CN105731374A - 一种基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统，包括甲烷改制反应器1，热管吸热器2，热管3以及燃气燃烧应用装置5，所述甲烷改制反应器1与热管吸热器2通过隔板组为一体，所述热管3穿过隔板两端分别置于甲烷改制反应器1和热管吸热器2中，所述甲烷改制反应器1下、上端分别设置有一次能源进口管和粗燃气出口管，所述粗燃气出口管与燃气燃烧应用装置5连接，所述改制气燃烧应用装置5设置有改制气排除口和烟气排出口。本发明公开的外热式甲烷改制系统的效率比常规气化反应器或改制反应器的效率高，具有较高的潜在节能效益。

Description

一种基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统
技术领域
本发明涉及一种甲烷改制系统，具体涉及一种基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统。
背景技术
甲烷是天然气、矿井气、沼气的主要成份，是重要的化石能源之一。由于化石能源是不可再生能源，随着人类需要的能耗日益增加，化石能源的储量日益减少，其储采比仅数十年，不久的未来将会出现化石能源枯竭的问题。为应对这一问题，需要在科学原理的基础上，尽量提高化石能源转换过程的效率，以达到节约使用能源的目的。
化石能源利用过程主要是燃烧热能的利用。由于燃烧和热能传递的过程均为熵增加的过程，终端能源产品的值必然降低。本专利的目的是为了提高化石能源利用过程的效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于二氧化碳循环的外热式甲烷改制系统，该系统可以提高化石能源利用过程的效率。
为达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统，包括甲烷改制反应器1，热管吸热器2，热管3以及燃气燃烧应用装置5，所述甲烷改制反应器1与热管吸热器2通过隔板组为一体，所述热管3穿过隔板两端分别置于甲烷改制反应器1和热管吸热器2中，所述甲烷改制反应器1下、上端分别设置有一次能源进口管和粗燃气出口管，所述粗燃气出口管与燃气燃烧应用装置5连接，所述燃气燃烧应用装置5设置有改制气排除口和烟气排出口。
优选的，所述系统还包括工质捕集与升压器6和工质升温器7，所述烟气排出口与工质捕集与升压器6连接，所述工质捕集与升压器6设置有尾气排出口和工质排出口，所述工质排出口与工质升温器7连接，工质经升温器7升温后循环至甲烷改制反应器1内。
优选的，所述热管吸热器2与工质升温器7之间设置有连通管道。
优选的，所述粗燃气出口管上安装有燃气净化冷却器4。
优选的，所述热管3为高温热管。
优选的，所述工质升温器7还设置有用于排除不能利用的热源介质排出口。
优选的，所述工质为二氧化碳或水蒸汽。
本发明的有益效果在于：
1)本发明公开的外热式甲烷改制系统的效率比常规气化反应器或改制反应器的效率高，具有较高的潜在节能效益；
2)当化学工质为二氧化碳时，由于二氧化碳工质循环利用，降低了二氧化碳的排放量，具有显著的二氧化碳减排效果；由于二氧化碳工质循环利用，降低了二氧化碳的排放量，具有显著的二氧化碳减排效果。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1表示基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统示意图。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
参照图1所示的基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统示意图，其中1——甲烷改制反应器；2——热管吸热器；3——热管；4——燃气净化冷却器；5—燃气燃烧应用装置；6——工质捕集与升压器；7——工质升温器7。工质——二氧化碳或水蒸汽；一次能源——甲烷；二次能源——改制气。
实施例1
一种基于二氧化碳循环的外热式甲烷改制系统，包括甲烷改制反应器1，热管吸热器2，热管3以及燃气燃烧应用装置5，所述甲烷改制反应器1与热管吸热器2通过隔板组为一体，所述热管3穿过隔板两端分别置于甲烷改制反应器1和热管吸热器2中，所述甲烷改制反应器1下、上端分别设置有一次能源进口管和粗燃气出口管，所述粗燃气出口管与燃气燃烧应用装置5连接，所述改制气燃烧应用装置5设置有改制气排除口和烟气排出口。，所述系统还包括工质捕集与升压器6和工质升温器7，所述烟气排出口与工质捕集与升压器6连接，所述工质捕集与升压器6设置有尾气排出口和工质排出口，所述工质排出口与工质升温器7连接，工质经升温器7升温后循环至甲烷改制反应器1内。所述热管吸热器2与工质升温器7之间设置有连通管道。所述粗燃气出口管上安装有燃气净化冷却器4。所述热管3为高温热管。所述工质升温器7还设置有用于排除不能利用的热源介质排出口。
