專利名稱：二氧化碳和水反應合成甲醇工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬領(lǐng)域是二氧化碳與水反應合成甲醇工藝及裝置。
利用二氧化碳和水反應合成甲醇，開發(fā)未來燃料及化工原料的競爭十分激烈。目前，利用二氧化碳和水反應合成甲醇的工藝及裝置都在探索階段，世界上只有美國、日本、英國、蘇聯(lián)等國家開展此項研究，實驗室中都取得了一定的成果。特別是美國的芝加哥氣體研究所，他們應用釕及砷化鎵作電極，利用電催化效應使水和二氧化碳反應合成甲醇。雖然，他們?nèi)〉幂^好的效果，但還有許多不足一是電極材料價格昂貴，表面活性不易控制，二是產(chǎn)率不易控制，反應速度較慢。國內(nèi)，目前只進行過理論研究和分析。
參考資料“世界發(fā)明”86年12期“燃料化工學報”88年1期US4067795，US4565831，US4476249，GB2140801。
本發(fā)明的目的是選擇容易得到的電極材料及催化劑，通過電催化、超聲波等多種物理、化學效應，來加快反應速度，降低反應壓力，提高工藝控制的可靠性。
本發(fā)明的原理二氧化碳氣體加壓溶于水，形成少量碳酸和氣水混合體，使水中含有大量的微粒氣泡。水中還含有大量的粉末碳粒和少量的助劑。氣水混合體通過反應電極及催化劑層時，發(fā)生化學反應合成甲醇，其反應式
在水中的二氧化碳和助劑存在下，超聲波的強空化效應，使水也分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，同時使催化劑上的反應物快速脫離催化劑。
鎳基催化劑在電流的存在下，其表面活性很高，使水分解，同時，吸附氫氣和一氧化碳、二氧化碳生成甲醇，特別是水中的水合離子，它具有很強的還原性、它可加快水的分解和甲醇的合成。綜合利用各種物理的、化學的效應，使二氧化碳和水反應快速合成甲醇。
按此原理在實驗室中得到證明原理是可行的，實驗室中得到了約95%-100%的甲醇，反應條件催化劑鎳基催化劑、電流25-50mA/cm2，壓力7-25kg/cm2、瓶裝二氧化碳、助劑硫酸鈉，溫度小于200℃。
結(jié)構(gòu)簡圖中1-第一反應電極及催化劑層，2-第二反應電極及催化劑層，3-第三反應電極及催化劑層，4-第四反應電極及催化劑層、5-超聲波發(fā)生器、6-熱電偶、7-熱電偶、8-殼體、9-壓力表。
本發(fā)明的基本工藝流程
其中的氣體清洗是指二氧化碳氣體壓縮前需清洗精制。
使用的催化劑成分Ni 15-35%、Fe 20-35%、Cu 10-25%、Zn 10-20%、O25-10%，Ti、Co少量、稀土元素15-25%、AL 5-10%。
此工藝流程的工作過程是將凈化后的二氧化碳氣體加壓7-25kg/cm2與水混合進入反應器。氣水混合物通過第一反應電極及催化劑層，發(fā)生氧化還原反應生成氧離子，氧離子和碳粒反應生成一氧化碳，同時，碳粒與水反應生成氫離子和一氧化碳;第二反應電極及催化劑層的使水分解生成氫離子，水合離子，氫離子與一氧化碳、二氧化碳在電極及催化劑表面合成甲醇。同理，第三，第四反應電極及催化劑層也產(chǎn)生氫離子，水合離子，氫離子與二氧化碳，一氧化碳反應生成甲醇。電極及催化劑得到的電流是50-100mA/cm2，溫度小于200℃。
同時，超聲波空化效應，使反應物快速脫離催化劑表面，也使水分解，此時超聲波的頻率是50-500KHZ。超聲波的空化效應提高了催化劑的活性，加速了反應速度。
反應器中，超聲波發(fā)生器5置于電極及催化劑層1、2與電極及催化劑層3、4之間，熱電偶6置于電極及催化劑層1、2之間，熱電偶7于電極及催化劑3、4之間。
此工藝流程簡單，反應器制造容易，反應壓力低，且操作控制容易。使用的二氧化碳氣體可以從水泥廠、化肥廠、火力發(fā)電站等有二氧化碳的地方提取，利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇，即解決了環(huán)境污染問題，又解決了化工原料的緊張。采用此工藝流程生產(chǎn)成本很低，設備投資少，建設周期短，經(jīng)濟效果好。
權(quán)利要求
1.一種二氧化碳和水合成甲醇工藝及裝置，其特征是反應裝置內(nèi)有超聲波發(fā)生器，四組電極及催化劑，反應所用壓力7-25kg/cm2，溫度小于200℃。
2.根據(jù)權(quán)力要求1，所述一種二氧化碳和水合成甲醇工藝及裝置，其特征是催化劑與電極接觸，并向催化劑供電，催化劑成分為Ni15-35%、Fe20-35%，Cu10-20%，Zn10-15%。稀土元素15-25%，AL5-10%，O25-10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，所述一種二氧化碳和水合成甲醇工藝及裝置，其特征是超聲波發(fā)生器置于兩個反應電極及催化劑層之間，其頻率50-500KHZ，
4.根據(jù)權(quán)利要求1，所述一種二氧化碳和水合成甲醇工藝及裝置，其特征是提供給電極及催化劑的電流是25-100mA/cm2。
全文摘要
本發(fā)明所涉及的領(lǐng)域是二氧化碳和水反應合成甲醇工藝及反應裝置。
此工藝利用二氧化碳和水混合進入反應器，在鎳基催化劑、水合離子、超聲波及電場等的物理、化學效應作用下合成甲醇。其特點是反應壓力低，產(chǎn)率高，催化劑及電極材料是常規(guī)材料，生產(chǎn)工藝控制容易。
文檔編號C07C31/04GK1039014SQ8810384
公開日1990年1月24日 申請日期1988年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月30日
發(fā)明者賴志勤 申請人:賴志勤