本实用新型专利技术公开一种光催化还原二氧化碳制备甲醇的设备，设备烟气冷却塔，烟气冷却塔通过管道依次连接有反应塔、甲醇溶液排出泵、旋流器、过滤器、蒸馏塔、冷凝器、甲醇冷却器和甲醇液体储箱；烟气冷却塔包括下部侧壁的烟气进口和上部侧壁的烟气出口，烟气出口与反应塔的下部侧壁的进气口连通，反应塔还包括底部的溶液出口，溶液出口与旋流器的上部侧壁的溶液进口连通，旋流器还包括顶部的甲醇溶液出口，甲醇溶液出口连接过滤器，蒸馏塔顶部出口依次与冷凝器、甲醇冷却器和甲醇液体储箱连通。本实用新型专利技术利用可再生能源太阳能将含有CO2的水溶液光解为甲醇水溶液，经过蒸馏提纯为甲醇液体，甲醇作为重要的基础化工原料，加以充分利用。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及将温室气体二氧化碳进行资源化利用技术，具体涉及一种光催化还原二氧化碳制备甲醇的装置。
技术介绍
当前世界能源消耗的80％仍来自于以石油、煤、天然气等为主的化石能源，从经济、环境和社会的角度来看，这种能源供应和消费趋势显然是不可持续的，一方面，能源需求的快速增长将加重人们对能源供应安全的担忧：另一方面，与现有能源制度有关的碳排放强度呈明显上升的趋势，碳排放的显著增加打破了自然界的碳循环平衡，导致大气中以CO2为主的温室气体的浓度持续增加，全球每年的二氧化碳排放量，2012年升至356亿吨，由此引起全球变暖、气候变化以及对生态、经济、社会等方面产生综合影响的全球性的环境问题。如何稳定控制大气中温室气体浓度(450ppm左右)的方案迅速成为研究热点，引起了环境、能源、物理、化学等交叉学科研究者的极大兴趣，降低大气中CO2浓度的方法有很多，其中较为关注的是CO2的捕集、运输和埋存三个环节的系统技术(CCS)；但该CCS技术需要额外的能量消耗，同时安全性和对生态的破坏也使得其发展受到挑战。近年来，一些关于CO2转化利用技术也备受关注，例如，将CO2作为原料用于尿素、纯碱以及碳酸饮料的生产；通过热化学转化法将CO2转化为有机物加以利用；利用金属电极还原CO2的水或非水溶液生成烃类化学燃料，值得指出的是，CO2是热力学十分稳定的化合物，以其为原料生产的产物都是它的还原产物：要想完成这种转化必须对CO2进行活化，即必须向CO2输入很高的电子形式的能量，换句话说，任何大规模使用CO2工艺都潜在耗能，加工CO2的工艺不仅要继续消耗化石能源，而且在燃烧过程中直接排放更多的CO2，因此，开发低能耗的CO2转化和利用技术对脱碳能源系统的建立具有重要的战略意义。专利CN 102605385 A也提出了一种光电催化还原二氧化碳制备甲醇的方法，利用染料敏化光电催化装置制备，该装置由二氧化钛薄膜电极组件和阳电极构成，通过吸收可见光催化还原二氧化碳产生甲醇。但其缺点是：采用光、电共同催化来还原二氧化碳产出甲醇，利用光的同时需要消耗大量的电能，且其停留在实验室阶段，没有进行放大研究和应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种光催化还原二氧化碳制备甲醇的一整套设备。该装置即将烟气中CO2快速吸收到含有活化剂、催化剂的水溶液中，同时利用可再生能源太阳能光解为甲醇，然后将含有甲醇溶液进行分离出无水甲醇加以利用。同时解决了化石燃料产生的巨量二氧化碳的减排难题，具有重要的战略意义。