本实用新型涉及一种利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置。
背景技术：
目前，二氧化碳过量排放导致的雾霾和温室效应已对全人类的生存环境产生巨大的影响，甚至威胁到人类和自然界万物的生存和发展。2015年12月12日第21届联合国气候变化大会(巴黎气候变化大会)通过全球气候变化新协定。《巴黎协定》指出，世界各国将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。如何有效减少二氧化碳温室气体的排放，已经成为全球治理的一个重要领域。世界各国已经联合起来探索未来全球治理模式，推动人类建设命运共同体，创造一个各尽所能、合作共赢的未来。基于以上原因，如何减少二氧化碳温室气体的排放和综合利用二个方面研究已成为当今世界最前沿的科研领域，尤其是在二氧化碳温室气体与水常温常压光催化合成甲醇研究方面备受世人关注。德国，美国，欧盟等投入巨大的人力，物力和数千亿美元以上的财力，在减少二氧化碳温室气体的排放替代化石能源新材料研究和二氧化碳温室气体综合利用二个方面取得了许多成果。经过几十年的发展，近期德国，美国，欧盟都宣布他们在二氧化碳气体与水合成甲醇研究方面取得了重大进展，已建立了批量生产的工业化试验装置，德国奥迪公司和美国福特公司已开始在新开发的新型能源汽车上投入试用。这个生产过程分二步进行，第一步是在高温高压和贵金属存在的情况下进行，需要先把水电解制成氢气，需要消耗大量的电能，第二步是在高温高压条件下二氧化碳与氢气在催化剂存在的条件下合成甲醇。这种生产方式生产成本过高，以致短时间内内很难大规模推广使用。众多的科学家已经在实验室利用TiO2基光催化剂及改性催化剂在太阳光的作用下将二氧化碳和水还原成为甲醇，这些成果已充分证明二氧化碳和水通过光合作用合成甲醇是切实可行的。但是截止目前为止，此项研究仅停留在实验室阶段，世界上还没有一家在低能耗二氧化碳温室气体与水常温常压光催化一步法合成甲醇方面投入到工业化生产成功的范例。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种生产成本低，转化效率高，转化速度快，设备运行、维护成本低，设备的完好率高的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，包括罐体，罐体内设有甲醇合成反应室，甲醇合成反应室内设有光源和活性炭制成的分隔部，分隔部将甲醇合成反应室分割成待过滤腔和甲醇合成腔，待过滤腔与二氧化碳气体输入管的出气口和水输入管的出水口相连，甲醇合成腔的腔壁上设有排水口，排水口与甲醇与水混合液排出管的进液口相通，甲醇与水混合液排出管上串联有循环泵，甲醇与水混合液排出管的出液口与位于罐体内甲醇合成反应室上方的喷淋管相通；喷淋管的管壁上设有喷水口，待过滤腔的顶部设有回水口，甲醇合成腔的顶部设有气化甲醇出口，罐体内位于喷淋管的上方设有气化甲醇回收装置。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述喷淋管沿水平方向环绕罐体的中心布置，所述二氧化碳气体输入管在待过滤腔内的下部沿水平方向环绕罐体的中心2—6圈，所述甲醇合成反应室内设有可调温电加热装置，所述光源设置在甲醇合成腔内，位于喷淋管及甲醇合成反应室之间的罐体内设有人字挡板，甲醇与水混合液排出管上设有用于加热甲醇与水混合液的加热装置。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述分隔部为活性炭制成的中空管型的碳棒，构成碳棒的活性炭上附着有颗粒状的氧化钍和硅酸钍，碳棒沿竖直方向设置，所述甲醇合成腔位于碳棒的中空管内，碳棒的底端固定在下法兰盘上表面的中部，所述光源安装在位于碳棒的中空管内的下法兰盘上，下法兰盘通过多个螺栓与为与其上面的上法兰盘固定相连，上法兰盘与套筒的底端固定相连，套筒沿竖直方向设置，套筒的顶端与位于罐体底部的套筒安装孔的边缘固定相连，所述碳棒向上延伸伸入罐体内的中下部。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述气化甲醇出口与甲醇导出管的底端进口相连，甲醇导出管的顶端出口的上方设有伞状的挡水罩。