專利名稱：一種常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化碳回收及轉(zhuǎn)化利用方法，特別是在常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法。
背景技術(shù)：
溫室效應(yīng)是維持生命存在的自然過程，沒有溫室效應(yīng)，地表溫度將從現(xiàn)在的平均15°C降到-18°C，人類將無法居住在地球上。然而，日益頻繁的人類活動尤其是對化石燃料的依賴使二氧化碳濃度大大增加，二氧化碳占溫室氣體的55%，其中80%的二氧化碳來自于化石燃料(如煤、石油、天然氣)的燃燒，二氧化碳過量排放大大加重了溫室效應(yīng)，其后果導(dǎo)致兩極冰川融化、海平面上升與陸地淹沒、洋流變化與厄爾尼諾等自然災(zāi)害的頻發(fā)，因此溫室氣體尤其是二氧化碳減排及利用顯得尤為重要?？刂贫趸寂欧诺拇胧┲饕羞x擇環(huán)保型、可再生型能源；提高能源利用率；二氧化碳捕集；二氧化碳回收及轉(zhuǎn)化利用。其中，二氧化碳資源化利用逐漸成為研究的熱點(diǎn)問題。目前，二氧化碳資源化利用的限制因素主要包括較高的二氧化碳捕集、分離、提純和運(yùn)輸費(fèi)用；二氧化碳轉(zhuǎn)化的能源需求，如原料和共反應(yīng)物；有限的市場需求，較低的投資收益和工業(yè)上以二氧化碳為基礎(chǔ)的化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用的缺乏等。傳統(tǒng)的二氧化碳轉(zhuǎn)化利用技術(shù)大都在高溫高壓下進(jìn)行，能耗較高，操作復(fù)雜，設(shè)備運(yùn)行安全性較低；使用的催化劑及材料也都較昂貴，經(jīng)濟(jì)及運(yùn)行成本較高。因此，如何降低反應(yīng)及運(yùn)行成本、降低能耗，實(shí)現(xiàn)二氧化碳在溫和條件下的有效轉(zhuǎn)化，提高二氧化碳轉(zhuǎn)化率，是二氧化碳轉(zhuǎn)化利用問題的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種設(shè)備簡單、低運(yùn)行費(fèi)用低、易于實(shí)施的在常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法。本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的
一種常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法，其特別之處是轉(zhuǎn)化在噴淋吸收塔中進(jìn)行，將吸收劑自噴淋吸收塔上部噴下，吸收劑對由塔下部引入塔內(nèi)的煙氣進(jìn)行噴淋，實(shí)現(xiàn)二氧化碳與吸收劑的充分反應(yīng)；所述反應(yīng)在0. I 0. 15Mpa的壓力下進(jìn)行，反應(yīng)pH范圍為8 12，反應(yīng)溫度范圍為20°C 85°C ;所述吸收劑由供氫體試劑、溶劑和催化劑組成，所述供氫體試劑為氫化鋁鋰、硼氫化鈉、異丙醇或環(huán)己醇中的一種或多種混合物，吸收劑中供氫體試劑的濃度為I. 860 4. 960mol/L ;所述溶劑是甲醇、乙醇的一種或兩種與高純水的混合溶液，混合溶液中甲醇、乙醇與高純水的體積比為2:8 9:1 ;所述催化劑為二氧化鈦負(fù)載鉬配合物(PVTiO2)、鑭/鍶/三氧化二鐵配合物(La/Sr/Fe203)和釕/銥配合物(Ru/Ir)中的一種或其混合物，其相對于供氫體試劑的量為0. 01% 0. 05% (wt)。上述常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法所述吸收劑制備按下述方法進(jìn)行按配比取供氫體試劑、溶劑和催化劑，先將甲醇、乙醇中的一種或兩種與高純水混合為均勻溶液，用氫氧化鈉將溶液PH調(diào)節(jié)至8 12之間，再在室溫條件下，加入催化劑，靜置3 5分鐘，然后按比例加入供氫體，混合均勻添加到持液槽中。 