一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法

1.本发明涉及节能减排技术领域，尤其涉及一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法。


背景技术：

2.煤、生物质、石油和有机废弃物等含碳资源既是燃料，又是化工原料。这些资源燃烧排放的co2是现今大气中co2的主要来源。这些资源作为化工原料使用的路线之一是热解生产油、气和焦炭(或称半焦或兰炭)，采用不同的热解温度可生产不同的产品，但是无论什么温度均生成焦炭，且焦炭的产率一般在30％～80％的范围内。因此，热解焦炭的高效低碳转化是解决减排问题的不可缺少的环节，目前的主要解决方式是燃烧或制备合成气，但上述方式均排放二氧化碳。因此，如何同时解决热解焦炭零碳转化和co2减排问题是目前亟需解决的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法，所述方法可以同时实现热解焦炭零碳转化和二氧化碳减排的问题，进而同时实现供热、促进焦炭和二氧化碳反应的双重目标。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法，包括以下步骤：
6.在二氧化碳气氛中，将石墨化的焦炭在电磁感应场中自热，得到一氧化碳。
7.优选的，所述石墨化的焦炭包括石墨化的煤焦、石墨化的生物焦、石墨化的石油焦和石墨化的废橡胶热解焦中的一种或几种。
8.优选的，所述石墨化的焦炭的制备方法包括：
9.将焦炭源进行热处理，得到所述石墨化的焦炭；所述热处理的温度≥800℃；
10.或将焦炭进行石墨化处理，得到所述石墨化的焦炭；所述石墨化处理的温度≥800℃。
11.优选的，所述热处理的温度为1000～1200℃，时间为≥5min；
12.或所述石墨化处理的温度为1000～1200℃，时间为≥5min。
13.优选的，所述焦炭源包括煤、生物质炭、石油和废轮胎中的一种或几种；
14.所述焦炭的尺寸≥10mm，形状为柱状、球形、椭球型或块状。
15.优选的，所述二氧化碳气氛优选包括无氧烟气、变化气脱碳的二氧化碳和碳减排工艺捕获的二氧化碳中的一种或几种。
16.优选的，所述电磁感应场的电感频率为20～1000khz。
17.优选的，所述自热的温度为700～1500℃。
18.本发明提供了一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法，包括以下步骤：在二氧化碳气氛中，将石墨化的焦炭在电磁感应场中自热，得到一氧化碳。本发明利用石墨化
的焦炭内部的自由电子在交变磁场中产生涡电流，涡电流焦炭的电阻而发热。由于化学反应的本质是电子迁移，焦炭内部的电子涡流势必加速焦炭的电子运动速率，促进焦炭与二氧化碳之间的反应，加速co生成；同时，co是一种重要的平台化工原料，广泛用于羰基合成及油品和化学品合成等有机反应，即上述方法制备得到的co可以进行再利用。
19.与现有技术相比，本发明所述技术方案具有以下有益效果：
20.1)本发明采用石墨化的焦炭在电感场中能够自热的方法，无二氧化碳排放，升温速率快，加热效率高，减少了能源消耗，降低了转化成本；
21.2)本发明采用石墨化的焦炭在电感场中自热的方法，利用电子涡流效应促进焦炭中碳和二氧化碳的反应；
22.3)本发明适用于各种浓度的二氧化碳气氛；
23.4)相比于现有技术中的二氧化碳捕集与存储/转化技术，本发明无需捕获剂、方法简单、清洁高效；
24.5)焦炭在电感场中这种独特的自热方式，是目前唯一一种通过电子涡流促进焦炭与二氧化碳反应过程中电子运动速率的方法，该方法还可用于焦炭的其它气化反应，提升气化效率。
具体实施方式
25.本发明提供了一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法，包括以下步骤：
26.在二氧化碳气氛中，将石墨化的焦炭在电磁感应场中自热，得到一氧化碳。
27.在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
28.本发明对所述石墨化的焦炭的石墨化程度没有任何特殊的限定，能够保证焦炭存在石墨化的情况即可。
29.在本发明中，所述石墨化的焦炭优选包括石墨化的煤焦、石墨化的生物焦、石墨化的石油焦和石墨化的废橡胶热解焦中的一种或几种，当所述石墨化的焦炭为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
