【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源化工领域，具体涉及一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统及方法。
技术介绍
1、甲烷会导致气候变暖，二氧化碳是最主要的温室气体，二氧化碳的转化与利用受到了越来越多的关注。
2、甲烷的干重整反应将两种温室气体转化为可利用的氢气与一氧化碳气体，此反应被认为是降低二氧化碳含量的一种极具潜力的方法。甲烷干重整反应是一个强吸热反应，反应温度高达1000℃，则需要提供强大的热源，传统的外部加热方式不仅加热效果一般而且还会损失巨大的能量，同时传统的外部加热方式加热升温需要等待很长时间，冗长的加热时间导致催化辅助氧化物长期处于高温下易出现积碳和烧结失活的现象，在时间、成本和能源效率等方面还存在许多问题；因此本专利技术提出一种在反应器内部设置电热丝加热且使用绿电加热甲烷干重整制合成气的方法。
3、现有技术是将催化剂粉末填充于反应器的中部，反应器放置于管式加热炉中采用外部加热，甲烷与二氧化碳按比例同时通入进行反应，同时通入后可能会产生催化剂的失活和积碳，导致催化剂的使用寿命降低，且多气体同时通入，其干重整反应的温度和压力的控制要求较高，因此其反应效果达不到理想效果。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统及方法，本专利技术以内置电热丝加热方式进行供热条件下，用氧化物充当催化辅助氧化物，反应器在高温下与甲烷发生氧化反应；换向阀换向，原料气体流通方向改变，反应器变为还原反应，实现催化辅助氧化物的再生。
2、一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，包括1个反应器、3个换向阀、2个气体分离器、2个换热器和2个储气柜；
3、所述第一换向阀设有2个进气口，第一换向阀进气口ⅰ通入甲烷，第一换向阀进气口ⅱ通入二氧化碳；第一换向阀的出气口ⅰ连接第一反应器进气口，第一反应器出气口连接第二换向阀进气口ⅰ，第二换向阀出气口ⅰ连接第一气体分离器进气口，第一气体分离器出气口ⅰ连接第一换热器进气口，第一换热器出气口连接第一储气柜进气口，第一储气柜储存一氧化碳和氢气的混合气，第一气体分离器出气口ⅱ连接第三换向阀进气口ⅰ；
4、第二换向阀出气口ⅱ连接第二气体分离器进气口，第二气体分离器出口气ⅰ连接第二换热器进气口，第二换热器出气口连接第二储气柜进气口，第二储气柜储存一氧化碳；第二气体分离器的出气口ⅱ连接第三换向阀进气口ⅱ；
5、第三换向阀出气口ⅰ连接第一反应器进气口；
6、第一换热器冷水进水口处设有第一换热器冷水流量阀门；第二换热器冷水进水口处设有第二换热器冷水流量阀门；第一换热器底部设有第一换热器水蒸汽出口；第二换热器底部设有第二换热器水蒸汽出口；第一换热器水蒸气出口、第二换热器水蒸气出口设有蒸汽管网，第一换向阀的出气口ⅰ与第一反应器进气口的连接线路上设有原料流量阀门。
7、一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，还包括第二反应器，第一换向阀还包括出气口ⅱ，第二换向阀还包括进气口ⅱ，第三换向阀还包括出气口ⅱ；
8、第一换向阀出气口ⅱ连接第二反应器进气口，第二反应器出气口连接第二换向阀进气口ⅱ，第二反应器发生氧化反应和还原反应，第二反应器中甲烷发生氧化反应生成的一氧化碳和氢气混合气通过第二换向阀出气口ⅰ、第一气体分离器、第一换热器，最后储存在第一储气柜；第二反应器中二氧化碳发生还原反应生成的一氧化碳通过第二换向阀出气口ⅱ，第二气体分离器、第二换热器，最后储存在第二储气柜；
9、第一换向阀出气口ⅱ与第二反应器进气口的连接线路上设有原料流量阀门；
10、所述第二反应器与第一反应器交替通入甲烷和二氧化碳，交替进行氧化反应、还原反应，当第一反应器进行氧化反应时，第二反应器进行还原反应。
11、所述第一反应器与第二反应器的结构相同，第一反应器内部设有多个电热丝，电热丝呈螺旋状，电热丝交错布置，电热丝间距为0.3～0.6m。
12、所述电热丝当量直径为0.5～4mm，节距为5～25mm；材料为铁铬铝合金或镍铬合金或钨合金或钼合金。
13、所述加热电热丝上均匀涂覆催化辅助氧化物，涂覆厚度为2～4mm；催化辅助氧化物为复合金属氧化物或单金属氧化物或钙钛矿。
14、所述第一反应器、第二反应器的电源由绿色电源提供，绿色电源为太阳能发电或风力发电或水力发电。
15、一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的方法，基于上述的系统实现，具体包括以下步骤：
16、步骤1：催化辅助氧化物的选择和涂覆
17、根据工作环境选择合适的催化辅助氧化物，并将其均匀涂覆在电热丝上；
18、步骤2：第一反应器发生氧化反应
19、选择太阳能发电或风力发电或水力发电，给第一反应器的电热丝通电，电热丝的温度加热至700℃-900℃，待第一反应器内温度达到要求后调整第一换向阀流通方向，控制第一换向阀进气口ⅰ与第一反应器接通，并开启第一反应器线路上的原料流量阀门，甲烷进入第一反应器发生氧化反应，开启第一换热器冷水流量阀门，调整第二换向阀流通方向，使第一反应器中排出的气体经过第二换向阀出气口ⅰ进入第一气体分离器，调整第三换向阀流通方向，使从第一气体分离器分离出的甲烷气体通过第三换向阀进气口ⅰ、第三换向阀出气口ⅰ重新进入第一反应器内；第一气体分离器制成的氢气与一氧化碳合成气从第一气体分离器出气口ⅰ流入第一换热器，并将氢气与一氧化碳合成气存储在第一储气柜；