上述常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法，所述噴淋吸收塔下部設(shè)有集液槽，集液槽依次與設(shè)置在塔外的反應(yīng)置換池、過濾分離設(shè)備連通，由集液槽收集的反應(yīng)液經(jīng)反應(yīng)置換、過濾分離后得到甲酸產(chǎn)品。本發(fā)明針對傳統(tǒng)二氧化碳轉(zhuǎn)化利用技術(shù)能耗偏高、操作復(fù)雜、投資運(yùn)行費(fèi)用高等問題，提出了一種在常壓(0. I 0. 15Mpa)下實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化利用的技術(shù)本發(fā)明在常壓條件下，向噴淋吸收塔中加入一定量的吸收劑，所述的吸收劑可實(shí)現(xiàn)二氧化碳的有效轉(zhuǎn)化，對于二氧化碳體積分?jǐn)?shù)為10. 69T18. 1%的模擬煙氣，二氧化碳轉(zhuǎn)化效率可達(dá)57. 96%。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明具有設(shè)備簡單，操作簡便，運(yùn)行穩(wěn)定，吸收劑利用率高，產(chǎn)物易處理，便于推廣應(yīng)用等特點(diǎn)。本發(fā)明不僅適用于大型鍋爐，而且適用于中、小型鍋爐和其它二氧化碳資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I是本發(fā)明圖I是本發(fā)明方法的工藝流程簡圖。圖中標(biāo)號含義如下1.噴淋吸收塔；1-1.集液槽；2.增壓風(fēng)機(jī)；3.煙囪；4.除霧器；5.循環(huán)泵；6.漿液泵；7.持液槽；8.反應(yīng)置換池；9.過濾分離裝置。
具體實(shí)施例方式參看圖1，本發(fā)明利用噴淋吸收塔1，由循環(huán)泵5、漿液泵6分別將塔下部集液槽1-1和塔外持液槽7中的吸收劑泵入塔上部，對由增壓風(fēng)機(jī)2自塔下部引入塔內(nèi)的煙氣進(jìn)行噴淋，煙氣在上行過程中，其含有的二氧化碳與吸收劑充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)常壓下(0. I
0.15Mpa)，pH范圍為8 12，反應(yīng)溫度為20°C 85°C條件下二氧化碳與吸收劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲酸的過程。經(jīng)過反應(yīng)凈化的煙氣經(jīng)除霧器4、塔頂部煙氣出口、煙囪3排出。上述反應(yīng)過程以催化轉(zhuǎn)移氫化等相關(guān)機(jī)理為指導(dǎo)，在催化劑存在條件下，實(shí)現(xiàn)吸收劑試劑即供氫體對二氧化碳的加氫轉(zhuǎn)化，并最終生成甲酸等產(chǎn)物。所述供氫體包括氫化鋁鋰LiAlH4、硼氫化鈉NaBH4、異丙醇CH3-CHOH-CH3及環(huán)己醇，反應(yīng)機(jī)理分別如下
C02+LiAlH4+3H20 — HC00Li+Al (OH) 3+3H22C02+2NaBH4 — 2HC00Na+B2H6C02+CH3-CH0H-CH3 — HCOOH+CH3-CO-CH3 (丙酮)
C02+C6Hn0H (環(huán)己醇)一HC00H+C6H1(i0 (環(huán)己酮)。定期對噴淋吸收塔底部集液槽1-1中的積液抽入反應(yīng)置換池8，再經(jīng)過濾分離裝置9對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行回收，具體方法如下當(dāng)以異丙醇或環(huán)乙醇作為供氫體時(shí)，采用離心、過濾設(shè)備對反應(yīng)置換池中的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，在56. 05°C 100°C范圍內(nèi)對液體進(jìn)行蒸餾、提純得到甲酸鈉；當(dāng)氫化鋁鋰或硼氫化鈉作為供氫體時(shí)，離心、過濾之后需加水溶解固體產(chǎn)物，在100°C經(jīng)蒸餾、分離、干燥得到有機(jī)酸鈉固體產(chǎn)品。本發(fā)明所述吸收劑由供氫體試劑、溶劑和催化劑組成，其中供氫體試劑為氫化鋁鋰、硼氫化鈉、異丙醇或環(huán)己醇中的一種或多種混合物，吸收劑中供氫體試劑的濃度為
