[發明專利]一種電催化甲烷-二氧化碳制合成氣的裝置與方法

有效

• 申請號: 202110430512.1
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN112897463B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 宋占龍;陳科臻;王文龍;趙希強;毛巖鵬;孫靜
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B3/40
• 分類號: C01B3/40;C01B3/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明涉及一種電催化甲烷?二氧化碳制合成氣的裝置與方法。裝置包括，反應裝置，內部設置催化劑填料區，催化劑填料區的兩側分別設置電極板，兩側的電極板分別與正負電極連接；供氣裝置，與反應裝置的供氣口連接，反應裝置的進氣口位于電極板形成的空間的外側。利用電催化進行合成氣的制備。填料區中放入了催化劑，在催化劑的兩側分別設置電極板，在兩個電極板之間形成電場，在電場的作用下，甲烷和二氧化碳氣體進行催化反應，具有反應溫度低、轉化率高的優點。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種電催化甲烷-二氧化碳制合成氣的裝置與方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

工業革命以來，人類對化石能源的需求與日俱增，但是化石能源的燃燒，排放了大量的CO₂，從而造成溫室效應的加劇。天然氣是一種高效的清潔能源，也是一種重要的化工原料；其主要成分是CH₄，因此合理的利用天然氣進行生產生活逐漸成為熱門話題，我國的天然氣市場具有很大的潛力。但是與發達國家相比，我國對天然氣的利用主要停留在將其作為原料用于城市燃氣、發電、汽車燃料等傳統領域，僅大概15％用于化工領域。隨著全球能源結構的逐步調整，國內外都在進行化工原料路線的調整，天然氣的合理利用是重中之重，也是目前化工領域的研究熱點之一。

目前，甲烷在化工領域的主要應用是重整制合成氣，CH₄生產合成氣的方式主要有三種：(1)CH₄水蒸氣重整；(2)CH₄部分氧化重整；(3)CH₄-CO₂重整。前兩種方法存在能耗高、反應機理不明確、運行成本高、H₂/CO較高(＞3)，不利于費托合成等缺點。CH₄-CO₂重整具有獨特的優勢，CH₄和CO₂兩者都是溫室氣體，CH₄-CO₂重整反應一方面可以使溫室效應得到一定的控制，另一方面又是一種新的化工原料的合成方法。此外，甲烷二氧化碳重整反應還具有天然的優勢，天然氣本身含有一定濃度的二氧化碳，此技術可以直接使用天然氣而不需要對其進行分離，能大大節約分離成本，所以近年來越來越多的學者對CH₄-CO₂重整研究投入更多的精力。

CH₄-CO₂重整方法主要有常規熱催化重整、等離子體催化重整等。常規熱催化重整法需要在高溫下進行，能耗高，催化劑也易因燒結、積碳而失活，不利于工業化。等離子體催化CH₄-CO₂重整技術的能量效率低下、設備要求高、成本高昂、操作難度大、工業運行欠缺。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種電催化甲烷-二氧化碳制合成氣的裝置與方法。

為了解決以上技術問題，本發明的技術方案為：

第一方面，一種電催化甲烷-二氧化碳制合成氣的裝置，包括，

反應裝置，內部設置催化劑填料區，催化劑填料區的兩側分別設置電極板，兩側的電極板分別與正負電極連接；

供氣裝置，與反應裝置的供氣口連接，反應裝置的進氣口位于電極板形成的空間的外側。

本發明中提出了一種制合成氣的裝置，利用電催化進行合成氣的制備。填料區中放入了催化劑，在催化劑的兩側分別設置電極板，在兩個電極板之間形成電場，所以催化劑處于電場的區域內。在電場的作用下，甲烷和二氧化碳氣體進行催化反應，具有反應溫度低、轉化率高的優點。

在本發明的一些實施方式中，反應裝置設置出氣口，出氣口設置在與進氣口相反的一端。使氣體能夠經過催化劑區域進行反應。