阅读说明：本技术 一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法 (Method for obtaining synthesis gas by converting carbon dioxide at low temperature and normal pressure ) 是由 李卫教 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明总体地涉及二氧化碳回收利用技术领域,提供了一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法,以CO-(2)为原料,采用铁基催化剂,通过催化热解循环制氢、碳氢化合物制备及氢化反应三段一体化工艺流程,实现CO-(2)低温(350℃)常压(0.1MPa)转化合成气,其中一段反应中：CO、H-(2)O加入铁基催化剂热解(350℃)得到CO-(2)和H-(2)；二段反应中CO-(2)、H-(2)和水煤浆加入加热器,加热至350℃,得到碳氢化合物；三段反应中CO-(2)、碳氢化合物按照1:1分子比加入氢化反应器,加热至350℃,经循环水冷器冷却后,得到一氧化碳(69％)和氢气(31％)组成的合成气。(The invention relates to the technical field of carbon dioxide recovery and utilization, and provides a method for obtaining synthesis gas by low-temperature normal-pressure conversion of carbon dioxide, wherein CO is used 2 Adopts iron-based catalyst as raw material, and realizes CO production by three-stage integrated process flow of catalytic pyrolysis cycle hydrogen production, hydrocarbon preparation and hydrogenation reaction 2 Low temperature (350 ℃) and normal pressure (0.1MPa) conversion of synthesis gas, wherein in the first stage of reaction: CO, H 2 Adding O into iron-based catalyst for pyrolysis (350 ℃) to obtain CO 2 And H 2 (ii) a CO in two-stage reaction 2 、H 2 Adding the coal water slurry into a heater, and heating to 350 ℃ to obtain hydrocarbon; CO in three-stage reaction 2 Adding hydrocarbon into a hydrogenation reactor according to the molecular ratio of 1:1, heating to 350 ℃, and cooling by a circulating water cooler to obtain synthesis gas consisting of carbon monoxide (69%) and hydrogen (31%).)

一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法

技术领域

本发明总体地涉及二氧化碳回收利用技术领域，具体地涉及一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法。

背景技术

CO₂作为一种潜在的碳资源，具有很高的利用价值，可以通过很多方法加以回收并转化成有用的资源。这样既能降低大气中CO₂的含量，变害为利，减缓“温室效应”，又能减轻当今化石燃料的消耗，一举双得。目前国内外主要采用的方法有：高温、高压催化氢化法、生物转化法、光电化学转化法、电化学还原法等。此类方法虽能实现CO₂利用，但由于制氢成本高效益低，以致发展受限，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法，它以CO₂为原料，采用铁基催化剂，通过催化热解循环制氢、碳氢化合物制备及氢化反应三段一体化工艺流程，实现了CO₂低温(350℃)常压(0.1MPa)转化合成气，实现了二氧化碳完全减量化、资源化利用。

本发明的技术方案是，一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法，包括以下步骤：

S1、以CO和H₂O为原料进行反应获得CO₂和H₂；

S2、以步骤S1获得的CO₂、H₂为原料，加入水煤浆进行反应，得到碳氢化合物n-C₁+n-H₁；

S3、引入原料CO₂，使其与步骤S2中获得的碳氢化合物n-C₁+n-H₁反应，得到合成气；

上述步骤中，反应的温度≤350℃，反应的压力为0.1MPa的常压。

进一步的，上述步骤S1中，CO和H₂O的反应在铁基催化剂存在下进行，反应温度为350℃。

更进一步的，上述铁基催化剂为FeO。

进一步的，上述步骤S2中，CO₂、H₂和水煤浆在加有催化剂的加热器中进行反应，加热器的温度设置为350℃，所述催化剂为Fe基复合催化剂。

进一步的，上述步骤S3中：CO₂和碳氢化合物n-C₁+n-H₁按照1:1的摩尔比在氢化反应器中进行反应，氢化反应器中的温度设置为350℃，反应之后通过循环冷却水将氢化反应器的温度降至室温。