为实现上述目的，本技术所设计一种光催化还原二氧化碳制备甲醇的设备，所述设备烟气冷却塔，所述烟气冷却塔通过管道依次连接有反应塔、甲醇溶液排出泵、旋流器、过滤器、蒸馏塔、冷凝器、甲醇冷却器和甲醇液体储箱；所述烟气冷却塔包括下部侧壁的烟气进口和上部侧壁的烟气出口，所述烟气出口与反应塔的下部侧壁的进气口连通，所述反应塔还包括底部的溶液出口，所述溶液出口与旋流器的上部侧壁的溶液进口连通，所述旋流器还包括顶部的甲醇溶液出口，所述甲醇溶液出口连接过滤器，且与蒸馏塔上部侧壁的进料口连通，所述蒸馏塔顶部出口依次与冷凝器、甲醇冷却器和甲醇液体储箱连通。进一步地，所述烟气冷却塔为碳钢喷淋塔，所述烟气进口和侧壁烟气出气口之间的塔内设置有多层喷淋层，所述烟气冷却塔底部开设有液体出口。再进一步地，所述液体出口连接有斜板澄清槽，所述斜板澄清槽上部侧壁上开设有上清液回流口，且顶部开设有工艺水进口，所述斜板澄清槽底部设置有污浊水口，所述上清液回流口与多层喷淋层连通，所述上清液回流口与多层喷淋层之间的管道上设置有冷却水循环泵。再进一步地，所述反应塔为高透光材料筛板塔，所述反应塔顶部设置有排气口，所述排气口与进气口之间的塔内依次设置有多层筛板、喷淋层和多组除雾装置。再进一步地，所述反应塔一侧设置有一组反射镜。再进一步地，所述旋流器底部与筛板连通，所述旋流器与筛板之间依次设置有溶液供给箱、溶液供给泵和冷却器；所述溶液供给箱上开设有催化剂供给口、活化剂口和工艺水口。再进一步地，所述过滤器与蒸馏塔之间设置有换热器，所述蒸馏塔底部设置有未蒸发的溶液出口，所述未蒸发的溶液出口与溶液供给箱连通，两者之间依次连接有溶液返回泵和换热器。再进一步地，所述蒸馏塔下部一侧的侧壁开设两个连接口，两个连接口分别与煮沸器上下端部连通，形成逆式循环系统。本技术各组件的工作原理1)气冷却塔为碳钢喷淋塔，其中包括2～4层的喷淋层，喷淋层可以根据工况入口烟气温度来计算调整喷淋层的层数，从而控制喷入水的流量。含有CO2烟气从烟气冷却塔下部进入，与上部喷淋的水充分逆向接触，冷却到约45℃，烟气冷却塔的底部液体流入斜板澄清槽，上清液为清水和补充水，经冷却水循环泵进行循环喷淋冷却含有CO2的烟气，底流为少量的污浊水排净再处理。2)反应塔为高透光材料筛板塔，其外壳为高透光的材料，如高透光玻璃等，布置在反应塔周围的很多定日反射镜将太阳光反射，定日反射镜可以跟踪太阳适时调整角度，均匀照射到玻璃反应塔的反应区。烟气从反应塔的下部烟气进口进入，自下而上依次穿过有多层筛板，筛板的圆形通孔面积与板面积之比率为40～50％，与此同时，含有水、活化剂、液相催化剂的混合液通过喷淋层向下均匀喷射，向上烟气与向下喷射水溶液充分逆向接触，烟气中的CO2迅速与溶液中的活化剂发生气液两相化学反应而被吸收，接着在太阳光、液相催化剂作用下，溶解在水溶液中的CO2与H2O发生反应生成CH3OH。烟气、喷淋液在反应塔内由于太阳光的照射达到约50℃，50℃左右也是CO2与H2O反应最佳温度，也是CO2在水中溶解量最大的温度，反应压力可控制为0.1～10atm。被液体吸收CO2后的剩余烟气及生成的O2，经除雾装置，以完全清除烟气中夹带的溶液液滴，清洁烟气直接排入大气。除雾装置由上、下二层除雾滤网和位于上、下二层除雾滤网之间的清洗喷淋部件构成。沉降到反应塔的底部溶液经甲醇溶液排出泵送入到旋流器，进行固液两相分离，含有催化剂的底流溶液自流回溶液供给箱，旋流器溢流的含甲醇溶液经过滤器的过滤，去除溶液中残余微量的催化剂，经换热器加热后进入到蒸馏塔上部送入塔内。3)蒸馏塔为不锈钢多层筛板塔，经换热后的含有水、甲醇、活化剂的溶液被喷洒到蒸馏塔内，依次通过各层筛板，一部分甲醇被上升的蒸汽气提，未蒸发的溶液落入塔底，经过塔底煮沸器加热，进一步蒸馏出高浓度CH3OH气体。蒸馏出的CH3OH气体由蒸馏塔的上部气体出口流出，进入冷凝器中，CH3OH气体被冷凝下来，接着CH3OH液体进入甲醇冷却器进行冷却，最终储存到甲醇储箱加以充分利用。