀V2进入冷凝器E1中，冷凝后产物进入气液分离罐C1进行分离。模式B运行时间为60s。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞99.9％，甲烷选择性＞99.9％。
实施例2
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为250℃，双功能催化剂包括Al2O3 47.3wt％，MgO 33.8wt％，Ni 18.9wt％；
模式A与模式B的方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞97.2％，甲烷选择性＞99％。
实施例3
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为200℃，双功能催化剂包括Al2O3 47.3wt％，MgO 33.8wt％，Ni 18.9wt％；
模式A与模式B的方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞78.1％，甲烷选择性＞99％。
实施例4
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为300℃，双功能催化剂包括Al2O3 39.8wt％，MgO 28.4wt％，Ni 31.8wt％；
模式A和模式B中通入的初步净化后的含二氧化碳的工业废气的空速为1200h-1，通入的氢气的空速为1200h-1，其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞99.9％，甲烷选择性＞99％。
实施例5
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为300℃，双功能催化剂包括Al2O3 39.8wt％，MgO 28.4wt％，Ni 31.8wt％；
模式A和模式B中通入的初步净化后的含二氧化碳的工业废气的空速为2000h-1，通入的氢气的空速为2000h-1，且模式A和模式B的运行时间为120s，其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞91.6％，甲烷选择性＞99％。
实施例6
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为300℃，双功能催化剂包括Al2O3 46.8wt％，MgO 33.5wt％，Ni 18.7wt％，Ru 1wt％；
模式A和模式B中通入的初步净化后的含二氧化碳的工业废气的空速为800h-1，通入的氢气的空速为800h-1，其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞99.9％，甲烷选择性＞99％。
实施例7
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为300℃，双功能催化剂包括Al2O3 46.3wt％，MgO 33.2wt％，Ni 18.5wt％，Ru 2wt％；
模式A和模式B中通入的初步净化后的含二氧化碳的工业废气的空速为1000h-1，通入的氢气的空速为1000h-1，其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞99.9％，甲烷选择性＞99％。
实施例8
本实施例提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，该连续生产方法采用图1中的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，第一反应器R1和第二反应器R2的温度均为300℃，双功能催化剂包括TiO2 33.3wt％，BaO 57.9wt％，Ni 8.8wt％；
模式A与模式B的方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将模式A和模式B循环进行50循环，得到的主要产物为甲烷，整个连续生产过程中CO2捕集率＞78.9％，甲烷选择性＞92.1％。
综上所述，本发明提供一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置和方法，该连续生产装置包括两个并联的反应器，当第一反应器进行二氧化碳捕集过程时，第二反应器进行二氧化碳转化过程，通过第一反应器和第二反应器切换捕集与转化功能实现二氧化碳捕集转化一体化连续生产，第一反应器和第二反应器实现同一温度下的二氧化碳捕集与转化，无需进行变温操作；本发明中的连续生产工艺流程简单，通过模式A和模式B两种模式的切换实现连续生产，将含二氧化碳的工业废气和氢气交替在同时具有吸附和催化点位的双功能材料接触，实现二氧化碳在材料表面的富集后，无需脱附的情况连续收集到甲烷、甲醇、合成气等产物；根据双功能催化剂中活性组分不同及反应温度不同，可将工业废气中的二氧化碳捕集并直接转化为甲烷、甲醇、合成气等产品，且能有效精简二氧化碳捕集转化流程，消除因原流程中捕集、转化地不同进行而导致的运输和储存问题，降低二氧化碳处置能耗，显著提升反应时效，降低CCUS技术的整体成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，其特征在于，所述连续生产装置包括两个并联设置的第一反应器和第二反应器，还包括第一四通阀、第二四通阀、冷凝器和气液分离罐；
所述第一四通阀的四个接口分别与第一管线、第二管线、第三管线和第四管线连接，所述第三管线与所述第一反应器的输入端连接，所述第四管线与所述第二反应器的输入端连接；
所述第二四通阀的四个接口分别与第五管线、第六管线、第七管线和第八管线连接，所述第五管线与所述第一反应器的输出端连接，所述第六管线与所述第二反应器的输出端连接；
所述冷凝器的输入端与第八管线的输出端连接，所述冷凝器的输出端通过第九管线与所述气液分离罐连接，所述气液分离罐上还分别连接有气体回收管线和液体回收管线。
2.一种二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于，所述连续生产方法采用权利要求1中所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产装置，通过模式A和模式B不断切换循环，进行对二氧化碳捕集转化一体化连续生产。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：所述模式A包括以下步骤：
A1、工业废气经所述第一管线进入所述第一四通阀，再经所述第三管线通入所述第一反应器中，所述工业废气中的二氧化碳被所述第一反应器中的催化剂捕集，剩余气体经过所述第五管线进入所述第二四通阀，再经过所述第七管线排放出去；
A2、氢气经过所述第二管线进入所述第一四通阀，再经过所述第四管线通入所述第二反应器，氢气与所述第二反应器中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物经过所述第六管线进入所述第二四通阀，再经过所述第八管线进入所述冷凝器中，冷凝后的产物经过所述第九管线进入所述气液分离罐中，气体经过所述气体回收管线进行回收，液体经过所述液体回收管线进行回收。
4.根据权利要求2所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：所述模式B包括以下步骤：
B1、工业废气经所述第一管线进入所述第一四通阀，再经过所述第四管线通入第二反应器中，所述工业废气中的二氧化碳被所述第二反应器中的催化剂捕集，剩余气体经过所述第六管线进入第二四通阀，再经过第七管线进行排放；
B2、氢气经过所述第二管线进入所述第一四通阀，再经过第三管线通入所述第一反应器中，氢气与所述第一反应器中被捕集的二氧化碳发生反应，反应完成后的混合物经过所述第五管线进入所述第二四通阀，再经过所述第八管线进入冷凝器中，冷凝后产物经过所述第九管线进入所述气液分离罐，气体经过所述气体回收管线进行回收，液体经过所述液体回收管线进行回收。
5.根据权利要求3或4所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：所述工业废气为初步净化后的含二氧化碳的工业废气，在所述工业废气中所述二氧化碳的体积分数为0.2％～99.0％。
6.根据权利要求3或4所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：步骤A1、步骤B1中包括以下任一项或组合：
所述工业废气的进气压力为0.01～5MPa；
所述工业废气的空速为100～6000h-1。
7.根据权利要求3或4所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：步骤A2、步骤B2中包括以下任一项或组合：
所述氢气的体积分数为4～100％；
所述氢气的进气压力为0.01～10MPa；
所述氢气的空速为100～6000h-1。
8.根据权利要求3或4所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：模式A、模式B中所述第一反应器和第二反应器的反应温度、反应压力相同，其中，反应温度为40～800℃，反应压力为0.01～10MPa。
9.根据权利要求3或4所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：步骤A1、步骤B1中所述催化剂为二氧化碳捕集转化一体化双功能催化剂，所述双功能催化剂包括以下质量百分比的组分：载体组分15～80wt％，吸附组分15～80wt％，催化组分5～70wt％。
10.根据权利要求9所述的二氧化碳捕集转化一体化连续生产方法，其特征在于：所述双功能催化剂包括载体组分、吸附组分和催化组分；
其中，所述载体组分包括Al2O3、TiO2、SiO2、CeO中的一种或组合；所述吸附组分包括MgO、CaO、SrO、BaO、La2O3中的一种或组合；所述催化组分包括Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、In、Ir、Pt金属或金属氧化物中的一种或组合。
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