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述甲醇与水混合液排出管上串联有不锈钢制成的球阀。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述罐体的上部安装有压力表和安全阀，罐体的顶部设有尾气排放口。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述罐体为沿竖直方向设置的圆柱形，罐体的下部设有多个支腿。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述气化甲醇回收装置包括位于罐体内上部沿横向设置的顶层甲醇凝聚板，顶层甲醇凝聚板与罐体的内壁固定相连，在顶层甲醇凝聚板的一侧与罐体的内壁之间设有顶层气流通过窗口，顶层气流通过窗口的下方设有顶层甲醇接受盘，顶层甲醇接受盘的底部设有顶层甲醇流出口，在罐体内位于顶层甲醇接受盘的下方沿横向设有次顶层甲醇凝聚板，次顶层甲醇凝聚板与罐体的内壁固定相连，在次顶层甲醇凝聚板的一侧与罐体的内壁之间设有次顶层气流通过窗口，次顶层气流通过窗口的下方设有次顶层甲醇接受盘，次顶层甲醇接受盘的底部设有次顶层甲醇流出口，在罐体内位于次顶层甲醇接受盘的下方沿横向设有中层甲醇凝聚板，中层甲醇凝聚板与罐体的内壁固定相连，在中层甲醇凝聚板的一侧与罐体的内壁之间设有中层气流通过窗口，中层气流通过窗口的下方设有中层甲醇接受盘，中层甲醇接受盘的底部设有中层甲醇流出口，在罐体内位于中层甲醇接受盘的下方沿横向设有下层甲醇凝聚板，下层甲醇凝聚板与罐体的内壁固定相连，在下层甲醇凝聚板的一侧与罐体的内壁之间设有下层气流通过窗口，下层气流通过窗口的下方设有下层甲醇接受盘，下层甲醇接受盘的底部设有下层甲醇流出口；
所述顶层甲醇流出口、次顶层甲醇流出口、中层甲醇流出口和下层甲醇流出口分别通过管路与成品甲醇输出泵的进液口相连，成品甲醇输出泵的出液口与成品甲醇输出管的进口相连。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述顶层气流通过窗口位于罐体内的右端，顶层甲醇凝聚板呈左端高、右端低倾斜设置，次顶层气流通过窗口位于罐体内的左端，次顶层甲醇凝聚板呈左端低、右端高倾斜设置，中层气流通过窗口位于罐体内的右端，中层甲醇凝聚板呈左端高、右端低倾斜设置，下层气流通过窗口位于罐体内的左端，下层甲醇凝聚板呈左端低、右端高倾斜设置。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，其中所述罐体内位于顶层甲醇凝聚板的上方沿横向设有20目的筛网，筛网采用不锈钢制成，所述成品甲醇输出管通过串联有回输电动截门的回输管路与甲醇与水混合液排出管相连。
本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置在使用时，可在待过滤腔和甲醇合成腔内放置适量的硝酸钍和/或硫酸钍和/或四氯化钍作为催化剂，然后将去离子水引入待过滤腔和甲醇合成腔，硝酸钍和/或硫酸钍和/或四氯化钍就会溶解到水中，再将二氧化碳气体通入待过滤腔和甲醇合成腔内的水中，并让光源光照射甲醇合成反应室内的二氧化碳和水，在硝酸钍和/或硫酸钍和/或四氯化钍的催化作用下，甲醇合成反应室内的二氧化碳与水会发生光化学反应，生成甲醇，生成一部分甲醇会直接挥发进入到甲醇合成反应室上方的气化甲醇回收装置内，被气化甲醇回收装置收集起来；而另一部分甲醇未直接挥发的甲醇会溶在甲醇合成反应室内的水中，溶有甲醇的水会利用循环泵通过甲醇与水混合液排出管将其输送至甲醇合成反应室上方喷淋出去，由此可促进溶在甲醇合成反应室内水中的甲醇挥发出来，并流向甲醇合成反应室上方的气化甲醇回收装置内，被气化甲醇回收装置收集起来。本实用新型利用光能以二氧化碳气体和水为原料制成甲醇，并且其生产成本低，转化效率高，转化速度快，设备运行、维护成本低，设备的完好率高，所生产的甲醇可以替代石油，并把二氧化碳温室气体变废为宝，转化为世界各国公认的绿色环保新能源甲醇，甲醇还是一种非常重要的基础化工原材料，是世界公认的石油替代燃料。因此，本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇的方法具有突出的实质性特点和显著的进步。
