一种二氧化碳-甲烷等离子高温重整装置及高温重整方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二氧化碳

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳
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甲烷等离子高温重整装置及高温重整方法


[0001]本专利技术涉及二氧化碳
‑
甲烷重整
，具体涉及一种二氧化碳
‑
甲烷等离子高温重整装置及高温重整方法。

技术介绍

[0002]作为最丰富的碳源，二氧化碳广泛分布于地球大气，地壳之中。作为含碳物质燃烧的最终产物，也是相当稳定的C1资源，其CO＝O键平均键能约为5.5eV，即532kJ/mol。天然气的主要成分是甲烷。天然气的化工利用大致可分为两种途径：一是直接转化法，就是把天然气直接转化为某种化工产品。二是间接转化法，其主要途径是先转化为合成气，再由合成气制其它化工产品。因此，无论从资源利用还是从环境保护的角度考虑，有关二氧化碳和甲烷两种稳定的C1化合物进行转化的研究都具有重要的意义，对其综合利用不仅可以减少二氧化碳的排放，还能缓解日益紧缺的化石资源的问题。
[0003]化学反应的实质是原子或原子团的重新组合，分子活化需要能量。而甲烷二氧化碳重整需要较大的活化能。近年来，人们一方面在催化剂选择、催化剂和积碳行为以及催化反应机理等方面进行了大量卓有成效的工作，但催化活性虽高，也存在缺点，例如在高温反应条件下载体、金属发生烧结或者发生固相反应等，导致催化剂失活，使用寿命缩短。故对各种非常规方法的应用也进行了广泛探讨，其中等离子体技术在甲烷二氧化碳重整制合成气方面的应用研究较为活跃，等离子体技术反应条件较为优越，可以克服甲烷分子和二氧化碳分子的高稳定性高及热力学上的不利，同时可以替代催化剂的作用，为CO2‑
CH4转化为高附加值的化工原料提供了崭新的活化手段，为重整提供了新途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种二氧化碳
‑
甲烷等离子高温重整装置。
[0005]本专利技术的另一目的是提供基于上述装置的二氧化碳
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甲烷等离子高温重整方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种二氧化碳
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甲烷等离子高温重整装置，包括等离子体射流装置和冷却装置；
[0007]所述等离子体射流装置设置为上宽下窄的同轴空心筒状金属壳体，其变径筒体之间自然过渡，所述等离子体射流装置上端设置有等离子体炬，所述等离子体炬位于等离子体射流装置的中心轴线上，等离子体炬两侧的壳体外壁上对称设置有CO2进气口和CH4进气口，等离子体射流装置内壁敷设有多层耐火耐高温材料，等离子体射流装置下端连接压力端口用于给等离子体射流装置泄压，等离子体射流装置下部设置有装置冷却水进口，上部设置有装置冷却水出口，通过装置冷却水进口和装置冷却水出口外接循环冷却水系统；
[0008]所述冷却装置包括依次连通的喷嘴和冷却管，所述喷嘴与所述压力端口连通，喷嘴与冷却管构成L型。
[0009]优选的，所述等离子体炬包括设置形成等离子体炬内腔的筒状壳体，等离子体炬内腔中设有阴极炬，阴极炬选用中空的石墨阴极炬，在阴极炬前端设置阳极炬，阳极炬选用
黄铜阳极炬。
[0010]更优选的，所述等离子体炬还包括阴极冷却水进口、阴极冷却水出口、阳极冷却水进口、阳极冷却水出口、N2进气口一和N2进气口二，所述阴极冷却水进口、阴极冷却水出口对称设置于壳体后端外壁上，阴极冷却水进口、阴极冷却水出口所构成的水道前端连接所述阴极炬，所述阳极冷却水进口、阳极冷却水出口对称设置于阳极炬外侧，所述N2进气口一、N2进气口二对称设置于壳体后端外壁上，且N2进气口一、N2进气口二所构成的气道开设于阴极炬外侧。
[0011]优选的，所述等离子体炬设置1支，从上至下穿越上壁面垂直插入等离子体射流装置内。
[0012]进一步地，在所述冷却管上部连接有采集合成气的采样口。
[0013]本专利技术还提供基于上述装置的二氧化碳
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甲烷等离子高温重整方法，包括以下步骤：
[0014]1)甲烷和二氧化碳按体积比为1：4的混合气体通入等离子体射流装置内放电，等离子体炬功率为15KW，产生甲烷
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二氧化碳等离子体射流，产生的甲烷
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二氧化碳等离子体射流进入等离子体射流装置内部，在高温下实现甲烷
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二氧化碳等离子体的重整，重整的温度为1200℃，同时等离子体射流装置连接循环冷却水系统用以保护反应器外部的耐材；
[0015]2)反应生成的合成气利用压力端口泄压后经过喷嘴迅速进入冷却管，并在冷却管采集合成气进行组分检测。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0017]1.CH4及CO2在热等离子态下的活性离子碰撞下发生单独解离及重整，反应进行过程中无需催化剂的参与，可有效避免催化剂在高温反应条件下载体、金属发生烧结或者发生固相反应等问题。
[0018]2.等离子体炬采用二路进气可以提供更加均一稳定的等离子体射流，宏观温度为103‑
105K左右，基本接近于热力学平衡状态，具有高温热源和化学活性粒子源的双重作用，可为甲烷二氧化碳重整转化过程(强吸热反应)提供足够的能量并加速化学反应进程。
附图说明
[0019]图1为本专利技术所涉及的CO2‑
CH4等离子高温重整转化装置示意图；
