一种适用于光催化还原CO2制甲醇中甲醇回收的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种适用于光催化还原CO2制甲醇中甲醇回收的系统，所述系统包含离子及甲醇的光催化反应生成产物先在原料液离子过滤子系统内将水溶液内的离子去除后进入原料液循环子系统；含有甲醇的溶液在水浴加热器中加热至一定温度后通过循环泵输送到膜分离子系统；在膜分离子系统内，大量的甲醇分子和少量水分子在渗透压的作用下穿过对甲醇有高亲和力的渗透汽化膜，在膜的另一侧汽化为气态进入渗透液收集子系统；在渗透液收集子系统内，由真空泵提供真空压力产生渗透压及循环动力将气态的渗透液输送到液氮冷阱中，气态的渗透液在液氮冷阱中冷凝为液态，以高浓度的甲醇水溶液被收集。水溶液被收集。水溶液被收集。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于光催化还原CO2制甲醇中甲醇回收的系统


[0001]本技术涉及清洁能源制备、离子膜分离及渗透汽化膜分离
，具体涉及一种适用于光催化还原CO2制甲醇中甲醇回收的系统。

技术介绍

[0002]甲醇作为一种具有很高的能量燃烧值，同时因其燃烧产物为碳氢化合物而具有很高的环保价值，现在已经作为清洁、高可再生的能源广泛地应用。在碱性溶液中光催化还原CO2制备甲醇已经被证实是一种简易且节能的方法，其产物的组成为甲醇、微量其它产物及离子的溶液。在对光催化还原CO2制备甲醇反应的产物溶液中的甲醇物质进行提取时，往往使用精馏过程在精馏塔内使甲醇溶度达到回收要求，而使用精馏塔进行提纯需要增大设备投入以及增加能耗，同时精馏设备复杂操作过程繁琐，不能满足对光催化还原CO2制备甲醇时甲醇提取的要求。
[0003]渗透汽化膜分离技术作为一个新兴的分离技术，其具有分离效率高，操作流程简易，耗能低，经济效益高的特点，很适合与从水溶液中分离醇类物质。渗透汽化膜在碱性环境下工作寿命会减短并且提取效率也会受离子的存在而降低，因此需要将产物溶液中的离子先过滤掉再进行甲醇的提取。