更进一步的，本发明的上述步骤S3之后还包括合成气分离的步骤S4：将步骤S3获得合成气分离出一部分进行分离，将合成气分离获得的CO送入步骤S1中作为原料气，将合成气分离获得的H₂送入步骤S2中作为原料气。

还进一步的，上述步骤S4中，将合成气分离获得的CO作为步骤S1-S3中加热反应器的原料。

可以看出，本发明以CO₂为原料，采用铁基催化剂，通过催化热解循环制氢、碳氢化合物制备及氢化反应三段一体化工艺流程，实现了CO₂低温(350℃)常压(0.1MPa)转化合成气，方法过程包括三段反应：

一段反应：CO、H₂O加入铁基催化剂热解(350℃)得到CO₂和H₂；

采用一氧化碳循环水制氢技术，一氧化碳与水蒸气经FeO催化剂催化热解(350℃)转化为CO₂和H₂。

反应式如下：

二段反应：CO₂、H₂和水煤浆加入加热器，加热至350℃，得到碳氢化合物(n-C₁、n-H₁)；

CO₂、H₂和煤浆加入加热器，加热至350℃，在铁基复合催化剂的作用下煤炭分子分解出碳氢化合物。反应式如下：

三段反应：CO₂、碳氢化合物按照1:1分子比，加入氢化反应器，加热至350℃，经循环水冷器冷却后，反应原料转变为以一氧化碳(69％)和氢气(31％)为主要组分的合成气(一氧化碳低位热值12633KJ/m³、氢气低位热值10783KJ/m³)。

CO₂、碳氢化合物氢化反应式如下：

H₂+OH→H₂O+H₁

C₁+H₂O→CO+H₂

总反应式为：

本发明采用CO、水制氢装置生产二氧化碳、氢气，氧化碳和氢气与煤浆催化分解出碳氢化合物n-C₁+n-H₁，将碳氢化合物n-C₁+n-H₁、外部二氧化碳分别输入至氢化反应器内部，在低温(350℃)常压(0.1MPa)条件下，通过调节CO₂、碳氢化合物分子比，经氢化反应、循环水冷却产出以一氧化碳(69％)和氢气(31％)为主要组分的合成气。其中，一部分合成气作为产品外售，另一部分经气体组分分离后返系统循环利用(H₂和一部分CO作为反应气体，另一部分CO作为燃料利用)。

本发明可以实现二氧化碳完全减量化、资源化利用。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本发明实施例中二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种二氧化碳低温常压转化获得合成气的方法，其工艺流程如图1所示，包括三段反应：

一段反应：CO、H₂O加入铁基催化剂热解(350℃)得到CO₂和H₂；采用一氧化碳循环水制氢技术，一氧化碳与水蒸气经FeO催化剂催化热解(350℃)转化为CO₂和H₂。

二段反应：CO₂、H₂和水煤浆加入加热器，加热至350℃，得到碳氢化合物(n-C₁、n-H₁)；

CO₂、H₂和煤浆加入加热器，加热至350℃，在铁基复合催化剂和氢气气氛下，煤炭分子分解出碳氢化合物

三段反应：CO₂、碳氢化合物按照1:1分子比，加入氢化反应器，加热至350℃，经循环水冷器冷却后，转变为以一氧化碳(69％)和氢气(31％)为主要组分的合成气(一氧化碳低位热值12633KJ/m³、氢气低位热值10783KJ/m³)。

将得到的合成气一部分合成气作为产品外售，另一部分经气体组分分离后返回利用，其中分离得到的H₂和一部分CO分别作为二段反应和一段反应的原料气体，另一部分CO作为反应过程的加热燃料利用。

本发明方法过程中，CO和水低温(≤350℃)常压催化反应循环制氢，无需外购设备制氢。在消耗成本方面：仅设备启动升温至350℃需要耗能，约耗≤0.03吨标煤/生产周期(达到温度值后方法自产能源循环供能)；耗水≤0.65m³/m³单位产品；燃料消耗为方法获得CO循环加热保持低温反应，每生产1m³合成气耗煤约0.1吨；本发明实现了二氧化碳100％利用。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。