[發(fā)明專利]一種甲烷重整裝置及甲烷重整方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910239733.3
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN109911850A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘杰;康宗敏;白成杰;姜守振;修顯武;張超
• 申請（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號: C01B3/40
• 分類號: C01B3/40
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發(fā)明屬于甲烷重整技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種甲烷重整裝置及甲烷重整方法。所述裝置包括：氣路，反應(yīng)器，循環(huán)水路和電路，所述氣路與反應(yīng)器連通；所述反應(yīng)器包括石英玻璃管和高壓電極，所述石英玻璃管靠近安裝有高壓電極的一端設(shè)置有若干組進(jìn)氣管；所述預(yù)混閥分為第一支路、第二支路和第三支路，第一支路與進(jìn)氣口連通，第二支路和第三支路均和進(jìn)氣管連通；所述循環(huán)水路設(shè)置在石英玻璃管的外表面上，所述電路的正極、負(fù)極分別與高壓電極和循環(huán)水路連接。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)的旋風(fēng)DBD等離子體協(xié)同TiO₂光催化提高甲烷重整的轉(zhuǎn)化率，并利用循環(huán)水做陰極達(dá)到散熱和控溫效果，解決傳統(tǒng)DBD等離子體甲烷重整存在的轉(zhuǎn)化率低、溫度高和穩(wěn)定性差等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于甲烷重整技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種甲烷重整裝置及甲烷重整方法。

背景技術(shù)

本發(fā)明背景技術(shù)公開的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

人類社會(huì)對石油、煤炭、天然氣等化石能源的需求日益增加，但石油、煤炭的已探明儲(chǔ)量有限，如何高效利用相對豐富的天然氣資源，成為解決當(dāng)今化石能源緊缺的重要突破口。甲烷作為天然氣的主要成分，是含氫量最高的碳?xì)浠衔铮梢灾苯幼鳛槿剂匣蛘咧卣麨闅錃夂推渌吒郊又堤細(xì)浠衔铮缫蚁⒁胰病⒓状肌⒁掖嫉取＜淄橹卣玫降臍錃馐歉咝А⒏邿嶂岛颓鍧嵉娜剂希渌吒郊又堤細(xì)浠衔锸侵匾幕ぴ稀４送猓m然甲烷是一種相對價(jià)格低廉、來源廣泛的碳?xì)浠衔铮谠斐蓽厥倚?yīng)的同時(shí)破壞地球臭氧層，因而甲烷的資源化利用在環(huán)境保護(hù)方面也有重要意義。

甲烷分子有完全對稱的正四面體結(jié)構(gòu)和很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。按照熱力學(xué)平衡狀態(tài)，等離子體分為低溫等離子體和高溫等離子體，等離子體是氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)以外的物質(zhì)第四態(tài)，放電產(chǎn)生的等離子體富含電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子以及自由基，這些粒子與甲烷分子發(fā)生碰撞，能夠在相對溫和的條件下實(shí)現(xiàn)甲烷重整。

低溫等離子體可以在常溫常壓下產(chǎn)生，具有成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。低溫等離子體可以通過多種放電方式產(chǎn)生，例如：介質(zhì)阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge:DBD)。DBD是指將絕緣介質(zhì)置于高壓電極與低壓電極之間進(jìn)行放電。相比于其他放電方式，DBD的能耗低、體積大、放電均勻穩(wěn)定、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡明，在甲烷重整方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

例如，專利文獻(xiàn)CN104071747B公開了種等離子體甲烷重整制備合成氣的方法。反應(yīng)器的兩極間距為0.5-18mm；采用管板式反應(yīng)器時(shí)，以金屬管或者有孔圓形金屬箔片作為高壓電極和接地電極，兩極間可以互換；采用管管式反應(yīng)器時(shí)，高壓電極和接地電極均為金屬管。混合氣體在反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間為0.01-100s；放電反應(yīng)溫度為25-600℃；放電反應(yīng)壓力為-0.06-0.5MPa；混合氣體包括甲烷、二氧化碳和氧氣。當(dāng)采用甲烷、氧氣、二氧化碳進(jìn)料時(shí)，O₂添加氣的目的是克服已有研究中的放電積碳問題，通過改變混合氣的進(jìn)料比從而調(diào)節(jié)產(chǎn)物中合成氣的氫碳比，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)沒有任何積碳生成，綜合利用甲烷和二氧化碳兩種溫室氣體。王皓等在文章《介質(zhì)阻擋放電等離子體甲烷部分氧化重整制氫》中用自制的介質(zhì)阻擋放電等離子體重整制氫裝置進(jìn)行了甲烷部分氧化重整制氫的實(shí)驗(yàn)研究。然而，本發(fā)明認(rèn)為，現(xiàn)有的這些用于甲烷重整的裝置和方法仍然存在轉(zhuǎn)化率低、溫度高和穩(wěn)定性差等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種甲烷重整裝置及甲烷重整方法。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)的旋風(fēng)DBD等離子體協(xié)同TiO₂光催化提高甲烷重整的轉(zhuǎn)化效率，并利用循環(huán)水做陰極達(dá)到散熱和控溫效果，解決傳統(tǒng)DBD等離子體甲烷重整存在的轉(zhuǎn)化率低、溫度高和穩(wěn)定性差等問題。

本發(fā)明的第一目的，是提供一種甲烷重整裝置。

本發(fā)明的第二目的，是提供一種甲烷重整方法。

本發(fā)明的第三目的，提供所述甲烷重整裝置及甲烷重整方法的應(yīng)用。