下面结合附图对本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置作进一步详细说明。
附图说明
图1为本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置的结构示意图的主视图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的利用二氧化碳与水光催化合成甲醇连续生产装置，包括罐体1，罐体1内的中下部设有甲醇合成反应室，甲醇合成反应室内设有光源3和活性炭制成的分隔部2，分隔部2将甲醇合成反应室分割成待过滤腔4和甲醇合成腔5，待过滤腔4与二氧化碳气体输入管39的出气口和水输入管6的出水口相连，甲醇合成腔5的下部腔壁上设有排水口，排水口与甲醇与水混合液排出管7的进液口相通，甲醇与水混合液排出管7上串联有循环泵8，甲醇与水混合液排出管7的出液口与位于罐体1内甲醇合成反应室上方的喷淋管21相通；喷淋管21的管壁上设有多个喷水口，待过滤腔4的顶部设有回水口，甲醇合成腔5的顶部设有气化甲醇出口9，罐体1内位于喷淋管21的上方设有气化甲醇回收装置。在使用时，可在待过滤腔4和甲醇合成腔5内放置适量的硝酸钍和/或硫酸钍和/或四氯化钍作为催化剂，然后将去离子水引入待过滤腔4和甲醇合成腔5，硝酸钍和/或硫酸钍和/或四氯化钍就会溶解到水中，再将二氧化碳气体通入待过滤腔4和甲醇合成腔5内的水中，并让光源3光照射甲醇合成反应室内的二氧化碳和水，在硝酸钍和/或硫酸钍和/或四氯化钍的催化作用下，甲醇合成反应室内的二氧化碳与水会发生光化学反应，生成甲醇，生成一部分甲醇会直接挥发进入到甲醇合成反应室上方的气化甲醇回收装置内，被气化甲醇回收装置收集起来。而另一部分甲醇未直接挥发的甲醇会溶在甲醇合成反应室内的水中，溶有甲醇的水会利用循环泵8通过甲醇与水混合液排出管7将其输送至甲醇合成反应室上方喷淋出去，由此可促进溶在甲醇合成反应室内水中的甲醇挥发出来，并流向甲醇合成反应室上方的气化甲醇回收装置内，被气化甲醇回收装置收集起来。
在以上的光催化化学反应中，氢原子与氧原子的产生，在单纯的光合作用条件下无法实现，但借助氧化钍和/或硅酸钍和/或硝酸钍和/或硫酸钍和/或四氯化钍和/或磷酸钍的催化条件可以实现这一方法。原子氢、原子氧的存在，二氧化碳与水合成甲醇、烷基烃属类化合瞬间立刻完成。其化学反应式如下：
CO2+3H2O→CH3OH+H2+2O2
本实用新型在常温常压条件下可实现30％—40％的高转化率，制成高纯度的甲醇合成燃料以替代石油，把二氧化碳温室气体变废为宝，转化为世界各国公认的绿色环保新能源甲醇，甲醇是目前世界上最重要的基础化工原材料，是世界公认的石油替代燃料。
作为本实用新型的进一步改进，上述喷淋管21沿水平方向环绕罐体1的中心布置，所述二氧化碳气体输入管39在待过滤腔4内的下部沿水平方向环绕罐体1的中心2—6圈，甲醇合成反应室内设有可调温电加热装置，光源3设置在甲醇合成腔5内，位于喷淋管21及甲醇合成反应室之间的罐体1内设有人字挡板15，人字挡板15的作用是让从甲醇与水混合液排出管7排出的液体在下落的过程中尽可能地散开，进而加快、加大甲醇的气化挥发量；甲醇与水混合液排出管7上设有用于加热甲醇与水混合液的加热装置37。在使用时，为了加快、加大甲醇的气化挥发量，可利用加热装置37适当加热甲醇合成反应室内的水，例如将至甲醇合成反应室内的水加热至30℃—80℃，以加快甲醇的气化挥发量。
作为本实用新型的进一步改进，上述分隔部2为活性炭制成的中空管型的碳棒，构成碳棒的活性炭上附着有颗粒状的氧化钍和硅酸钍，碳棒沿竖直方向设置，所述甲醇合成腔5位于碳棒的中空管内，碳棒的底端固定在下法兰盘11上表面的中部，所述光源3安装在位于碳棒的中空管内的下法兰盘11上，下法兰盘11通过多个螺栓与为与其上面的上法兰盘13固定相连，上法兰盘13与套筒12的底端固定相连，套筒12沿竖直方向设置，套筒12的顶端与位于罐体1底部的套筒安装孔的边缘固定相连，所述碳棒向上延伸伸入罐体1内的中下部。氧化钍和硅酸钍作为催化剂，在氧化钍和硅酸钍的催化作用下，甲醇合成反应室内的二氧化碳与水会发生光化学反应，生成甲醇。
