本发明专利技术实施例提供了一种钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料方法及装置，其中，该方法包括：将四氧化三钴加热至第一温度发生热解，生成氧化亚钴与氧气；将生成的所受氧化亚钴与碳酸盐混合，在第二温度条件下，发生反应，生成钴酸盐和一氧化碳；向钴酸盐和一氧化碳的反应体系通入二氧化碳，在第三温度条件下，反应体系中的一氧化碳和二氧化碳与钴酸盐发生反应，产生四氧化三钴和碳酸盐；利用生成的四氧化三钴和碳酸盐重复上述步骤，形成循环反应。该方法有效解决了传统热化学分解CO2中存在的温度过高问题，工艺流程简单，无需反应物的转移，简化了操作，反应体系不包含腐蚀性物质和相变过程，对系统设备要求低，稳定性好，制取CO燃料效果稳定。制取CO燃料效果稳定。制取CO燃料效果稳定。
【技术实现步骤摘要】
钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料方法及装置
[0001]本专利技术涉及二氧化碳资源化利用与燃料制备
，尤其涉及一种钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料方法及装置。
技术介绍
[0002]随着经济发展与社会进步，化石能源的消耗不断增加，而在双碳目标提出的今天，化石能源的应用带来的环境污染问题逐渐受到重视，清洁能源的发展得到了前所未有的关注，同时，面对巨大的节能减排压力，如何实现新型能源、化工产品的制备与温室气体控制之间的协同尤为重要。通过有效的技术手段实现二氧化碳的资源化利用，将温室气体转化为可利用的燃料或高附加值的化工产品，便是解决该问题的有效途径。
[0003]热解二氧化碳制备一氧化碳燃料气，是二氧化碳资源化利用的重要组成部分。然而常规方法直接热解二氧化碳，存在诸多问题，如超高的反应温度(>3000℃)、所产生的一氧化碳产物与氧气产物混合不易分离，由此导致的危险系数高，安全性能较差，系统稳定性差与整体能耗高等缺陷。为此，通过引入循环载氧体作为媒介，将常规的单步热解反应拆分为两步甚至多步反应，通过载氧体的氧化、还原反应实现了反应温度的降低，进而解决常规直接热解所存在的众多问题。
[0004]然而，目前常见的两步法高温热解二氧化碳最高反应温度接近1500℃，在循环过程中反应器与循环载氧体的使用寿命与运行稳定性受到较大考验，同时为了将反应维持在设定温度，并且促进反应的转化，常规两步法需要为反应提供低氧分压环境，需要配合真空泵抽气与惰性气体吹扫，又进一步增加了系统的功耗。为此，提出一种能耗更低，技术经济性更好，循环性能更佳的多步法分解二氧化碳制一氧化碳方法迫在眉睫。
技术实现思路
[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料方法及装置，以解决现有反应温度高、载氧体循环性能差、系统整体能耗高、安全性较差的难题。
[0006]本专利技术的一个方面提供了一种钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料方法，包括：将四氧化三钴加热至第一温度发生热解，生成氧化亚钴与氧气；将生成的所受氧化亚钴与碳酸盐混合，在第二温度条件下，发生反应，生成钴酸盐和一氧化碳；向所述钴酸盐和所述一氧化碳的反应体系中通入二氧化碳，在第三温度条件下，反应体系中一氧化碳和所述二氧化碳与所述钴酸盐发生反应，产生所述四氧化三钴和所述碳酸盐；利用生成的所述四氧化三钴和所述碳酸盐重复上述步骤，形成循环反应。
[0007]根据本公开的实施例，所述第一温度为850
‑
950℃，所述第二温度为750
‑
850℃，所述第三温度为500
‑
700℃。
[0008]根据本公开的实施例，产生所述四氧化三钴和所述碳酸盐后，所述方法包括：冷却所述第三温度下产生的所述四氧化三钴和所述碳酸盐；将所述四氧化三钴和所述碳酸盐分
离，实现反应原料循环再生。
[0009]根据本公开的实施例，还包括：冷却并收集所述一氧化碳的剩余部分。
[0010]根据本公开的实施例，还包括：冷却并收集所述氧气。
[0011]根据本公开的实施例，该方法的总反应方程式为CO2→
CO+0.5O2。
[0012]本公开另一方面提供了一种钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料装置，包括：热解释氧反应器，用于将四氧化三钴加热至第一温度发生热解，生成氧化亚钴与氧气；一氧化碳制取反应器，用于将生成的所受氧化亚钴与碳酸盐混合，在第二温度条件下，发生反应，生成钴酸盐和一氧化碳；循环再生反应器，用于向所述钴酸盐和所述一氧化碳的反应体系中通入二氧化碳，在第三温度条件下，反应体系中所述一氧化碳和所述二氧化碳与所述钴酸盐发生反应，产生所述四氧化三钴和所述碳酸盐；循环反应模块，用于利用生成的所述四氧化三钴和所述碳酸盐重复上述步骤，形成循环反应。
[0013]根据本公开的实施例，还包括：第一冷却器，用于冷却所述氧气。
