[發明專利]一種溫室氣體重整制備合成氣的反應器及方法

有效

• 申請號: 201510428436.5
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN105056858B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 吳祖良;王家興;郭海慧;姚水良
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: B01J19/08
• 分類號: B01J19/08;B01J8/00;C01B3/34;C01B3/40
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 黃平英

技術領域

本發明涉及一種溫室氣體治理技術領域，具體涉及一種溫室氣體重整制備合成氣的反應器及方法。

背景技術

溫室氣體(GrennhouseGas,簡稱GHG)是具有類似溫室的效應的氣體，包括大氣中的水蒸氣、二氧化碳、一氧化二氮及甲烷等，它能讓太陽的短波輻射近乎毫無衰減地通過，但卻可以吸收地球長波輻射。溫室氣體來源自然源和人為源，大氣中的溫室氣體濃度增加主要來自于人為源。溫室氣體造成溫室效應使地球氣候變化，引起冰川融化、海平面上升、出現極端天氣，生物生存及多樣性受到威脅。從1880年到2012年，全球地表平均溫度大約升高了0.85℃，1983-2012年是過去1400年來最熱的30年，中國字1913年來地表平均溫度上升了0.91℃，最近60年，平均每年升高約0.23℃，幾乎是全球的兩倍(IPCC.ClimateChange.Synthesisreport2014[online]Availableat<http://www.ipcc.ch/index.htm>)。

CO₂和CH₄是目前為止發現的最為重要的兩種溫室氣體，雖然它們是溫室氣體，但同時也可作為重整制備合成氣過程中的碳源。近年來國內外對于CO₂/CH₄的重整合成比較熱門。NazimMuradov和FranklynSmith(Energy&Fuels，2008,22：2053–2060)模擬垃圾填埋氣，發現將CH₄與CO₂的摩爾比定為1.3，在一個大氣壓，850℃條件下，釕，銥，鉑，銠等貴金屬催化劑對CH₄/CO₂干重整轉化為合成氣有促進作用，H₂和CO的生成比例接近于等摩爾，且轉化后只剩余少量CO₂。整個體系在1h之內達到穩態，在反應起始的5h之內，催化劑有明顯的失活，催化劑表面的積碳也檢測不到。

Effendi等人(A.Effendi,K.Hellgardt,Z.G.Zhang,T.Yoshida.Fuel，2005，84：869–874)研究了流化床反應器中模擬沼氣水蒸氣重整耦合兩階段CO變換制氫反應。將CH₄與CO₂模擬沼氣，兩者摩爾比為1.5，使用11.5％的Ni/A1₂O₃催化劑，反應中通入過量的水蒸氣來抑制形成積碳，CH₄的轉化率達到了98％以上。在高溫(523～723K)和低溫段(423～523K)使用基于Cu/Fe/Cr和Cu/Zn商業催化劑進行CO變換反應，CO濃度降低，優化H₂的產量、濃度和產率，最終產品H₂體積比占68％而CO僅占0.2％。

PhilipG.Rutberg等人(PhilipG.Rutberg,VadimA.Kuznetsov,VictorE.Popov，etal.AppliedEnergy.2015,148:159-168)通過將CO₂+H₂O+CH₄混合氣利用等離子體方法后得到H₂和CO總含量接近95％，H₂與CO的比率接近2.1。

等離子體方法處理溫室氣體制備合成氣(CO和H₂)是近年來在能源領域非常熱門的新方法，等離子體方法能在常溫常壓下離解CO₂和CH₄，而且合成氣的產率大大提高，這解決了傳統熱催化技術的低能量效率問題，為溫室氣體制備合成氣提供了新的途徑和方法。但是目前的等離子體溫室氣體處理裝置仍然存在合成氣產率不高、能耗效率較低、積碳產生等問題。

發明內容

本發明針對大氣中的兩種溫室氣體CH₄和CO₂，提供一種溫室氣體重整制備合成氣的反應器及方法，有效解決了轉化效率及能量利用率低、催化劑堵塞等問題。

一種溫室氣體重整制備合成氣的反應器，包括：

殼體，該殼體的一端為進氣端，另一端為出氣端，進氣端與出氣端均用封蓋密封；

若干根進氣中空金屬管，貫穿進氣端的封蓋且均接地，中空腔體為進氣通道；

出氣中空金屬管，貫穿出氣端的封蓋，中空腔體為出氣通道；