左右，然后和氫氣換熱，將溫度進一步冷卻，甲烷化反應器出口 H2的轉(zhuǎn)化率為95.4%。
[0059]實施例2
[0060]用離子液體作為吸收劑，通過連續(xù)或間歇操作富集CO2，然后解吸；通過調(diào)節(jié)H2的流量控制氫氣和CO2的摩爾比為3.5:1。在甲烷化反應器內(nèi)裝填浸潰法制得的Ru/CeasZra2O2催化劑，催化劑起燃溫度120°C。反應壓力為1.7atm，原料氣在反應器內(nèi)經(jīng)過一次預熱和二次預熱，進入催化劑I的入口溫度高于起燃溫度；在反應床層發(fā)生甲烷化反應放出熱量，熱量被及時移除用于預熱原料氣，催化劑I床層出口溫度為450°C ;經(jīng)過空冷換熱器冷卻至160°C左右，進入催化劑II繼續(xù)進行甲烷化反應，反應器二段甲烷化床層(催化劑II)溫度在260°C左右，然后和氫氣換熱，將溫度進一步冷卻，甲烷化反應器出口 H2的轉(zhuǎn)化率大于98%。
[0061]實施例3
[0062]用醇醚類作為吸收劑，通過連續(xù)或間歇操作富集CO2，然后解吸；通過調(diào)節(jié)H2的流量控制氫氣和CO2的摩爾比為3:1。在甲烷化反應器內(nèi)裝填Co3O4-Al2O3共沉淀甲烷化催化劑，催化劑起燃溫度300°C。反應壓力為6atm，原料氣在反應器內(nèi)經(jīng)過一次預熱和二次預熱，進入催化劑I的入口溫度高于300°C ;在反應床層發(fā)生甲烷化反應放出熱量，熱量被及時移除用于預熱原料氣，催化劑I床層出口溫度為650°C ;經(jīng)過空冷換熱器冷卻至300°C左右，進入催化劑II繼續(xù)進行甲烷化反應，反應器二段甲烷化床層(催化劑II)溫度在350°C左右，然后和氫氣換熱，將溫度進一步冷卻，甲烷化反應器出口 H2的轉(zhuǎn)化率為98%。
[0063]實施例4
[0064]用酮類作為吸收劑，通過連續(xù)或間歇操作富集CO2，然后解吸；通過調(diào)節(jié)氏的流量控制氫氣和CO2的摩爾比為4:1。在甲烷化反應器內(nèi)裝填Rh/CeasZra202催化劑，催化劑起燃溫度160°C。反應壓力為1.1atm,原料氣在反應器內(nèi)經(jīng)過一次預熱和二次預熱，進入催化劑I的入口溫度高于160°C ;在反應床層發(fā)生甲烷化反應放出熱量，熱量被及時移除用于預熱原料氣，催化劑I床層出口溫度為400°C;經(jīng)過空冷換熱器冷卻至180°C左右，進入催化劑II繼續(xù)進行甲烷化反應，反應器二段甲烷化床層(催化劑II)溫度在300°C左右，然后和氫氣換熱，將溫度進一步冷卻，甲烷化反應器出口 H2的轉(zhuǎn)化率為94.4%。
[0065]實施例5
[0066]用醚類作為吸收劑，通過連續(xù)或間歇操作富集CO2，然后解吸；通過調(diào)節(jié)氏的流量控制氫氣和CO2的摩爾比為5:1。在甲烷化反應器內(nèi)，催化劑I裝填N1-Fe2O3-Al2O3共沉淀甲烷化催化劑，催化劑II裝填Ru-Rh-Pd/CeasZra202，催化劑I起燃溫度280°C。反應壓力為3atm，原料氣在反應器內(nèi)經(jīng)過一次預熱和二次預熱，進入催化劑I的入口溫度高于280°C;在反應床層發(fā)生甲烷化反應放出熱量，熱量被及時移除用于預熱原料氣，催化劑I床層出口溫度為600°C ;經(jīng)過空冷換熱器冷卻至230°C左右(催化劑II起燃溫度220°C )，進入催化劑II繼續(xù)進行甲烷化反應，反應器二段甲烷化床層(催化劑II)溫度在400°C左右， 然后和氫氣換熱，將溫度進一步冷卻，甲烷化反應器出口 H2的轉(zhuǎn)化率為80.4%。
【主權項】
1.一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于由CO2微通道富集器、CO2微通道解吸器、CO2加氫甲烷化反應器、吸收液循環(huán)泵、氣體引風機或真空泵及啟動電加熱器組成；密閉空間內(nèi)的氣體首先通過引風機、壓縮機或鼓風機進入CO2微通道富集器，與吸收液循環(huán)泵供入的吸收液接觸，進行連續(xù)或間歇性富集；富集CO2的富液進入CO2微通道解吸器，經(jīng)加熱解吸；解吸出的CO2和H2混合，進入CO2加氫甲烷化反應器，發(fā)生甲烷化反應將CO2轉(zhuǎn)化為 ch4。2.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述的CO2微通道富集器由多個氣體分布腔和吸收腔構(gòu)成，而且它們交替布置，中間用多孔氣體分布板連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述的CO2微通道解吸器由多個解吸腔和氫氣預熱腔構(gòu)成，它們交替布置，被預熱的氫氣首先進入氫氣預熱腔，預熱富液，然后和富液接觸將解吸的CO2帶走。4.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述的CO2加氫甲烷化反應器由原料氣一次預熱腔、二段甲烷化反應腔、原料氣二次預熱腔、一段甲烷化反應腔、氫氣預熱腔以及空冷換熱器構(gòu)成，氣體按步驟通過不同的腔，進行預換熱、反應和熱量回收，出口產(chǎn)品氣中CO2濃度達到脫除標準。