【技术实现步骤摘要】
本公开涉及二氧化碳捕获领域，具体地，涉及一种空心管式二氧化碳催化还原加氢反应的系统和方法。
技术介绍
1、化石燃料的广泛应用导致大量二氧化碳气体排放，温室效应加剧，严重影响全球气候。如何有效降低二氧化碳浓度成为人们关注的焦点。现有技术中，通常采用光催化还原的方法有效利用二氧化碳，该方法将捕集的二氧化碳和可再生能源(太阳能、风能、生物质等)发电驱动的电解水制备的氢气在光催化剂的催化下转化为能源化合物。然而现有技术中光催化还原反应使用的光催化反应系统存在反应路径通道单一、光利用低、催化剂与加氢反应物料的总表面积小以及反应条件不灵活等缺点，进而对光催化反应的效率和质量都有一定影响。
技术实现思路
1、本公开的目的是提供一种空心管式二氧化碳催化还原加氢反应的系统和方法，以解决现有技术中存在的反应路径通道单一、光利用低、催化剂比表面积小以及反应条件不灵活的问题。
2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种空心管式二氧化碳催化还原加氢反应的系统，该系统包括气体掺混器、光催化反应器、风机、液体收集器和气体收集器；所述光催化反应器包括整体呈圆筒结构的壳体、温度调节层、漫反射层、催化剂涂层光纤组和可调波长光源；所述壳体内部自上而下依次设有进料室、反应室和出料室；所述温度调节层包覆于所述反应室的外侧；所述漫反射层、所述催化剂涂层光纤组和所述可调波长光源由外至内依次设置在所述反应室内部；所述催化剂涂层光纤组包括多个催化剂涂层光纤，所述催化剂涂层光纤为内壁附着光催化剂的空心管；所述空心管的一
3、可选地，所述漫反射层设置在所述温度调节层的内壁上；所述可调波长光源沿轴向设置在所述反应室的内部，优选与所述反应室同轴设置；所述可调波长光源与所述壳体同轴设置。
4、可选地，所述催化剂涂层光纤沿轴向设置在所述反应室的内部；所述催化剂涂层光纤的侧壁上设有多个反射凹槽；所述反射凹槽的宽度与所述催化剂涂层光纤的长度的比值为(0.05～0.2)：1。
5、可选地，多个所述催化剂涂层光纤平行设置，多个所述催化剂涂层光纤在垂直于轴向的平面上沿同一圆周间隔布置；所述催化剂涂层光纤的长度与所述壳体的高度之比为(0.6～0.8)：1；所述催化剂涂层光纤的内径为1～10mm。
6、可选地，所述可调波长光源包括氙灯光源、qth可调石英卤素灯光源、氘灯光源和卤钨灯光源中的一种或几种。
7、可选地，该系统还包括控制单元以及设置在所述光催化反应器的进料口处的二氧化碳浓度检测器；所述控制单元分别与所述二氧化碳浓度检测器、所述可调波长光源和所述温度调节层电连接，用于接受所述二氧化碳浓度检测器的浓度信号，并根据该信号调节所述可调波长光源和/或所述温度调节层的输入功率。
8、本公开第二方面采用第一方面所述的系统进行二氧化碳催化还原加氢反应的方法，该方法包括：使二氧化碳和氢气经气体掺混器混合后，得到加氢反应物料；使所述加氢反应物料进入光催化反应器的催化剂涂层光纤组与光催化剂接触进行加氢反应，得到加氢反应产物；使所述加氢反应产物在风机的作用下进入液体收集器进行气液分离，得到液相产物和分离气相；当所述分离气相中的二氧化碳浓度小于收集阈值时，使所述分离气相进入所述气体收集器；当所述分离气相中的二氧化碳浓度大于收集阈值时，使所述分离气相返回所述光催化反应器继续反应，直至分离气相中的二氧化碳的含量小于收集阈值时，使所述分离气相进入所述气体收集器；所述收集阈值为10～30体积％。
9、可选地，所述加氢反应的条件包括：反应温度为50～100℃，反应物停留时间为5～10s，可调波长光源的光辐照强度为20～200w/m2。
10、可选地，所述光催化剂包括二氧化钛颗粒、氧化锌颗粒和氧化锡颗粒中的一种或几种。
11、可选地，该方法还包括，当所述加氢反应物料中的二氧化碳浓度小于第一阈值时，提升加氢反应的反应温度和/或加氢反应的光辐照强度；所述第一阈值为28～33体积％；当所述加氢反应物料中的二氧化碳浓度大于第二阈值时，降低加氢反应的反应温度和/或加氢反应的光辐照强度；所述第二阈值为20～25体积％。
12、通过上述技术方案，温度调节层与壳体的顶部之间形成进料室，所述温度调节层与所述壳体的底部之间形成出料室，并且，使进料室和出料室之间仅通过多个内壁附着光催化剂的空心管状的催化剂涂层光纤连通，使加氢反应物料经进料室缓冲后进入多个催化剂涂层光纤中与催化剂接触进行加氢反应，能够在提升加氢反应物料与催化剂接触的总表面积的同时，提升加氢反应物料在光催化剂反应器中的停留时间，进而提升二氧化碳的加氢反应效果。并且，在光催化剂反应器中设置漫反射层，能够让光线在一个相对较小的封闭空间内不断反射，可以显著提高光的利用率，相应的提高光催化反应的效率和效果。另外，根据分离气相中二氧化碳的浓度，灵活的调节分离气相流向气体收集器或光催化反应器，能够提升二氧化碳的转化率。
13、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种空心管式二氧化碳催化还原加氢反应的系统，其特征在于，该系统包括气体掺混器(1)、光催化反应器(2)、风机(3)、液体收集器(4)和气体收集器(5)；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述漫反射层(22)设置在所述温度调节层(21)的内壁上；
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂涂层光纤(23)沿轴向设置在所述反应室的内部；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，多个所述催化剂涂层光纤(23)平行设置，多个所述催化剂涂层光纤(23)在垂直于轴向的平面上沿同一圆周间隔布置；
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调波长光源(24)包括氙灯光源、QTH可调石英卤素灯光源、氘灯光源和卤钨灯光源中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括控制单元(9)以及设置在所述光催化反应器(2)的进料口处的二氧化碳浓度检测器；
7.一种采用权利要求1～6中任意一项所述的系统进行二氧化碳催化还原加氢反应的方法，其特征在于，该方法包括：
8.根据权
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光催化剂包括二氧化钛颗粒、氧化锌颗粒和氧化锡颗粒中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法还包括，当所述加氢反应物料中的二氧化碳浓度小于第一阈值时，提升加氢反应的反应温度和/或加氢反应的光辐照强度；所述第一阈值为28～33体积％；
...【技术特征摘要】
1.一种空心管式二氧化碳催化还原加氢反应的系统，其特征在于，该系统包括气体掺混器(1)、光催化反应器(2)、风机(3)、液体收集器(4)和气体收集器(5)；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述漫反射层(22)设置在所述温度调节层(21)的内壁上；
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂涂层光纤(23)沿轴向设置在所述反应室的内部；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，多个所述催化剂涂层光纤(23)平行设置，多个所述催化剂涂层光纤(23)在垂直于轴向的平面上沿同一圆周间隔布置；
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调波长光源(24)包括氙灯光源、qth可调石英卤素灯光源、氘灯光源和卤钨灯光源中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的系...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱江涛，顾永正，刘永平，寻志伟，李严，王贵文，赵光深，郝黎明，高云芳，李水飞，黄艳，高腾飞，徐冬，
申请(专利权)人：国能锦界能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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