蒸馏塔的塔顶温度通常控制在65℃，塔底温度控制在90～95℃，塔中温度在正常情况下控制在75～80℃，冷凝器的出口温度控制在40～50℃，甲醇冷却器的出口温度控制在25～30℃。蒸馏塔内未蒸发的水、活化剂溶液，通过溶液返回泵提升后进入换热器的放热管放出热量被冷却后从高位自流进溶液供给箱，与补充的催化剂、活化剂、水、旋流器的底流液混合后，在溶液供给泵的作用下，进入冷却器进行再冷，最后进入到反应塔内的喷淋层继续喷淋参加循环。冷却器出口液体温度约为45℃。在上述甲醇溶液排出泵和溶液返回泵的输送管路上设置有换热器，这样，可以充分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光催化还原二氧化碳制备甲醇的设备，所述设备烟气冷却塔(1)，其特征在于：所述烟气冷却塔(1)通过管道依次连接有反应塔(21)、甲醇溶液排出泵(6)、旋流器(16)、过滤器(15)、蒸馏塔(9)、冷凝器(13)、甲醇冷却器(12)和甲醇液体储箱(11)；所述烟气冷却塔(1)包括下部侧壁的烟气进口(1.1)和上部侧壁的烟气出口(1.2)，所述烟气出口(1.2)与反应塔(21)下部侧壁的进气口(21.1)连通，所述反应塔(21)还包括底部的溶液出口(21.2)，所述溶液出口(21.2)与旋流器(16)的上部侧壁的溶液进口(16.1)连通，所述旋流器(16)还包括顶部的甲醇溶液出口(16.2)，所述甲醇溶液出口(16.2)连接过滤器(15)，且与蒸馏塔(9)上部侧壁的进料口(9.1)连通，所述蒸馏塔(9)顶部出口依次与冷凝器(13)、甲醇冷却器(12)和甲醇液体储箱(11)连通。
【技术特征摘要】
1.一种光催化还原二氧化碳制备甲醇的设备，所述设备烟气冷却塔(1)，其特征在于：所述烟气冷却塔(1)通过管道依次连接有反应塔(21)、甲醇溶液排出泵(6)、旋流器(16)、过滤器(15)、蒸馏塔(9)、冷凝器(13)、甲醇冷却器(12)和甲醇液体储箱(11)；所述烟气冷却塔(1)包括下部侧壁的烟气进口(1.1)和上部侧壁的烟气出口(1.2)，所述烟气出口(1.2)与反应塔(21)下部侧壁的进气口(21.1)连通，所述反应塔(21)还包括底部的溶液出口(21.2)，所述溶液出口(21.2)与旋流器(16)的上部侧壁的溶液进口(16.1)连通，所述旋流器(16)还包括顶部的甲醇溶液出口(16.2)，所述甲醇溶液出口(16.2)连接过滤器(15)，且与蒸馏塔(9)上部侧壁的进料口(9.1)连通，所述蒸馏塔(9)顶部出口依次与冷凝器(13)、甲醇冷却器(12)和甲醇液体储箱(11)连通。2.根据权利要求1所述光催化还原二氧化碳制备甲醇的设备，其特征在于：所述烟气冷却塔(1)为碳钢喷淋塔，所述烟气进口(1.1)和侧壁烟气出口(1.2)之间的塔内设置有多层喷淋层(1.3)，所述烟气冷却塔(1)底部开设有液体出口(1.4)。3.根据权利要求2所述光催化还原二氧化碳制备甲醇的设备，其特征在于：所述液体出口(1.4)连接有斜板澄清槽(2)，所述斜板澄清槽(2)上部侧壁上开设有上清液回流口(2.1)，且顶部开设有工艺水进口(2.2)，所述斜板澄清槽(2)底部设置有污浊水口(2.3)，所述上清液回流...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志龙，
申请(专利权)人：中盈长江国际新能源投资有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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