一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于等离子体重整甲烷技术领域，公开了一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置及方法，所述的装置包括反应器、电源和两个磁场发生装置；所述反应器包括玻璃反应罩和等离子体电极，所述玻璃反应罩的两端分别连接有进气管路和出气管路，所述等离子体电极安装于玻璃反应罩内；所述电源设置于反应器外部，并为等离子体电极供电；两个磁场发生装置同轴套设于所述玻璃反应罩的外壁上，并形成中间弱边缘强的驱动磁场，以降低反应器内部电子的损失，所述等离子体中的带电粒子通过驱动磁场进行运动驱动，并在玻璃反应罩内与含有甲烷的反应气体混合进行重整反应，由此能够增大电子与CH4分子的碰撞频率，从而达到提高甲烷转化率的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置及方法


[0001]本专利技术属于等离子体重整甲烷
，具体涉及一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置及方法。

技术介绍

[0002]CH4是一种比石油与煤炭更加清洁的能源，广泛存在于油田气、煤层气及生物气中，在全球能源结构中占据越来越重要的地位。同时，CH4也是一种十分理想的化工原料，全球约50％的氢气生产过程需利用CH4重整反应；但是，由于CH4化学性质十分稳定(C
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H键平均键能约4.3eV)，在常规的条件下很难活化，而采用等离子体重整技术能够在较温和条件下将CH4转化为具有高附加值化工产品。等离子体重整CH4虽可突破传统催化工艺的限制在低温条件下实现CH4重整反应，但是如何在更低能耗下获得高转化率以及克服重整过程中所产生积碳对放电的干扰是亟需解决的两个关键问题。
[0003]针对于CH4重整，未参与反应的CH4分为两部分，即重整尾气中可检测到的CH4以及反应器中以积碳形式存在的CH4，由此可见，提高CH4转化率能够有效减少积碳。目前，研究人员通常采用两种手段提高CH4转化率：
[0004]一种手段是增加等离子体放电功率，从而增加活性粒子数密度实现CH4转化率的提高，但是该方法将导致能耗增加；
[0005]另一种手段是增大氧碳比(O/C)数值，从而增加氧气浓度减少积碳而实现CH4转化率的提高，但是增大O/C将导致重整产物过度氧化而生成大量低附加值产物(如H2O与CO2)。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置及方法，以在不增加能耗和低附加值产物的前提下提高甲烷转化率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置，包括反应器、电源和两个永磁环；
[0009]所述反应器包括玻璃反应罩和等离子体电极，所述玻璃反应罩的两端分别连接有进气管路和出气管路，且所述等离子体电极安装于玻璃反应罩内，并靠近进气管路；所述进气管路用于向玻璃反应罩内供入含有甲烷的反应气体，所述出气管路用于导出玻璃反应罩内重整反应后的尾气；
[0010]所述电源设置于所述反应器的外部，并为所述等离子体电极供电，使等离子体电极在所述玻璃反应罩内产生含有带电粒子的等离子体；
[0011]两个磁场发生装置，均同轴套设于所述玻璃反应罩的外壁上，形成中间弱边缘强的磁场，等离子体中的带电粒子在所述磁场作用下向反应器中心运动，并与含有甲烷的反应气体混合进行重整反应。
[0012]优选的，所述玻璃反应罩采用石英玻璃制成，且所述玻璃反应罩靠近出气管路的一端为弧形结构。
[0013]优选的，所述进气管路包括第一气体供应管路、第二气体供应管路和预混管路；所述预混管路的一端与玻璃反应罩连接，所述第一气体供应管路和第二气体供应管路均与预混管路的另一端连接，且第一气体与第二气体在所述预混管路中混合形成含有甲烷的反应气体。
[0014]优选的，所述第一气体供应管路为甲烷供应管路，用于向所述预混管路内导入甲烷。
[0015]优选的，所述第二气体供应管路为空气供应管路或者空气与水蒸气的混合气体供应管路，用于向所述预混管路内导入空气或者空气与水蒸气的混合气体。
[0016]优选的，所述第一气体供应管路、第二气体供应管路和预混管路上均设置有流量计。
[0017]优选的，所述玻璃反应罩内还安装有电极固定板，所述电极固定板为陶瓷板，且所述等离子体电极固定安装于电极固定板上。
[0018]优选的，所述等离子体电极对称设有两个，且所述电源的正负极分别与两个等离子体电极相连接。
[0019]优选的，所述电源为交流电源，且交流电源由铜线缠绕在铁芯上构成。
[0020]为实现上述目的，本专利技术还提供如下技术方案：
[0021]一种提高等离子体重整甲烷转化率的方法，具体，采用上述公开的提高等离子体重整甲烷转化率的装置对含有甲烷的反应气体进行重整即可。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0023]本专利技术在反应器外壁上安装永磁环，一方面通过永磁环形成中间弱边缘强的驱动磁场，大量带电粒子在磁场作用下向反应器中心运动，能够降低等离子体中电子等带电粒子在器壁的复合湮灭，从而避免电子在器壁表面的衰减，降低反应器内部电子的损失，使更多电子参与CH4重整反应；另一方面电子等带电粒子在磁场作用下作回旋运动，使电子运行路径长度增加，由此能够增大电子与CH4分子的碰撞频率，从而达到提高甲烷转化率的目的。