[0020]图2为图1的俯视图；
[0021]图3为等离子体炬的结构示意图；
[0022]图中，1
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CO2进气口；2
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CH4进气口；3
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装置冷却水出口；4
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等离子体炬；5
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装置冷却水进口；6
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压力端口；7
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喷嘴；8
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冷却管；9
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采样口；10
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等离子体射流装置；11
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阴极冷却水进口；12
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阴极冷却水出口；13
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N2进气口一；14
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N2进气口二；15
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阳极冷却水进口；16
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阳极冷却水出口；17
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阳极炬；18
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阴极炬。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0024]如图1、图2所示，一种二氧化碳
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甲烷等离子高温重整装置，包括等离子体射流装置和冷却水系统。
[0025]所述等离子体射流装置10设置为上宽下窄的同轴空心筒状金属壳体，其变径筒体之间自然过渡。所述等离子体射流装置10上端设置有等离子体炬4，所述等离子体炬4位于等离子体射流装置10的中心轴线上，等离子体炬4两侧的壳体外壁上对称设置有CO2进气口1和CH4进气口2。等离子体炬4在等离子体射流装置10内产生高温火焰，因此等离子体射流装置10内壁敷设有耐火耐高温材料。由于火焰温度高达2000～3000℃，等离子体射流装置10内壁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳
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甲烷等离子高温重整装置，其特征在于，包括等离子体射流装置和冷却装置；所述等离子体射流装置(10)设置为上宽下窄的同轴空心筒状金属壳体，其变径筒体之间自然过渡，所述等离子体射流装置(10)上端设置有等离子体炬(4)，所述等离子体炬(4)位于等离子体射流装置(10)的中心轴线上，等离子体炬(4)两侧的壳体外壁上对称设置有CO2进气口(1)和CH4进气口(2)，等离子体射流装置(10)内壁敷设有多层耐火耐高温材料，等离子体射流装置(10)下端连接压力端口(6)用以给等离子体射流装置(10)泄压，等离子体射流装置(10)下部设置有装置冷却水进口(5)，上部设置有装置冷却水出口(3)，通过装置冷却水进口(5)和装置冷却水出口(3)外接循环冷却水系统；所述冷却装置包括依次连通的喷嘴(7)和冷却管(8)，所述喷嘴(7)与所述压力端口(6)连通，喷嘴(7)与冷却管(8)构成L型。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳
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甲烷等离子高温重整装置，其特征在于，所述等离子体炬(4)包括设置形成等离子体炬内腔的筒状壳体，等离子体炬内腔中设有阴极炬(18)，阴极炬(18)选用中空的石墨阴极炬，在阴极炬(18)前端设置阳极炬(17)，阳极炬(17)选用黄铜阳极炬。3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳
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甲烷等离子高温重整装置，其特征在于，所述等离子体炬(4)还包括阴极冷却水进口(11)、阴极冷却水出口(12)、阳极冷却水进口(15)、阳极冷却水出口(16)、N2进气口一(13)和N2进气口二(14)，所述阴极冷却水进口(11)、阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟献梁，叶泽甫，褚睿智，朱竹军，吴国光，宋上，李晓，李玉赛，江晓凤，李伟松，俞时，孔卉茹，
申请(专利权)人：山西格盟中美清洁能源研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：