[發明專利]一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統及基于其的方法

在審

• 申請號: 202110998576.1
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113683055A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 郭洋;鄭力瀟;謝丹;丁鑫;成佳輝;李丹
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;C01B32/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

1.一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，包括光熱干重整單元、產物分離單元、煙氣凈化單元、換熱器(6)和氣體混合裝置(9)；換熱器(6)有兩個入口和兩個出口，第一入口連接光熱干重整單元，第二入口連接煙氣凈化單元；第一出口連接產物分離單元第二出口連接氣體混合裝置(9)的第一入口，氣體混合裝置(9)第二入口連接產物分離單元，氣體混合裝置(9)的出口連接光熱干重整單元；

所述光熱干重整單元包括：供氧裝置(1)、甲烷燃燒器(3)、光熱耦合反應器(5)、甲烷供應裝置(16)和聚光裝置(17)；甲烷供應裝置(16)的第一出口連接甲烷燃燒器(3)的入口，甲烷燃燒器(3)的入口還連接有供氧裝置(1)；甲烷供應裝置(16)的第二出口連接光熱耦合反應器(5)的第一入口；光熱耦合反應器(5)的第二入口連接甲烷燃燒器(3)的出口，光熱耦合反應器(5)的第三入口連接氣體混合裝置(9)的出口；光熱耦合反應器(5)的出口連接換熱器(6)第一入口；聚光裝置(17)設置在光熱耦合反應器(5)上方，用于為光熱耦合反應器(5)提供光源。

2.根據權利要求1所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，所述煙氣凈化單元包括：煙氣除塵裝置(11)、煙氣脫硫裝置(12)和煙氣脫硝裝置(13)；煙氣除塵裝置(11)、煙氣脫硫裝置(12)和煙氣脫硝裝置(13)順次相接，煙氣除塵裝置(11)入口連接用于收集電廠尾氣的電廠煙氣收集管路(10)，煙氣脫硝裝置(13)出口連接換熱器(6)第二入口。

3.根據權利要求1所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，所述產物分離單元包括：氣體分離裝置(7)和合成氣收集裝置(8)；氣體分離裝置(7)入口連接換熱器(6)，氣體分離裝置(7)第一出口連接合成氣收集裝置(8)，氣體分離裝置(7)第二出口連接氣體混合裝置(8)。

4.根據權利要求3所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，所述氣體分離裝置(7)采用變壓吸附氣體分離裝置。

5.根據權利要求1所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，在供氧裝置(1)和甲烷燃燒器(3)之間設置氧氣流量控制閥(2)，甲烷供應裝置(16)與甲烷燃燒器(3)之間設置甲烷流量控制閥(14)，甲烷供應裝置(16)與光熱耦合反應器(5)之間設置甲烷流量控制閥(15)；甲烷燃燒器(3)與光熱耦合反應器(5)之間設置甲烷燃燒產物流量控制閥(4)。

6.根據權利要求1所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，所述換熱器(6)為熱管式氣氣換熱器。

7.根據權利要求1所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，所述氣體混合裝置(9)為翅片混合器。

8.根據權利要求1所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，所述甲烷燃燒器(3)上設有測溫熱電偶。

9.根據權利要求1所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統，其特征在于，所述光熱耦合反應器(5)上設有控溫熱電偶。

10.基于權利要求1～9任意一項所述的一種串聯式補熱與回熱相結合的光熱耦合甲烷/二氧化碳干重整系統的方法，包括以下內容：

電廠煙氣處理凈化：來自電廠的煙氣，在煙氣凈化單元內凈化，凈化煙氣經過換熱器(6)與來自光熱耦合反應器(5)出口的高溫工藝氣換熱，換熱后的凈化煙氣與來自產物分離單元的富余甲烷、二氧化碳氣體在氣體混合裝置(9)中充分混合后，進入光熱耦合反應器(5)；

甲烷-二氧化碳光熱干重整：來自供氧裝置(1)的氧氣和甲烷供應裝置(16)的甲烷，進入甲烷燃燒器(9)燃燒，燃燒產生的熱量供應給光熱耦合反應器(5)，燃燒產生的水和二氧化碳進入光熱耦合反應器(5)，同時光熱耦合反應器(5)通過聚光裝置(17)聚集外界光源，協同干重整反應的進行；

產物分離：在光熱耦合反應器(5)反應后的高溫工藝氣，包括氫氣、一氧化碳和未反應的富余甲烷、二氧化碳，產物分離單元分離出以一氧化碳、氫氣為主的合成氣及未反應的二氧化碳、甲烷，進入換熱器(6)與凈化后的煙氣換熱后，進入產物分離單元，分離出的合成氣收集，分離出的富余甲烷、二氧化碳與凈化煙氣混合，充分混合后，進入光熱耦合反應器(5)繼續反應。