30.在本发明中，所述石墨化的焦炭的尺寸优选≥10mm，形状优选为柱状、球形、椭球型或块状。在本发明中，将所述石墨化的焦炭的尺寸控制在上述范围内的原因是焦炭的尺寸越大，在电磁感应场中产生的涡电流越大，电感应效果越好，反应所需时间越短。
31.在本发明中，所述石墨化的焦炭的制备方法优选包括：
32.将焦炭源进行热处理，得到所述石墨化的焦炭；所述热处理的温度≥800℃；
33.或将焦炭进行石墨化处理，得到所述石墨化的焦炭；所述石墨化处理的温度≥800℃。
34.在本发明中，所述焦炭源优选包括煤、生物质炭、石油和废轮胎中的一种或几种；所述煤优选包括兰炭、半焦、烟煤和褐煤中的一种或几种；所述生物质炭优选包括木炭、秸秆和果壳中的一种或几种；所述木炭优选包括荔枝木炭，所述果壳优选包括核桃壳；当所述焦炭源为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
35.在本发明中，当所述焦炭源为粉状物时，优选先将所述粉状物成型为尺寸为10mm
以上的块状物。
36.在本发明中，所述热处理的温度优选为1000～1200℃，更优选为1000～1150℃；时间优选≥5min，更优选为5～100min，进一步优选为20～80min，最优选为20～60min。
37.或者，所述石墨化处理的温度优选为1000～1200℃，更优选为1000～1150℃；时间优选≥5min，更优选为10～60min，进一步优选为20～80min，最优选为20～60min。
38.在本发明中，所述热处理的温度或石墨化处理的温度控制在800℃以上可以使制备得到的焦炭存在不同程度的石墨微晶，从而能够在电感场中形成电子涡流，实现自热。焦炭的石墨化程度与制备温度有关，制备温度越高，焦炭的石墨化程度越高，电感加热速率越快，反应所需时间越短。
39.在本发明中，所述二氧化碳气氛优选包括燃烧烟气、变化气脱碳的高浓度二氧化碳(浓度为10vol％～99.9vol％)和碳减排工艺捕获的二氧化碳中的一种或几种；本发明对所述二氧化碳气氛的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类进行即可。
40.在本发明中，所述电磁感应场的电感频率优选为20～1000khz，更优选为100～800khz，最优选为200～800khz。在本发明中，所述电磁感应场的频率取决于所述焦炭的尺寸，所述焦炭的尺寸越大，电磁感应场的频率越低，所述焦炭的尺寸越小，电磁感应场的频率越高。
41.在本发明中，所述自热的温度优选为700～1500℃，更优选为1000～1500℃，进一步优选为1000～1400℃，最优选为1000～1300℃；时间优选为10～100min，更优选为20～80min。
42.在本发明中，所述焦炭的制备或者热处理过程与焦炭在电磁感应场中自热的过程连续进行，即高温焦炭直接被电感加热并与二氧化碳反应，既降低升温能耗，也保障生产过程的连续性。
43.在本发明中，含碳原料中的碳含量采用国标法测定。反应结束后，基于焦炭反应前后的损失质量(g)，基于反应过程中co2的摩尔转化量等于焦炭的摩尔转化量，算出co2转化率。
44.co2转化摩尔量≈(焦炭反应前质量-焦炭反应后质量)/12
45.co2转化率＝100％
×
co2转化摩尔量/[(co2的流量)
×
t
×
/(1000
×
22.4)]
[0046]
其中co2的流量单位为ml/t，t为反应时间。
[0047]
下面结合实施例对本发明提供的电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0048]
实施例1
[0049]
将兰炭破碎，筛分选取尺寸为10～15mm的块状原料，将所述尺寸为10～15mm的块状原料，800℃热处理5min，然后采用热输送装置直接送入连续通有浓度为99.9vol％的co2的转化反应器中，在400khz的电感场中自热至1500℃，反应20min，co2转化率为93％，转化产物为co。
[0050]
实施例2
[0051]
将荔枝木炭加工成φ20
×
20mm的柱状体，1000℃热处理100min，然后采用热输送装置直接送入连续通有浓度为99.9vol％的co2的转化反应器中，在1000khz的电感场中自
热至1200℃，反应30min，co2转化率为88％，转化产物为co。
[0052]
实施例3
[0053]
