一种二氧化碳催化加氢系统及方法与流程

技术特征：
1.一种二氧化碳催化加氢系统，其特征在于，包括固定床管式反应单元和供气单元，所述固定床管式反应单元内设有催化剂床层和加热部件，所述固定床管式反应单元设有进气管和出气管；所述出气管上设有气体成分检测部件；所述供气单元包括氩气罐、氢气罐、二氧化碳罐和烷烃罐；所述氩气罐、氢气罐、二氧化碳罐和烷烃罐分别通过第一支路、第二支路、第三支路和第四支路与进气管连通。2.根据权利要求1所述的二氧化碳催化加氢系统，其特征在于，所述进气管上设有三通阀，所述三通阀的第一端通过进气管与固定床管式反应单元连通，第二端与供气单元连通，第三端通过第五支路与气体成分检测部件连通。3.根据权利要求2所述的二氧化碳催化加氢系统，其特征在于，所述催化剂床层上设有nixfey/zsm-5双金属催化剂，x和y的取值范围均为1～8。4.一种nixfey/zsm-5双金属催化剂的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求3所述的二氧化碳催化加氢系统的催化剂床层中的双金属催化剂，包括以下步骤：步骤1、称取一定质量的zsm-5分子筛载体，滴加去离子水并不断搅拌，当zsm-5分子筛载体全部吸水饱和时，记录所用的去离子水体积，计算zsm-5分子筛载体的单位饱和吸水量；步骤2、称取与步骤1中相同质量的zsm-5分子筛载体，将zsm-5分子筛载体进行预处理，预处理温度为400～800℃，预处理气氛为氩气、氮气或空气中的一种，预处理时间为1～8h；步骤3、称取一定量的硝酸镍和硝酸铁粉末置于容器中，根据zsm-5分子筛载体的单位饱和吸水量加入去离子水使之充分溶解，配置浸渍液；步骤4、将浸渍液滴加至zsm-5分子筛载体中并搅拌均匀得到混合物，将混合物进行超声处理0.5～2h，获得等体积浸渍法样品；步骤5、将等体积浸渍法样品干燥，随后转移至马弗炉中焙烧，焙烧温度为400～800℃，焙烧时间为1～8h，得到双金属催化剂。5.根据权利要求4所述的nixfey/zsm-5双金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述双金属催化剂的金属负载量为1％～20％。6.根据权利要求5所述的nixfey/zsm-5双金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述双金属催化剂的活性组分为fe和ni，fe和ni的存在形式为金属纳米颗粒，其中ni为还原态或者氧化态中的一种，fe为fe2o3、fe3o4和feo中的一种或者多种；所述金属纳米颗粒平均粒径为2.0～10.0nm。7.一种采用二氧化碳催化加氢系统制备合成气的方法，其特征在于，采用权利要求1至3所述的二氧化碳催化加氢系统和权利要求4至6任一项所述的制备方法制备得到的双金属催化剂，包括以下步骤：步骤1、将双金属催化剂ni3fe/zsm-5固定在固定管式反应器中的催化剂床层中，催化剂的装填量为0.5～2.0g；通入反应气体前利用氢气对双金属催化剂进行预处理，预处理温度为400～600℃，预处理时间为2～5h，氢气流量为100～280ml/min；步骤2、向固定床管式反应器中同时通入氢气和二氧化碳，氢气的流量为120～400ml/h，二氧化碳的流量为100～150ml/h；氢气与二氧化碳的体积流量比为4.0～1.0；步骤3、控制固定床管式反应器的反应温度为500～700℃；反应压力为0.1～2.5mpa；反应时间为3～8h；
步骤4、利用气相色谱定量分析，检测得到合成气的收率大于95％。8.一种采用二氧化碳催化加氢系统制备乙烯和丙烯的方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的二氧化碳催化加氢系统和权利要求4至6任一项所述的制备方法制备得到的双金属催化剂，包括以下步骤：步骤1、将双金属催化剂nife8/zsm-5固定在固定管式反应器中的催化剂床层中，催化剂的装填量为0.5～2.0g；通入反应气体前利用氩气对双金属催化剂进行预处理，预处理温度为400～800℃，预处理时间为1～3h，氩气流量为100～280ml/min；步骤2、向固定床管式反应器中同时通入氢气和二氧化碳，氢气的流量为120～400ml/h，二氧化碳的流量为100～150ml/h；氢气与二氧化碳的体积流量比为4.0～1.0；步骤3、控制固定床管式反应器的反应温度为500～-700℃，反应压力为0.1～2.5mpa，反应时间为3～8h；步骤4、利用气相色谱定量分析固定床管式反应器出口的反应产物。9.一种采用二氧化碳催化加氢系统制备合成气和乙烯的方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的二氧化碳催化加氢系统和权利要求4至6任一项所述的制备方法制备得到的双金属催化剂，包括以下步骤：步骤1、将双金属催化剂ni2fe/zsm-5固定在固定管式反应器中的催化剂床层中，催化剂的装填量为0.5～2.0g；通入反应气体前利用氢气对双金属催化剂进行预处理，预处理温度为400～600℃，预处理时间为2～5h，氢气流量为100～280ml/min；步骤2、向固定床管式反应器中同时通入乙烷和二氧化碳，乙烷的流量为100～400ml/h，二氧化碳的流量为100～150ml/h；乙烷与二氧化碳的体积流量比为4.0～1.0；步骤3、控制固定床管式反应器的反应温度为500～700℃，反应压力为0.1～2.5mpa，反应时间为3～8h；步骤4、利用气相色谱定量分析固定床管式反应器出口的反应产物。10.根据权利要求9所述的采用二氧化碳催化加氢系统制备合成气和乙烯的方法，其特征在于，所述步骤3中，反应温度为560～650℃；反应压力为0.5～1.5mpa。

技术总结
本发明涉及一种二氧化碳催化加氢系统及方法，属于二氧化碳加氢催化技术领域，解决了现有技术中二氧化碳加氢催化产物成分复杂导致分离困难以及氢源多采用氢气导致成本高的问题。本发明提供的二氧化碳催化加氢系统包括固定床管式反应单元和供气单元，固定床管式反应单元内设有催化剂床层和加热部件，固定床管式反应单元设有进气管和出气管；出气管上设有气体成分检测部件；供气单元包括氩气罐、氢气罐、二氧化碳罐和烷烃罐；氩气罐、氢气罐、二氧化碳罐和烷烃罐分别通过第一支路、第二支路、第三支路和第四支路与进气管连通。本发明利用二氧化氢催化加氢系统实现了以烷烃为氢源的二氧化碳直接转化，并针对该转化过程设计了活化性能较好的催化剂。化性能较好的催化剂。化性能较好的催化剂。


技术研发人员：李晓丹 王俞凯 梁迎彬 崔广志 韩士玉
受保护的技术使用者：北京机械设备研究所
技术研发日：2020.05.08
技术公布日：2021/11/8