一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置及方法。本发明专利技术的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，包括电压控制单元和温度控制单元，通过电压控制单元控制流经热阻丝的电流强度，通过温度控制单元控制热阻丝的温度；反应时同时调控热阻丝表面催化剂所处的电场强度以及所处的温度，使催化剂同时暴露在电场和热场环境中，加速催化剂表面电子的传递和迁移，有助于二氧化碳催化反应的进行，具有反应温度低、产物选择性高，能耗低的优点；电场可以降低催化还原所需的反应温度，能够激发热电子的产生，吸附的中间体在电场和热电子的作用下可以起到过渡的作用，参与到催化还原反应中，实现二氧化碳的循环经济利用和转化。实现二氧化碳的循环经济利用和转化。实现二氧化碳的循环经济利用和转化。

【技术实现步骤摘要】
一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置及方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳转化
，尤其涉及一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置及方法。

技术介绍

[0002]二氧化碳是大气中含量最多的温室气体，约占大气总量的0.03％。回顾过去三十年的全球CO2的排放量，从1990年的205亿吨增加到2020年的315亿吨，增幅超过50％。相应地，大气中CO2浓度到2020年达到了412ppm，比安全上限350ppm高出18％。为了减缓二氧化碳在大气中的含量，当下亟需开发先进的技术来减少大气中CO2浓度。目前可行的策略主要包括：减少CO2的排放，存储CO2，转化CO2。从源头上减少CO2的排放需要工业生产进行绿色改革，与这两者相比，将CO2转化为C1化学品甚至多碳产物，不仅可以减少大气中CO2的浓度，而且还可以为能源领域提供新的燃料供给，将是一种更有前途的清洁解决方案。
[0003]近年来，CO2转化技术主要集中在生物转化和化学转化。由于生物转化CO2是利用或模拟植物的光合作用和微生物的自养作用，所以CO2转化效率和速率有限、能量消耗过多且应用范围窄。相比之下，化学转化CO2是通过设计催化器件和选取催化剂等条件达到高的转化率和选择性，成为当下研究的热点。化学转化主要是通过化学还原反应将CO2转化为单碳(一氧化碳、甲醇、甲酸等)和多碳类的碳氢化合物和含氧化合物，主要分为电催化还原、热催化还原、光电化学还原。
[0004]但目前传统的单一热或电催化还原CO2仍然面临产物的选择性低、催化剂稳定性差、反应能耗大等实际问题，成为制约CO2转化技术的瓶颈。基于目前单一热或电催化还原CO2存在的问题，有必要对此进行改进。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置及方法，以解决或至少部分解决现有技术中存在的问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，包括：
[0007]二氧化碳反应气供气单元，其用于提供二氧化碳反应气；
[0008]反应管，其内设有热阻丝，所述热阻丝表面设有催化剂，所述反应管上开设有进气口，所述二氧化碳反应气供气单元与所述进气口连通；
[0009]电压控制单元，所述热阻丝两端穿出所述反应管后与所述电压控制单元电连接，所述电压控制单元控制流经热阻丝的电流强度；
[0010]温度控制单元；
[0011]其中，所述热阻丝两端穿出所述反应管后与所述温度控制单元电连接，所述温度控制单元用于控制所述热阻丝加热；
[0012]或，所述反应管上设有加热部件，所述温度控制单元与所述加热部件电连接，所述温度控制单元用于控制所述加热部件加热。
[0013]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，还包括：
[0014]载气供气单元，其用于提供载气；
[0015]气体混合罐，所述二氧化碳反应气供气单元、载气供气单元均与所述气体混合罐连通，所述气体混合罐用于使二氧化碳反应气、载气混合，所述气体混合罐与所述进气口连通。
[0016]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，所述二氧化碳反应气供气单元包括：
[0017]二氧化碳供气罐，其通过二氧化碳气体管道与所述气体混合罐连通；
[0018]甲烷供气罐，其通过甲烷气体管道与所述气体混合罐连通；
[0019]氢气供气罐，其通过氢气管道与所述气体混合罐连通；
[0020]氨气供气罐，其通过氨气管道与所述气体混合罐连通。
[0021]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，所述载气供气单元包括：载气供气罐，所述载气供气罐通过载气管道与所述气体混合罐连通；所述载气包括氩气、氦气、氮气中的至少一种。
[0022]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，所述二氧化碳气体管道、甲烷气体管道、氢气管道、氨气管道、载气管道上均设有压力表、开关阀、气体流量计。