将烟煤破碎，筛分选取尺寸为20～25mm的原料，1100℃热处理40min，然后采用热输送装置直接送入连续通有co2浓度为21vol％的无氧烟气的转化反应器中，在20khz的电感场中自热至700℃，反应30min，co2转化率为80％，转化产物为co。
[0054]
实施例4
[0055]
将核桃壳粉料压制加工成尺寸为φ30
×
10mm的柱状体，1200℃热处理70min，然后采用热输送装置直接送入连续通有碳减排工艺捕获的二氧化碳气(co2浓度为85vol％)的转化反应器中，在800khz的电感场中自热至1200℃，反应30min，co2转化率为85％，转化产物为co。
[0056]
实施例5
[0057]
将废轮胎破碎，筛分选取尺寸为40～50mm的原料，1200℃热处理5min，然后将残炭压制成为φ30
×
30mm柱状体，然后送入连续通有变换气脱碳后浓度为95vol％的co2的转化反应器中，在200khz的电感场中自热至1000℃，反应30min，co2转化率为76％，转化产物为co。
[0058]
实施例6
[0059]
将褐煤研磨压制加工成尺寸为φ40
×
40mm的柱状体，1000℃热处理50min，然后采用热输送装置直接送入连续通有变换气脱碳后浓度为98vol％的co2的转化反应器中，在600khz的电感场中自热至1400℃，反应30min，co2转化率为87％，转化产物为co。
[0060]
实施例7
[0061]
将秸秆1000℃热处理60min后，将得到的秸秆焦粉料压制加工成直径为20～25mm的球状体，将所述球状体输送至连续通有富氧燃烧工艺捕集浓度为50vol％的co2的转化反应器中，在800khz的电感场中自热至1200℃，反应40min，co2转化率为84％，转化产物为co。
[0062]
对比例1
[0063]
将兰炭破碎，筛分选取尺寸为10～15mm的原料，800℃热处理5min，然后采用热输送装置直接送入连续通有浓度为99.9％co2的转化反应器中，并采用常规电加热至1200℃，反应20min，co2转化率为73％，转化产物为co。
[0064]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原来的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法，其特征在于，包括以下步骤：在二氧化碳气氛中，将石墨化的焦炭在电磁感应场中自热，得到一氧化碳。2.如权利要求1所述的减排方法，其特征在于，所述石墨化的焦炭包括石墨化的煤焦、石墨化的生物焦、石墨化的石油焦和石墨化的废橡胶热解焦中的一种或几种。3.如权利要求2所述的减排方法，其特征在于，所述石墨化的焦炭的制备方法包括：将焦炭源进行热处理，得到所述石墨化的焦炭；所述热处理的温度≥800℃；或将焦炭进行石墨化处理，得到所述石墨化的焦炭；所述石墨化处理的温度≥800℃。4.如权利要求3所述的减排方法，其特征在于，所述热处理的温度为1000～1200℃，时间为≥5min；或所述石墨化处理的温度为1000～1200℃，时间为≥5min。5.如权利要求3所述的减排方法，其特征在于，所述焦炭源包括煤、生物质炭、石油和废轮胎中的一种或几种；所述焦炭的尺寸≥10mm，形状为柱状、球形、椭球型或块状。6.如权利要求1所述的减排方法，其特征在于，所述二氧化碳气氛优选包括无氧烟气、变化气脱碳的二氧化碳和碳减排工艺捕获的二氧化碳中的一种或几种。7.如权利要求1所述的减排方法，其特征在于，所述电磁感应场的电感频率为20～1000khz。8.如权利要求1所述的减排方法，其特征在于，所述自热的温度为700～1500℃。

技术总结
本发明涉及节能减排技术领域，尤其涉及一种电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法。本发明提供了电感促进焦炭与二氧化碳反应的减排方法，包括以下步骤：在二氧化碳气氛中，将石墨化的焦炭在电磁感应场中自热，得到一氧化碳。本发明利用石墨化的焦炭内部的自由电子在交变磁场中产生涡电流，涡电流因焦炭的电阻而发热。由于化学反应的本质是电子迁移，焦炭内部的电子涡流势必加速焦炭的电子运动速率，促进焦炭与二氧化碳之间的反应，加速CO生成；同时，CO是一种重要的平台化工原料，广泛用于羰基合成及油品和化学品合成等有机反应，即上述方法制备得到的CO可以进行再利用。方法制备得到的CO可以进行再利用。


技术研发人员：刘振宇 王宁 刘清雅 潘岳 闫玉新
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/16