作为本实用新型的进一步改进，上述气化甲醇出口9与甲醇导出管35的底端进口相连，甲醇导出管35的顶端出口的上方设有伞状的挡水罩36。甲醇导出管35可将甲醇合成腔5内的挥发出来甲醇引导出甲醇合成腔5，令其流到气化甲醇回收装置处，
作为本实用新型的进一步改进，上述二氧化碳气体输入管39内的二氧化碳气体的压力为0.1MPa—0.3MPa，甲醇与水混合液排出管7上串联有不锈钢制成的球阀14。关闭球阀14，即可断开甲醇与水混合液排出管7。
作为本实用新型的进一步改进，上述罐体1的上部安装有压力表16和安全阀17，罐体1的顶部设有尾气排放口18。尾气排放口18可排出未参与反应的二氧化碳、反应生成的氧气和氢气，并加以回收利用。
作为本实用新型的进一步改进，上述罐体1为沿竖直方向设置的圆柱形，罐体1的下部设有多个支腿19。
作为本实用新型的进一步改进，上述气化甲醇回收装置包括位于罐体1内上部沿横向设置的顶层甲醇凝聚板20，顶层甲醇凝聚板20与罐体1的内壁固定相连，在顶层甲醇凝聚板20的一侧与罐体1的内壁之间设有顶层气流通过窗口26，顶层气流通过窗口26的下方设有顶层甲醇接受盘22，顶层甲醇接受盘22的底部设有顶层甲醇流出口，在罐体1内位于顶层甲醇接受盘22的下方沿横向设有次顶层甲醇凝聚板27，次顶层甲醇凝聚板27与罐体1的内壁固定相连，在次顶层甲醇凝聚板27的一侧与罐体1的内壁之间设有次顶层气流通过窗口28，次顶层气流通过窗口28的下方设有次顶层甲醇接受盘23，次顶层甲醇接受盘23的底部设有次顶层甲醇流出口，在罐体1内位于次顶层甲醇接受盘23的下方沿横向设有中层甲醇凝聚板29，中层甲醇凝聚板29与罐体1的内壁固定相连，在中层甲醇凝聚板29的一侧与罐体1的内壁之间设有中层气流通过窗口30，中层气流通过窗口30的下方设有中层甲醇接受盘24，中层甲醇接受盘24的底部设有中层甲醇流出口，在罐体1内位于中层甲醇接受盘24的下方沿横向设有下层甲醇凝聚板31，下层甲醇凝聚板31与罐体1的内壁固定相连，在下层甲醇凝聚板31的一侧与罐体1的内壁之间设有下层气流通过窗口32，下层气流通过窗口32的下方设有下层甲醇接受盘25，下层甲醇接受盘25的底部设有下层甲醇流出口；
所述顶层甲醇流出口、次顶层甲醇流出口、中层甲醇流出口和下层甲醇流出口分别通过管路与成品甲醇输出泵33的进液口相连，成品甲醇输出泵33的出液口与成品甲醇输出管34的进口相连。
在使用时，顶层甲醇凝聚板20上收集的甲醇会经由顶层气流通过窗口26流入顶层甲醇接受盘22，然后再由顶层甲醇接受盘22底部的顶层甲醇流出口经由成品甲醇输出泵33和成品甲醇输出管34输出；次顶层甲醇凝聚板27上收集的甲醇会经由次顶层气流通过窗口28流入次顶层甲醇接受盘23，然后再由次顶层甲醇接受盘23底部的次顶层甲醇流出口经由成品甲醇输出泵33和成品甲醇输出管34输出；中层甲醇凝聚板29上收集的甲醇会经由中层气流通过窗口30流入中层甲醇接受盘24，然后再由中层甲醇接受盘24底部的中顶层甲醇流出口经由成品甲醇输出泵33和成品甲醇输出管34输出；下层甲醇凝聚板31上收集的甲醇会经由下层气流通过窗口32流入下层甲醇接受盘25，然后再由下层甲醇接受盘25底部的下顶层甲醇流出口经由成品甲醇输出泵33和成品甲醇输出管34输出；
作为本实用新型的进一步改进，上述顶层气流通过窗口26位于罐体1内的右端，顶层甲醇凝聚板20呈左端高、右端低倾斜设置，次顶层气流通过窗口28位于罐体1内的左端，次顶层甲醇凝聚板27呈左端低、右端高倾斜设置，中层气流通过窗口30位于罐体1内的右端，中层甲醇凝聚板29呈左端高、右端低倾斜设置，下层气流通过窗口32位于罐体1内的左端，下层甲醇凝聚板31呈左端低、右端高倾斜设置。上述设计是为了让被收集到的甲醇能够尽可能顺利地被成品甲醇输出泵33抽出去。
作为本实用新型的进一步改进，上述罐体1内位于顶层甲醇凝聚板20的上方沿横向设有20目的筛网10，筛网10采用不锈钢制成，成品甲醇输出管34通过串联有回输电动截门40的回输管路38与甲醇与水混合液排出管7相连。在使用时，如果从成品甲醇输出管34流出的甲醇浓度太低，可以打开回输电动截门40，让浓度太低的甲醇回流到甲醇与水混合液排出管7，并再次回到罐体1内，重新进行气化挥发。