20、步骤3：第一反应器发生还原反应
21、三个换向阀同时自动换向，开启第二换热器冷水流量阀门，第一换向阀进气口ⅱ通入二氧化碳，并流入第一反应器；第一反应器内发生还原反应，第一反应器内实现催化辅助氧化物氧化再生，生成的一氧化碳依次通过第二换向阀出气口ⅱ、第二气体分离器出气口ⅰ、第二换热器出气口储存在第二储气柜中，第二气体分离器分离出的二氧化碳气体经过第二分离器出气口ⅱ、第三换向阀进气口ⅱ、第三换向阀出气口ⅰ重新进入第一反应器内；
22、步骤4：第一反应器循环通入甲烷、二氧化碳进行氧化反应和还原反应，直至完成制备。
23、所述催化辅助氧化物表面温度为600～900，℃第一反应器内空速为10000～20000l/h/kg，第一反应器内的压强为0.1～0.5mpa。
24、一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的方法，基于上述的系统实现，具体包括以下步骤：
25、步骤1：催化辅助氧化物的选择和涂覆
26、根据工作环境选择合适的催化辅助氧化物，并将其均匀涂覆在电热丝上；
27、步骤2：第一反应器发生氧化反应
28、选择太阳能发电或风力发电或水力发电，给第一反应器的电热丝通电，电热丝的温度加热至700℃-900℃，待第一反应器内温度达到要求后调整第一换向阀流通方向，控制第一换向阀进气口ⅰ与第一反应器接通，并开启第一反应器线路上的原料流量阀门，甲烷进入第一反应器发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，包括1个反应器、3个换向阀、2个气体分离器、2个换热器和2个储气柜；
2.根据权利要求1所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，还包括第二反应器，第一换向阀还包括出气口Ⅱ，第二换向阀还包括进气口Ⅱ，第三换向阀还包括出气口Ⅱ；
3.根据权利要求2所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，所述第一反应器与第二反应器的结构相同，第一反应器内部设有多个电热丝，电热丝呈螺旋状，电热丝交错布置，电热丝间距为0.3～0.6m。
4.根据权利要求3所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，所述电热丝当量直径为0.5～4mm，节距为5～25mm；材料为铁铬铝合金或镍铬合金或钨合金或钼合金。
5.根据权利要求3所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，所述加热电热丝上均匀涂覆催化辅助氧化物，涂覆厚度为2～4mm；催化辅助氧化物为复合金属氧化物或单金属氧化物或钙钛矿。
6.一种内供热的甲烷干重
7.根据权利要求6所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的方法，其特征在于，所述步骤2～4中，第一反应器发生氧化反应或还原反应时催化辅助氧化物表面温度为600～900℃，第一反应器内空速为10000～20000L/h/kg，第一反应器内的压强为0.1～0.5Mpa。
8.一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的方法，基于权利要求2所述的系统实现，其特征在于，具体包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的方法，其特征在于，所述步骤2～4中，第一反应器、第二反应器发生氧化反应或还原反应时催化辅助氧化物表面温度为600～900℃，第一反应器、第二反应器内空速为10000～20000L/h/kg，第一反应器、第二反应器内的压强为0.1～0.5Mpa。
...【技术特征摘要】
1.一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，包括1个反应器、3个换向阀、2个气体分离器、2个换热器和2个储气柜；
2.根据权利要求1所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，还包括第二反应器，第一换向阀还包括出气口ⅱ，第二换向阀还包括进气口ⅱ，第三换向阀还包括出气口ⅱ；
3.根据权利要求2所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，所述第一反应器与第二反应器的结构相同，第一反应器内部设有多个电热丝，电热丝呈螺旋状，电热丝交错布置，电热丝间距为0.3～0.6m。
4.根据权利要求3所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，所述电热丝当量直径为0.5～4mm，节距为5～25mm；材料为铁铬铝合金或镍铬合金或钨合金或钼合金。
5.根据权利要求3所述的一种内供热的甲烷干重整制备高品质合成气的系统，其特征在于，所述加热电热丝上均匀涂覆催化辅助氧化物，涂覆厚度为2～4mm；催化...
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