【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及加氫反應，尤其涉及光催化水分解串聯加氫反應系統及其應用。
技術介紹
1、利用光催化技術實現二氧化碳/氮氣和水反應轉化為甲烷、氨氣等化學品被認為是緩解能源枯竭、全球變暖和儲氫難題的可能途徑之一。但是二氧化碳/氮氣是一種穩定、化學惰性的直線分子，其化學鍵的斷裂需要極高的能量，常規光催化反應過程復雜，通常存在催化效率差以及產物選擇性難以控制的問題。
2、鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中的上述問題，本專利技術提供一種光催化水分解串聯加氫反應系統及其應用，用以實現高產率、高選擇性和高穩定性生產甲烷或氨氣等工業品。
2、基于此，本專利技術具有如下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供一種光催化水分解串聯加氫反應系統，包括依次連接的光催化水分解單元、分離純化單元和加氫單元；所述光催化水分解單元用于光催化水分解制氫氣，所述分離純化單元用于對氫氣進行分離純化，所述加氫單元用于將二氧化碳加氫制甲烷或將氮氣加氫制氨氣。
4、現有技術中，為了簡化反應流程，通常通過水和二氧化碳或氮氣一步反應制備甲烷或氨氣，但是其產物的選擇性和產率等均存在進一步改善空間。
5、本專利技術意外發現，先進行光催化水分解制備氫氣，再將純化后的氫氣作為反應原料與二氧化碳或氮氣進行加氫反應制備甲烷或氨氣，克服的能壘更低，能夠顯著提升產物甲烷或氨氣的選擇性和產率。
6、作為優選，所述光催化水分解單元包括光催化水分解反應
7、作為優選，所述分離純化單元包括除氧裝置和干燥裝置。所述除氧裝置用于去除光催化水分解產物中的氧氣，所述干燥裝置用于去除光催化水分解產物中的水分。所述除氧裝置包括第五進料口和第五出料口，所述干燥裝置包括第六進料口和第六出料口。所述水存儲裝置的第三出料口與所述除氧裝置的第五進料口通過管道連接；所述除氧裝置的第五出料口與所述干燥裝置的第六進料口通過管道連接。
8、作為優選，所述加氫單元包括加氫反應器和第二氣體載運裝置；所述加氫反應器用于進行二氧化碳或氮氣的加氫反應；所述第二氣體載運裝置用于向所述加氫反應器中輸入二氧化碳或氮氣；所述加氫反應器包括第七進料口和第七出料口，所述第二氣體載運裝置包括第八進料口和第八出料口；所述干燥裝置的第六出料口、所述加氫反應器的第七進料口與所述第二氣體載運裝置的第八出料口通過管道連接；所述加氫反應器的第七出料口的物料被收集。
9、本專利技術中，所述管道上可以根據需要安裝有轉子流量計、泵以及溫度和壓力傳感裝置等，在此不對其進行限定。
10、本專利技術中，所述管道上可以根據需要安裝液體循環計量裝置，該裝置的流速為0.1~4.5?l/min，但不限于此。
11、本專利技術中，所述的光催化水分解反應器可以為反應釜式、平板式，連續流式等，但不限于此。進一步地，所述的加氫反應器可以為反應釜式、固定床式，但不限于此。
12、第二方面，本專利技術提供所述的光催化水分解串聯加氫反應系統在制備甲烷或氨氣方面的應用。
13、第三方面，本專利技術提供一種加氫還原制備甲烷或氨氣的方法，其包括使用所述的光催化水分解串聯加氫反應系統實現。
14、作為優選，所述的加氫還原制備甲烷或氨氣的方法包括：
15、s1：在光催化水分解反應器中將水和第一催化劑進行混合，在光源的照射、惰性氣體的氣氛下進行光催化水分解反應，制得氫氣；
16、s2：將s1制得的氫氣依次通入除氧裝置和干燥裝置，分別進行除氧和除水；所述除氧裝置中含有除氧劑，所述干燥裝置中含有干燥劑；
17、s3：將s2中分離純化后的氫氣和反應氣體通入加氫反應器中，同時加入第二催化劑，在光源的照射下進行加氫反應；所述反應氣體為二氧化碳或氮氣。
18、作為優選，s1中，所述光源的強度為1.0~5.0?w/cm2。
19、作為優選，s1中，所述第一催化劑包括二氧化鈦、釕負載的二氧化鈦（負載量為10~15wt%）、硫化鎘和鋅銦硫中的一種或者幾種；和/或，s3中，所述第二催化劑包括釕、硫化鎘和氧化銦中的一種或幾種。
20、更優選地，所述s2中，所述除氧劑包括亞硫酸鈉、聯氨或二甲基酮肟中的一種或幾種；和/或，所述干燥劑包括硫酸鈣、氯化鈣、硅膠和活性氧化鋁中的一種或幾種。
21、作為優選，s1中，所述光催化水分解反應的壓力為0~40?kpa，所述光催化水分解反應的溫度為278~333?k；和/或，s3中，所述加氫反應的空速為0~1500?l?g-1h-1；所述加氫反應的溫度為373~648?k；所述加氫反應的光照強度為0.4~3.0?w/cm2；和/或，s3中，所述二氧化碳與氫氣的流速比為1：2~4；所述氮氣與氫氣的流速比為1：3~5。