[0023]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，还包括温度监测单元，所述温度监测单元与所述温度控制单元电连接，所述温度监测单元用于监测催化剂的温度。
[0024]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，所述反应管外还罩设有保护罩，所述保护罩用于对反应管进行保温；
[0025]所述热阻丝呈直线形或螺旋弯曲形；所述加热部件为缠绕在所述反应管外周的加热带；
[0026]所述热阻丝与所述电压控制单元电连接的电路上还设有保护电阻。
[0027]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，所述反应管上还开设有出气口；所述反应管外周还设有保温带。
[0028]第二方面，本专利技术还提供了一种电热协同催化二氧化碳转化的反应方法，包括以下步骤：
[0029]提供所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置；
[0030]二氧化碳反应气经进气口进入反应管；
[0031]通过电压控制单元控制流经热阻丝的电流强度；
[0032]通过温度控制单元控制热阻丝的温度；
[0033]二氧化碳反应气在催化剂、热阻丝的电流强度以及温度的共同作用下发生反应。
[0034]优选的是，所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应方法，所述进气口气体的流量为10～200mL/min；
[0035]所述电压控制单元的输出电压为直流电压，所述电压控制单元的输出电压强度为0～48V；
[0036]所述温度控制单元控制热阻丝的温度为25～800℃。
[0037]本专利技术的一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置及方法、相对于现有技术具
有以下技术效果：
[0038]本专利技术的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，包括电压控制单元和温度控制单元，通过电压控制单元控制流经热阻丝的电流强度，通过温度控制单元控制热阻丝的温度；反应时二氧化碳反应气经过反应管的进气口进入反应管内，同时调控热阻丝表面催化剂所处的电场强度以及所处的温度(即热场)，使催化剂同时暴露在电场和热场环境中，加速催化剂表面电子的传递和迁移，有助于二氧化碳催化反应的进行，具有反应温度低、产物选择性高，能耗低的优点；电场可以降低催化还原所需的反应温度，能够激发热电子的产生，在催化反应过程中氢气或甲烷或氨气的裂解和CO2的C＝O键的断裂和重构，吸附的中间体在电场和热电子的作用下可以起到过渡的作用，参与到催化还原反应中，实现二氧化碳的循环经济利用和转化。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1为本专利技术其中一个实施例中电热协同催化二氧化碳转化的反应装置的结构示意图；
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，其特征在于，包括：二氧化碳反应气供气单元，其用于提供二氧化碳反应气；反应管，其内设有热阻丝，所述热阻丝表面设有催化剂，所述反应管上开设有进气口，所述二氧化碳反应气供气单元与所述进气口连通；电压控制单元，所述热阻丝两端穿出所述反应管后与所述电压控制单元电连接，所述电压控制单元控制流经热阻丝的电流强度；温度控制单元；其中，所述热阻丝两端穿出所述反应管后与所述温度控制单元电连接，所述温度控制单元用于控制所述热阻丝加热；或，所述反应管上设有加热部件，所述温度控制单元与所述加热部件电连接，所述温度控制单元用于控制所述加热部件加热。2.如权利要求1所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，其特征在于，还包括：载气供气单元，其用于提供载气；气体混合罐，所述二氧化碳反应气供气单元、载气供气单元均与所述气体混合罐连通，所述气体混合罐用于使二氧化碳反应气、载气混合，所述气体混合罐与所述进气口连通。3.如权利要求2所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，其特征在于，所述二氧化碳反应气供气单元包括：二氧化碳供气罐，其通过二氧化碳气体管道与所述气体混合罐连通；甲烷供气罐，其通过甲烷气体管道与所述气体混合罐连通；氢气供气罐，其通过氢气管道与所述气体混合罐连通；氨气供气罐，其通过氨气管道与所述气体混合罐连通。4.如权利要求3所述的电热协同催化二氧化碳转化的反应装置，其特征在于，所述载气供气单元包括：载气供气罐，所述载气供气罐通过载气管道与所述气体混合罐连通；所述载气包括氩气、氦气、氮气中的至少一种。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小龙，熊菊霞，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：