具体实施方式如下：甲烷和二氧化碳通入反应器1中进行反应，反应所需热量由热管3从热管传递来的热量提供。在反应器1中，一次能源与化学工质进行反应，改制生成的燃气进入燃气净化冷却器4中；在粗燃气净化冷却器4中，燃气中的颗粒物和硫化物被脱除后，成为含CO、H2为主的燃气，供给燃气燃烧应用装置5用；燃气燃烧应用装置5中，燃气燃烧提供二次能源外供，同时生成的烟气进入工质捕集与升压器6中，捕集的二氧化碳送入工质升温器7；工质升温与升压为气态工质后，进入反应器1，与甲烷继续进行反应，循环进行。热源介质进入热管吸热段2，将热量传递给热管3后，又进入工质升温器7中，将工质升温气化后外排。
下面主要以二氧化碳作为化学工质进行说明。甲烷与二氧化碳的改制反应如下：
甲烷的改制反应：
CH4+CO2＝2CO+2H2ΔH＝+246.39kJ/mol
甲烷及其改制气的燃烧反应：
CH4+2O2＝CO2+2H2OΔH＝-803.07kJ/mol
CO+0.5O2＝CO2ΔH＝-282.99kJ/mol
H2+0.5O2＝H2OΔH＝-241.75kJ/mol
不同温度热能的值相差较大，设环境温度为298K，不同温度下1kJ热能的值见下表。
甲烷及其改制气的燃烧温度为2000K，甲烷的改制温度为1000K，环境温度约为298K。甲烷改制前后的值变化计算如下。
1mol甲烷直接燃烧得为803.07×0.851＝683.41kJ。
1mol甲烷采用二氧化碳改制吸热而消耗为：246.39×0.702＝172.97kJ；甲烷改制气燃烧得为：2×(282.99+241.75)×0.851＝893.11kJ；二次燃料得减去改制消耗后净得为：893.11-172.97＝720.14kJ。
显然1mol甲烷采用二氧化碳改制后的燃气燃烧得为比1mol甲烷直接燃烧得分别多720.14-683.41＝36.73kJ。
上述计算结果表明，甲烷经二氧化碳外热式改制后得到的改制气总热值比甲烷的热值高。根据这一理论，将甲烷在低于燃烧反应温度下进行外热式改制，能使甲烷的值提高。
并且化学工质为二氧化碳时，由于二氧化碳工质循环利用，降低了二氧化碳的排放量，具有显著的二氧化碳减排效果；由于二氧化碳工质循环利用，降低了二氧化碳的排放量，具有显著的二氧化碳减排效果。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统，其特征在于，包括甲烷改制反应器(1)，热管吸热器(2)，热管(3)以及燃气燃烧应用装置(5)，所述甲烷改制反应器(1)与热管吸热器(2)通过隔板组为一体，所述热管(3)穿过隔板两端分别置于甲烷改制反应器(1)和热管吸热器(2)中，所述甲烷改制反应器(1)下、上端分别设置有一次能源进口管和粗燃气出口管，所述粗燃气出口管与燃气燃烧应用装置(5)连接，所述燃烧应用装置(5)设置有改制气排除口和烟气排出口。
2.根据权利要求1所述外热式甲烷改制系统，其特征在于，所述系统还包括工质捕集与升压器(6)和工质升温器(7)，所述烟气排出口与工质捕集与升压器(6)连接，所述工质捕集与升压器(6)设置有尾气排出口和工质排出口，所述工质排出口与工质升温器(7)连接，工质经升温器(7)升温后循环至甲烷改制反应器(1)内。
3.根据权利要求1所述外热式甲烷改制系统，其特征在于，所述热管吸热器(2)与工质升温器(7)之间设置有连通管道。
4.根据权利要求1所述外热式甲烷改制系统，其特征在于，所述粗燃气出口管上安装有燃气净化冷却器(4)。
5.根据权利要求1所述外热式甲烷改制系统，其特征在于，所述热管(3)为高温热管。
6.根据权利要求1所述外热式甲烷改制系统，其特征在于，所述工质升温器(7)还设置有用于排除不能利用的热源介质排出口。
7.根据权利要求1所述外热式甲烷改制系统，其特征在于，所述工质为二氧化碳或水蒸汽。
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CN205527733U (zh) * 2016-04-07 2016-08-31 重庆房地产职业学院 一种基于化学工质循环的外热式甲烷改制系统

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