[0014]根据本公开的实施例，还包括：第二冷却器，用于冷却所述一氧化碳，将所述一氧化碳的一部分输入所述循环再生反应器，将所述一氧化碳的剩余部分输出收集。
[0015]根据本公开的实施例，还包括：第三冷却器，用于冷却所述第三温度下产生的所述四氧化三钴和所述碳酸盐；固相分离器，用于将所述四氧化三钴和所述碳酸盐分离，实现反应原料循环再生。
[0016]在本专利技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0017]本专利技术提供了一种钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料方法及装置，相较于传统单一种类循环体系，创新性的提出了通过钴氧化物和碳酸盐耦合的新型循环体系，循环反应所涉及的反应物性质稳定；
[0018]该方法及装置能实现高纯度氧气和燃料气的分步产生，节省了整体工艺上气体分离提纯的所需能耗；
[0019]该方法及装置整体反应温度较低，有效缓解、避免了传统热化学循环中出现的反应温度过高而引发的反应器、循环载体寿命缩短及稳定性差，能量损耗大的问题；
[0020]该方法第三步反应所消耗的一氧化碳(CO)可来自第二步中部分未及时脱离体系的一氧化碳产物，原则上该方法可实现二氧化碳作为循环系统的唯一物质输入，极大提高了原子利用率；
[0021]该方法的总反应为二氧化碳分解制燃料气，实现了二氧化碳的资源化利用与零排放制备燃料，利于节能减排；通过耦合其他可再生能源作为系统能源输入，能够进一步提高系统的整体节能性。
附图说明
[0022]为了更完整地理解本专利技术及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0023]图1为本专利技术实施例一的钴氧化物与碳酸钠热化学三步法循环分解CO2制CO方法工艺流程图。
[0024]图2为本专利技术实施例二的钴氧化物与碳酸钾热化学三步法循环分解CO2制CO方法工艺流程图。
[0025]图3为本专利技术实施例三的钴氧化物与碳酸钠聚光太阳能热化学三步法循环分解
CO2制CO方法工艺流程图。
具体实施方式
[0026]以下，将参照附图来描述本专利技术的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0027]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0028]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0029]本专利技术公开的一种钴本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钴氧化物与碳酸盐多步法热化学循环制燃料方法，其特征在于，包括：将四氧化三钴加热至第一温度发生热解，生成氧化亚钴与氧气；将生成的所受氧化亚钴与碳酸盐混合，在第二温度条件下，发生反应，生成钴酸盐和一氧化碳；向所述钴酸盐和所述一氧化碳的反应体系中通入二氧化碳，在第三温度条件下，反应体系中一氧化碳中和所述二氧化碳与所述钴酸盐发生反应，产生所述四氧化三钴和所述碳酸盐；利用生成的所述四氧化三钴和所述碳酸盐重复上述步骤，形成循环反应。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度为850
‑
950℃，所述第二温度为750
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850℃，所述第三温度为500
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700℃。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述四氧化三钴和所述碳酸盐后，所述方法包括：冷却所述第三温度下产生的所述四氧化三钴和所述碳酸盐；将所述四氧化三钴和所述碳酸盐分离，实现反应原料循环再生。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：冷却并收集所述一氧化碳的剩余部分。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：冷却并收集所述氧气。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的总反应方程式为CO2...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘启斌，焦钒，龙怡彪，杨时颖，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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