1.860 4. 960mol/L ;所述溶劑是甲醇、乙醇的一種或兩種與高純水的混合溶液，混合溶液中甲醇、乙醇與高純水的體積比為2:8 9:1 ;所述催化劑為Pt/TiO2、La/Sr/Fe2O3和Ru/Ir的一種或多種混合物，催化劑相對于供氫體試劑的量為0. 01% 0. 05% (wt)。上述吸收劑制備按下述方法進(jìn)行按配比取供氫體試劑、溶劑和催化劑，先將甲醇、乙醇中一種或兩種與高純水混合為均勻溶液，用氫氧化鈉將溶液PH調(diào)節(jié)至8 12之間，再在室溫條件下，力口入催化劑，靜置3 5分鐘，然后按比例加入供氫體試劑，混合均勻添加到持液槽中。試驗(yàn)表明當(dāng)吸收劑按照如下條件配制以體積比為乙醇超純水=4:6配制溶齊U ;以硼氫化鈉為供氫體，供氫體mol/L為3. 053 ;以Ti02+Fe203+Ir為催化劑，其中TiO2:Fe2O3: Ir為2:4:4，催化劑相對于供氫體試劑的量為0. 03% 0. 05% (wt)，吸收劑對煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化效率可達(dá)57. 96%。吸收劑用量與煙氣中二氧化碳含量關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)化在噴淋吸收塔中進(jìn)行，將吸收劑自噴淋吸收塔上部噴下，吸收劑對由塔下部引入塔內(nèi)的煙氣進(jìn)行噴淋，實(shí)現(xiàn)二氧化碳與吸收劑的充分反應(yīng)，所述反應(yīng)在0. I 0. 15Mpa的壓力下進(jìn)行，反應(yīng)pH 范圍為8 12，反應(yīng)溫度范圍為20°C 85°C ;所述吸收劑由供氫體試劑、溶劑和催化劑組成，所述供氫體試劑為氫化鋁鋰、硼氫化鈉、異丙醇或環(huán)己醇中的一種或多種混合物，吸收劑中供氫體試劑的濃度為I. 860 4. 960mol/L ;所述溶劑是甲醇、乙醇的一種或兩種與高純水的混合溶液，混合溶液中甲醇、乙醇與高純水的體積比為2:8 9:1 ;所述催化劑為二氧化鈦負(fù)載鉬配合物、鑭/鍶/三氧化二鐵配合物和釕/銥配合物中的一種或其混合物，其相對于供氫體試劑的量為0. 01% 0. 05% (wt)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法，其特征在于 所述吸收劑制備按下述方法進(jìn)行按配比取供氫體試劑、溶劑和催化劑，先將甲醇、乙醇中的一種或兩種與高純水混合為均勻溶液，用氫氧化鈉將溶液PH調(diào)節(jié)至8 12之間，再在室溫條件下，加入催化劑，靜置3 5分鐘，然后按比例加入供氫體，混合均勻添加到持液槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法，其特征在于 所述噴淋吸收塔下部設(shè)有集液槽，集液槽依次與設(shè)置在塔外的反應(yīng)置換池、過濾分離設(shè)備連通，由集液槽收集的反應(yīng)液經(jīng)反應(yīng)置換、過濾分離后得到甲酸產(chǎn)品。
全文摘要
一種常壓下將煙氣中二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的方法，用于解決二氧化碳資源化利用問題。所述方法將吸收劑自噴淋吸收塔上部噴下，對由塔下部引入塔內(nèi)的煙氣進(jìn)行噴淋，實(shí)現(xiàn)二氧化碳與吸收劑的充分反應(yīng)，所述反應(yīng)在0.1～0.15Mpa的壓力下進(jìn)行，反應(yīng)pH范圍為8～12，反應(yīng)溫度范圍為20℃～85℃；所述吸收劑由供氫體試劑、溶劑和催化劑組成。所述方法具有設(shè)備簡單，操作簡便，運(yùn)行穩(wěn)定，吸收劑利用率高，產(chǎn)物易處理，便于推廣應(yīng)用等特點(diǎn)。本發(fā)明不僅適用于大型鍋爐，而且適用于中、小型鍋爐和其它二氧化碳資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C07C53/02GK102614769SQ20121005513
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月5日
發(fā)明者張自麗, 趙毅 申請人:華北電力大學(xué)(保定)