技术实现思路

[0004]为了解决光催化还原CO2制备甲醇时甲醇提取和回收的问题，本技术的目的在于提出了一种适用于光催化还原CO2制甲醇中甲醇回收的系统及方法，是一种先对产物溶液进行离子过滤，然后通过渗透汽化膜分离技术对甲醇水溶液进行甲醇提取回收的系统和方法，该系统利用离子过滤膜对光催化产物溶液中的离子进行过滤，避免碱性离子对渗透汽化膜造成破坏；不含离子的甲醇水溶液在系统中加热至一定温度后在渗透汽化膜的作用下进行甲醇的提纯，高浓度的甲醇在膜的真空侧以气态形式渗透出，通过真空泵的带动进入低温的收集瓶中冷凝为液态并被收集。因此，本技术的目的在于利用便捷节能的渗透汽化膜分离技术分离提取甲醇，在回收并可以利用甲醇的同时，也可以降低光催化反应产物中甲醇溶度，使光催化反应产物溶液可以循环利用，在提高能源利用的同时避免源料的浪费。
[0005]为实现上述目的，本技术的技术方案是：
[0006]一种适用于光催化还原CO2制甲醇中甲醇回收的系统，由离子过滤反应器1，离子过滤膜2，动力泵3，第一流量计4，温度计5，电动搅拌器6，水浴加热器7，原料瓶8，循环泵9，第二流量计10，单相球阀11，渗透汽化膜12，膜反应器13，缓冲腔14，真空表15，第一三通阀16，液氮冷阱17，第二三通阀18，干燥管19，真空泵20组成；
[0007]所述离子过滤反应器1内部由离子过滤膜2分为两部分，上部为光催化产物区，下部为过滤区，过滤区出口与动力泵3入口连通，动力泵3出口与第一流量计4入口连通，第一流量计4出口与原料瓶8入口连通，原料瓶8出口与循环泵9入口连通，循环泵9出口与第二流
量计10入口连通，第二流量计10出口与膜反应器13上部连通；膜反应器13由渗透汽化膜12分为两部，上部为原料液腔，原料液腔出口与单相球阀11入口连通，单相球阀11出口与离子过滤反应器1上部出口连通；膜反应器13下部为渗透液腔，渗透液腔出口与缓冲腔14入口连通，缓冲腔14出口与第一三通阀16入口连通，第一三通阀16一侧出口与液氮冷阱17入口连通，液氮冷阱17出口与第二三通阀18一侧入口连通，第二三通阀16另一侧出口与三通阀18另一侧入口连通，三通阀18出口与干燥管19入口连通，干燥管19出口与真空泵20入口连通。
[0008]通过离子过滤膜2将光催化反应产物溶液内的离子过滤，过滤后的溶液在动力泵3带动下进入原料瓶8，通过水浴加热器7加热至预设温度后在循环泵9的带动下进入膜反应器13，在渗透压差和渗透汽化膜12作用下高浓度的甲醇水溶液在渗透汽化膜的渗透液腔汽化为气态，气态渗透物质由真空泵20的带动下进入液氮冷阱17冷凝为液态并被收集。
[0009]所述离子过滤反应器1，由耐碱性的有机玻璃制作，分为中空的上下两部分，中间由橡胶O型密封圈及离子过滤膜2将上下两部分隔离，外部由螺栓固定夹紧；
[0010]所述离子过滤膜2，由三层膜组装而成，分别为最上层的初级离子过滤膜，中层的高级离子过滤膜以及底层的多孔支撑膜，离子过滤膜2将产物中的离子产物隔绝在离子过滤反应器1上部，甲醇及水分子通过离子过滤膜进入离子过滤反应器1下部；
[0011]所述动力泵3，用于提供过滤离子后的产物溶液进入原料瓶8的动力，并控制流动速度；
[0012]所述流量计4，用于监控产物溶液流动的速率；
[0013]所述离子过滤反应器1，离子过滤膜2，动力泵3，流量计4构成离子过滤子系统。
[0014]所述水浴加热器7，用于加热原料液温度，使原料液达到适合提取的温度，增大甲醇的提取能力及通量；
[0015]所述原料瓶8，用于储存甲醇水溶液，配置有温度计5来监测原料瓶内溶液的温度及电动搅拌器6搅拌使原料瓶内溶液受热均匀温度分布一致；
[0016]所述循环泵9，用来提供原料液循环动力并控制原料液流动速度；
[0017]所述流量计10，用来监测原料液循环的流速；
[0018]所述单相球阀11，用来控制原料液循环的启闭，在原料瓶8装液及预热时保持关闭，在原料液循环时保持开启；
[0019]所述的水浴加热器7，原料瓶8，循环泵9，流量计10，单相球阀11共同构成原料液循环子系统，通过循环泵9带动低浓度的甲醇水溶液流经膜反应器13上部，原料液内的部分甲醇被提取后以更低浓度的甲醇水溶液流回离子过滤反应器1上部出口处与经过离子阻隔后的富离子溶液混合。
[0020]所述膜反应器13，由有机玻璃制作而成，分为中空的上下两个腔体，通过渗透汽化膜12在中间阻隔为原料液腔和渗透液腔两部分，外部用螺丝固定夹紧并配有橡胶O型密封圈进行密封；
[0021]所述渗透汽化膜12，为复合膜，由三层组成，表层材质为与甲醇有高亲和度及高疏水性能无孔洞的聚二甲基二乙氧基硅烷，中间层材质为多孔材质且疏水性能较好的聚偏氟乙烯，底层为机械强度高的无纺织布支撑层，渗透汽化膜12通过橡胶O型密封圈及螺丝固定在膜反应器13上下腔中间，并由金属多孔网支撑；
[0022]所述的膜反应器13，渗透汽化膜12共同构成膜反应子系统，甲醇水溶液在渗透汽
化膜12两侧压差的推动下在渗透汽化膜12内发生渗透汽化过程并以高浓度的甲醇水气体在膜反应器13的渗透液腔渗透出。
[0023]所述缓冲腔14，通过微量调节阀与大气相连用来调节渗透液腔的真空压力，并带有真空表15来监测渗透液腔的真空压力；
[0024]所述第一三通阀16和第二三通阀18，用来控制渗透液腔气体流动路线，当渗透液腔处于收集阶段时，调节第一三通阀16和第二三通阀18使气路通向液氮冷阱17，当液氮冷阱17中的收集瓶满时或达到收集时间需要更换收集瓶时，调节第一三通阀16和第二三通阀18使气路通向无液氮冷阱17的一侧；
[0025]所述液氮冷阱17，由隔热性能好的杜瓦瓶、收集瓶及低温液氮组成，收集瓶插入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于光催化还原CO2制甲醇中甲醇回收的系统，其特征在于：由离子过滤反应器(1)，离子过滤膜(2)，动力泵(3)，第一流量计(4)，温度计(5)，电动搅拌器(6)，水浴加热器(7)，原料瓶(8)，循环泵(9)，第二流量计(10)，单相球阀(11)，渗透汽化膜(12)，膜反应器(13)，缓冲腔(14)，真空表(15)，第一三通阀(16)，液氮冷阱(17)，第二三通阀(18)，干燥管(19)，真空泵(20)组成；所述离子过滤反应器(1)，离子过滤膜(2)，动力泵(3)，第一流量计(4)构成离子过滤子系统；所述的水浴加热器(7)，原料瓶(8)，循环泵(9)，第二流量计(10)，单相球阀(11)共同构成原料液循环子系统；所述的膜反应器(13)，渗透汽化膜(12)共同构成膜反应子系统；所述的缓冲腔(14)，第一三通阀(16)，液氮冷阱(17)，第二三通阀(18)，干燥管(19)，真空泵(20)共同构成渗透液收集子系统；所述离子过滤反应器(1)内部由离子过滤膜(2)分为两部分，上部为光催化产物区，下部为过滤区，过滤区出口与动力泵(3)入口连通，动力泵(3)出口与第一流量计(4)入口连通，第一流量计(4)出口与原料瓶(8)入口连通，原料瓶(8)出口与循环泵(9)入口连通，循环泵(9)出口与第二流量计(10)入口连通，第二流量计(10)出口与膜反应器(13)上部连通；膜反应器(13)由渗透汽化膜(12)分为两部，上部为原料液腔，原料液腔出口与单相球阀(11)入口连通，单相球阀(11)出口与离子过滤反应器(1)上部出口连通；膜反应器(13)下部为渗透液腔，渗透液腔出口与缓冲腔(14)入口连通，缓冲腔(14)出口与第一三通阀(16)入口连通，第一三通阀(16)一侧出口与液氮冷阱(17)入口连通，液氮冷阱(17)出口与第二三通阀(18)一侧入口连通，第一三通阀(16)另一侧出口与第二三通阀(18)另一侧入口连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓乐，刘攀峰，周屈兰，李娜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：