22、本專利技術提供的光催化水分解串聯加氫反應系統及其應用，通過將光催化水分解和加氫反應器系統串聯設計，用于二氧化碳或氮氣等加氫反應，最終制備的目標產物產率和選擇性高，符合優等品標準。本專利技術在整個目標產物的生產過程中，無腐蝕性以及毒性的原料引入，綠色、經濟、高效，適合工業放大生產。
23、附圖說明
24、為了更清楚地說明本專利技術或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
25、圖1是本專利技術提供的光催化水分解串聯加氫反應系統流程示意圖。
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1.一種光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，包括依次連接的光催化水分解單元、分離純化單元和加氫單元；所述光催化水分解單元用于光催化水分解制氫氣，所述分離純化單元用于對氫氣進行分離純化，所述加氫單元用于將二氧化碳加氫制甲烷或將氮氣加氫制氨氣。
2.根據權利要求1所述的光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，所述光催化水分解單元包括光催化水分解反應器、水存儲裝置和第一氣體載運裝置；所述光催化水分解反應器用于進行光催化水分解反應，所述水存儲裝置用于存儲原料水，所述第一氣體載運裝置用于向所述光催化水分解反應器中運輸惰性氣體；
3.根據權利要求1所述的光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，所述分離純化單元包括除氧裝置和干燥裝置；
4.根據權利要求1所述的光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，所述加氫單元包括加氫反應器和第二氣體載運裝置；
5.權利要求1~4任一項所述的光催化水分解串聯加氫反應系統在制備甲烷或氨氣方面的應用。
6.一種加氫還原制備甲烷或氨氣的方法，其特征在于，使用權利要求1~4任一項所述的光催化水分解
7.根據權利要求6所述的加氫還原制備甲烷或氨氣的方法，其特征在于，包括：
8.根據權利要求8所述的加氫還原制備甲烷或氨氣的方法，其特征在于，S1中，所述光源的強度為1.0~5.0?W/cm2。
9.根據權利要求8所述的加氫還原制備甲烷或氨氣的方法，其特征在于，S1中，所述第一催化劑包括二氧化鈦、釕負載的二氧化鈦、硫化鎘和鋅銦硫中的一種或者幾種；和/或，S3中，所述第二催化劑包括釕、硫化鎘和氧化銦中的一種或幾種；
10.根據權利要求8所述的加氫還原制備甲烷或氨氣的方法，其特征在于，S1中，所述光催化水分解反應的壓力為0~40?kPa，所述光催化水分解反應的溫度為278~333?K；
...【技術特征摘要】
1.一種光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，包括依次連接的光催化水分解單元、分離純化單元和加氫單元；所述光催化水分解單元用于光催化水分解制氫氣，所述分離純化單元用于對氫氣進行分離純化，所述加氫單元用于將二氧化碳加氫制甲烷或將氮氣加氫制氨氣。
2.根據權利要求1所述的光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，所述光催化水分解單元包括光催化水分解反應器、水存儲裝置和第一氣體載運裝置；所述光催化水分解反應器用于進行光催化水分解反應，所述水存儲裝置用于存儲原料水，所述第一氣體載運裝置用于向所述光催化水分解反應器中運輸惰性氣體；
3.根據權利要求1所述的光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，所述分離純化單元包括除氧裝置和干燥裝置；
4.根據權利要求1所述的光催化水分解串聯加氫反應系統，其特征在于，所述加氫單元包括加氫反應器和第二氣體載運裝置；
5.權利要求1~4任一項...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張超，熊宇杰，王秀林，岐少鵬，戴若云，胡燦宇，姚輝超，龍冉，賈勁松，張雨晴，隋依言，伍思達，聶鎖府，
申請(專利權)人：中海石油氣電集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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