附图说明
[0024]图1为本专利技术所提供的提高等离子体重整甲烷转化率的装置外观示意图；
[0025]图2为本专利技术所提供的提高等离子体重整甲烷转化率的装置结构示意图；
[0026]图中：1
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反应器、11
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玻璃反应罩、12
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等离子体电极、13
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进气管路、131
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第一气体供应管路、132
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第二气体供应管路、133
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预混管路、14
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出气管路、15
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电极固定板、2
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电源、3
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永磁环。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]在本专利技术中，提供了一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置，具体请参阅图1
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图2所示，所述的装置包括反应器1、电源2和带电粒子驱动组件，其中：。
[0029]反应器1包括玻璃反应罩11和等离子体电极12，玻璃反应罩11的两端分别连接有进气管路13和出气管路14，且等离子体电极12安装于玻璃反应罩11内，并靠近进气管路13；进气管路13用于向玻璃反应罩11内供入含有甲烷的反应气体，出气管路14用于导出玻璃反应罩11内重整反应后的尾气；
[0030]上述，玻璃反应罩11采用石英玻璃制成，且玻璃反应罩11靠近出气管路14的一端为弧形结构；
[0031]上述，进气管路13包括第一气体供应管路131、第二气体供应管路132和预混管路133；预混管路133的一端与玻璃反应罩11连接，第一气体供应管路131和第二气体供应管路132均与预混管路133的另一端连接，且第一气体与第二气体在预混管路133中混合形成含有甲烷的反应气体。具体的，第一气体供应管路131为甲烷供应管路，用于向预混管路133内导入甲烷，第二气体供应管路132为空气供应管路或者空气与水蒸气的混合气体供应管路，用于向预混管路133内导入空气或者空气与水蒸气的混合气体。另外，在第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置，其特征在于，包括：反应器(1)，且所述反应器(1)包括玻璃反应罩(11)和等离子体电极(12)，所述玻璃反应罩(11)的两端分别连接有进气管路(13)和出气管路(14)，且所述等离子体电极(12)安装于玻璃反应罩(11)内，并靠近进气管路(13)；所述进气管路(13)用于向玻璃反应罩(11)内供入含有甲烷的反应气体，所述出气管路(14)用于导出玻璃反应罩(11)内重整反应后的尾气；电源(2)，且所述电源(2)设置于所述反应器(1)的外部，并为所述等离子体电极(12)供电，使等离子体电极(12)在所述玻璃反应罩(11)内产生含有带电粒子的等离子体；两个磁场发生装置(3)，均同轴套设于所述玻璃反应罩(11)的外壁上，形成中间弱边缘强的磁场，等离子体中的带电粒子在所述磁场作用下向反应器中心运动，并与含有甲烷的反应气体混合进行重整反应。2.根据权利要求1所述的一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置，其特征在于：所述玻璃反应罩(11)采用石英玻璃制成，且所述玻璃反应罩(11)靠近出气管路(14)的一端为弧形结构。3.根据权利要求1所述的一种提高等离子体重整甲烷转化率的装置，其特征在于：所述进气管路(13)包括第一气体供应管路(131)、第二气体供应管路(132)和预混管路(133)；所述预混管路(133)的一端与玻璃反应罩(11)连接，所述第一气体供应管路(131)和第二气体供应管路(132)均与预混管路(133)的另一端连接，且第一气体与第二气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，刘一荻，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：