5.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述甲烷化反應熱用于原料氣預熱、吸收液解吸，多余的熱量通過空冷換熱器移除；甲烷化反應過程中生成的水用于電解為密閉空間提供氧氣和甲烷化反應提供H2 ；C02富集過程和甲烷化反應、熱量移除高度集成在一個系統(tǒng)內(nèi)，既節(jié)省空間又減輕重量。6.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述的空冷換熱器為板翅或管翅結(jié)構(gòu)，熱流體在管程，空冷空氣在殼程。7.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述氣-液或氣-氣在交替通道內(nèi)的流動方式為逆流、并流或錯流。8.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述甲烷化反應器、微通道接觸器、解吸器以及空冷換熱器，其特征在于其為多腔長方體或多腔套筒圓柱形結(jié)構(gòu)；所述多腔長方體或套筒圓柱體結(jié)構(gòu)流體通道為百葉窗、鋸齒或波紋型等結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權利要求1所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于所述系統(tǒng)的啟動是通過內(nèi)置或外置于反應器內(nèi)的U型管、波紋片管或翅片管等結(jié)構(gòu)的電加熱器來實現(xiàn)；10.一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化方法，采用上述密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于按照以下步驟進行: 采用用吸收液，通過連續(xù)或間歇操作富集CO2，然后解吸；通過調(diào)節(jié)4的流量控制氫氣和CO2的摩爾比為3.0?5.0 ;在甲烷化反應器，一段甲烷化反應腔和二段甲烷化反應腔內(nèi)裝填甲烷化催化劑I和/或催化劑II，催化劑起燃溫度100-300°c，反應壓力為I?6atm,原料氣在反應器內(nèi)經(jīng)過一次預熱和二次預熱，進入一段甲烷化反應腔的入口溫度達到催化劑起燃溫度，一段甲烷化床層出口溫度為400-650°C ;經(jīng)過空冷換熱器冷卻至100-30(TC左右，進入二段甲烷化反應腔繼續(xù)進行甲烷化反應，反應器二段甲烷化床層溫度在150-400°C，然后和氫氣換熱，將溫度進一步冷卻，甲烷化反應器出口 H2的轉(zhuǎn)化率為80-98%。11.根據(jù)權利要求10所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化方法，其特征在于所述的吸收液為胺類、醇胺類、醚類、醇類、酮類、酯類、醇醚類以及離子液體CO2吸收劑中的一種或幾種的組合。12.根據(jù)權利要求10所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化方法，其特征在于所述的甲烷化催化劑I為:以N1、Fe、Co等一種或幾種為活性組分的金屬氧化物催化劑。13.根據(jù)權利要求10所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化方法，其特征在于所述的甲烷催化劑II為:以Ru、Rh、Pt、Pd等一種或幾種為活性組分的貴金屬催化劑。14.如權利要求10所述的一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化方法，其特征在于所述的甲烷催化劑為顆粒或整體結(jié)構(gòu)催化劑或以陶瓷纖維、金屬纖維等多孔材料為載體的催化劑或?qū)⒒钚越M分壁載在流體通道表面。
【專利摘要】本發(fā)明一種密閉空間內(nèi)CO2富集與轉(zhuǎn)化設備及方法屬航天催化技術領域。該裝置由CO2微通道富集器、CO2微通道解吸器、CO2加氫甲烷化反應器、吸收液循環(huán)泵、氣體引風機或真空泵及啟動電加熱器組成。該方法采用用吸收液，通過連續(xù)或間歇操作富集CO2，然后解吸；通過調(diào)節(jié)H2的流量控制氫氣和CO2的摩爾比；在甲烷化反應器內(nèi)裝填甲烷化催化劑I和催化劑II,原料氣在反應器內(nèi)經(jīng)過一次預熱和二次預熱，進行甲烷化反應。本發(fā)明能夠有效控制密閉空間內(nèi)的CO2含量，并為電解制氧提供水；該CO2富集及甲烷化設備結(jié)構(gòu)緊湊，集CO2富集和甲烷化反應于一體，提高了系統(tǒng)的集成度，節(jié)省了空間，降低了系統(tǒng)重量。
【IPC分類】C07C1/12, B01D53/18, C07C9/04
【公開號】CN105561739
【申請?zhí)枴緾N201410532612
【發(fā)明人】王勝, 王樹東
【申請人】中國科學院大連化學物理研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月11日