[发明专利]固定床反应评价装置以及焦炭和/或石油焦催化还原二氧化碳的方法

说明书

本发明涉及二氧化碳还原技术领域，公开了一种固定床反应评价装置以及焦炭和/或石油焦催化还原二氧化碳的方法。所述装置包括：依次相连的进气单元、反应单元、产物处理单元、尾气处理单元和系统控制单元；其中，所述反应单元包括反应器，所述反应器包括卧式加热炉和水平设置在所述卧式加热炉内的反应管，所述反应管包括外刚玉管和内刚玉管，所述外刚玉管与所述内刚玉管之间设置有石墨密封圈，所述内刚玉管的进口端设置具有通孔的气体分布板。本发明提供的固定床反应评价装置，反应管水平放置结合外刚玉管和内刚玉管的双管设置，可以解决催化剂床层堵塞问题，安全系数高。

技术领域

本发明涉及二氧化碳还原技术领域，具体涉及一种固定床反应评价装置以及焦炭和/或石油焦催化还原二氧化碳的方法。

背景技术

工业革命以来，人类所消耗的化石能源日益增多，造成大气中温室气体的含量越来越高，高含量的温室气体已经带来了显著的全球变暖效应。在众多的温室气体之中，对全球变暖产生影响最大的是二氧化碳，约占全球变暖总效应的55％。如何实现二氧化碳的转化利用是二氧化碳减排的重要手段，引起了世界各国的普遍关注。

将二氧化碳还原为一氧化碳是当前二氧化碳化学利用的最主要途径之一。目前，实验室一般利用固定床反应器对二氧化碳还原反应进行研究。经研究发现，焦炭和/或石油焦用于催化还原二氧化碳时，具有催化活性高的优点。但是，焦炭和/或石油焦催化还原二氧化碳的反应温度在1000℃以上，在高温环境下，焦炭和/或石油焦中含有的胶质物质容易液化析出，不能使常规固定床反应器正常使用，容易产生催化剂床层堵塞，使得反应器压力激增，进而造成安全事故的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决焦炭和/或石油焦应用于催化还原二氧化碳时，不能实现反应器正常操作的问题，提供一种固定床反应评价装置以及焦炭和/或石油焦催化还原二氧化碳的方法。用于实现将焦炭和/或石油焦在固定床反应器中作为催化剂床层使用，且反应器能够正常长时间操作，无堵塞风险。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种固定床反应评价装置，所述装置包括：依次相连的进气单元、反应单元、产物处理单元、尾气处理单元和系统控制单元；其中，所述反应单元包括反应器，所述反应器包括卧式加热炉和水平设置在所述卧式加热炉内的反应管，所述反应管包括外刚玉管和内刚玉管，所述外刚玉管与所述内刚玉管之间设置石墨密封圈，所述内刚玉管的进口端设置具有通孔的气体分布板。

本发明的第二方面提供了一种焦炭和/或石油焦催化还原二氧化碳的方法，所述方法包括将原料气与焦炭和/或石油焦接触，发生还原反应，得到一氧化碳；其中，所述方法在本发明第一方面所述的评价装置中进行，所述原料气包括二氧化碳和任选的氧气。

通过上述技术方案，本发明所提供的技术方案所取得的技术效果如下：

1)本发明提供的固定床反应评价装置，反应管水平放置结合外刚玉管和内刚玉管的双管设置，使得焦炭和/或石油焦放入内刚玉管内形成催化剂床层，实现含二氧化碳的反应进气水平横向通过催化剂床层，当焦炭和/或石油焦在高温(1000℃以上)下进行还原二氧化碳反应时，即使焦炭和/或石油焦中含有的胶质物质液化析出，也只有催化剂床层垂直方向上的变化，而不影响堵塞反应进气水平通过催化剂床层，可以解决催化剂床层堵塞问题，应用焦炭和/或石油焦组成催化剂床层而构建的催化还原二氧化碳固定床反应评价装置的安全系数高；

2)本发明提供的固定床反应评价装置，利用催化剂装填网对放入水平放置的内刚玉管内的催化剂进行定型操作，装填方便，且可确保装填的催化剂在内刚玉管中保持圆柱形，使得原料气与催化剂接触更加均匀；

3)本发明提供的固定床反应评价装置，尾气处理单元包括反应炉，用于催化燃烧从气液分离器中分离出的气相，可防止一氧化碳污染环境；

4)本发明提供的焦炭和/或石油焦催化还原二氧化碳的方法，使得焦炭和/或石油焦能够在高达1100-1450℃的高温下实现还原二氧化碳，并且可稳定运行，反应产物中一氧化碳的含量在45v％以上。