CN114558525A - 一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置 - Google Patents

一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，包括：反应筒，反应筒的内部设有若干反应管，所述反应管的外侧共同套设有电磁感应加热线圈；上封盖，上封盖密封安装在反应筒的上端，上封盖的外侧接有用于导入混合气体的进气管；下封盖，下封盖密封安装在反应筒的下端，下封盖的外侧接有用于排出合成气的排气管。本发明结构设计科学合理，采用电磁感应加热线圈来对反应管进行加热，预热迅速，避免对筒体进行大量开孔带来的不足，且加热均匀性较好；气体反应管内设置有内衬罩，利用内衬罩的夹层来存放催化剂，增加混合气体与催化剂的接触面积，进而提高催化合成效率。

Description

一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置
技术领域
本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置。
背景技术
能源与环境一直是人类得以生存繁衍的焦点问题，伴随着石油资源的不间断利用，环境污染问题也日益严重，尤其是二氧化碳排放日益增加，由此所引起的一系列的环境问题。二氧化碳的排放主要来自汽车尾气、烟道气、炼钢转炉气、窑炉气以及垃圾填埋气等。垃圾填埋场排放的沼气中二氧化碳含量为30％～40％，因此如何减排二氧化碳和如何利用二氧化碳成为了研究的热点。在工业上，甲烷低碳烃的来源非常丰富，主要有焦炉气、煤层气、垃圾填埋气、甲醇合成驰放气、费托合成驰放气、油田气和炼厂气等。焦炉气富含约为20％～25％的甲烷。垃圾填埋场所排放的沼气中同时富含甲烷二氧化碳，其中甲烷含量在45％～60％，二氧化碳含量为40％～30％。
因此，充分利用丰富的甲烷资源，结合温室效应的二氧化碳气体重整制合成气，在节能减排的同时变废为宝，为综合利用甲烷减排二氧化碳资源提供了一条可行的技术路线，具有环保、经济、科学的多重价值。
为此，公开号为CN105861055B的专利说明书中公开了一种用于甲烷二氧化碳催化重整制备合成气的反应装置，该反应装置包括依次连接的气体分布器、壳程壳体和气体集气器，在该壳程壳体的内腔中容纳有多个气体反应管，其中，该多个气体反应管呈正六边形排列，该多个气体反应管的一端设置在该气体分布器中，该多个气体反应管的另一端设置在该壳程壳体中，且在该壳程壳体的外表面上连接有至少两层火焰烧嘴，该至少两层火焰烧嘴中的每一层火焰烧嘴均与该多个气体反应管彼此配合且呈环状布置。该装置通过壳程壳体的火焰烧嘴沿气体反应管的六边形排列边线同向均匀分布，达到传热稳定、传热均匀、温度易控制的效果。
但是这种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置在使用时存在不足之处，一是其采用贯穿壳程壳体的火焰烧嘴进行加热，导致壳程壳体的结构稳定性变差，同时贯穿处易在高温高压环境中出现泄露；二是其气体反应管内未设置催化剂存放机构，催化合成效率较低，因此，需要进行优化改进。
发明内容
本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，包括：
反应筒，所述反应筒的内部设有若干反应管，所述反应管的外侧共同套设有电磁感应加热线圈；
上封盖，所述上封盖密封安装在反应筒的上端，所述上封盖的外侧接有用于导入混合气体的进气管；
下封盖，所述下封盖密封安装在反应筒的下端，所述下封盖的外侧接有用于排出合成气的排气管。
进一步地，上述甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置中，所述反应筒的外侧包覆有保温层。
进一步地，上述甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置中，所述反应筒由陶瓷材料制成，所述保温层为岩棉布。
进一步地，上述甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置中，所述上封盖的内部设有若干层折流层板，相邻两层折流层板的板体位于不同侧开设有导流孔。
进一步地，上述甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置中，所述上封盖位于最下层折流层板的下方安装有均流层板，所述均流层板上均布有均流孔。
进一步地，上述甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置中，所述反应筒的两端设有支撑端板，所述上封盖、下封盖各自设有与支撑端板配合的连接端板，所述支撑端板、连接端板通过螺栓进行可拆卸固定。
进一步地，上述甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置中，所述反应管包括外筒板、内衬罩、上端盖、下端盖和电加热管，所述内衬罩包含两圈透气网罩，且两圈透气网之间形成有用于存储催化剂的夹层，所述外筒板、内衬罩的上端固定有上端盖，所述上端盖的中心处设有与内圈透气网罩的内腔连通的进气口，所述内衬罩的下端固定有下端盖，所述下端盖穿设固定有位于内圈透气网罩内腔中的电加热管，所述下端盖的外围露出有与外筒板、内衬罩之间区域连通的排气口。
进一步地，上述甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置中，所述外筒板由能够被电磁感应加热的金属材料制成，所述内衬罩中两圈透气网罩由陶瓷材料制成，所述催化剂为镍基催化剂。
本发明的有益效果是：
本发明结构设计合理，一方面采用电磁感应加热线圈来对反应管进行加热，预热迅速，避免对筒体进行大量开孔带来的不足，且加热均匀性较好，解决了传热不均匀、温度难以控制所引起的镍基催化剂烧结、易积炭等问题；另一方面其气体反应管内设置有内衬罩，利用内衬罩的夹层来存放催化剂，增加混合气体与催化剂的接触面积，进而提高催化合成效率。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为本发明反应筒的筒体结构示意图；
图3为本发明反应管的俯视示意图；
图4为本发明反应管的仰视示意图；
图5为本发明中内衬罩的俯视示意图；
图6为本发明中内衬罩的侧视示意图；
图7为本发明中均流层板的俯视示意图；
附图中，各部件的标号如下：
1-反应筒，2-上封盖，3-进气管，4-下封盖，5-排气管，6-保温层，7-反应管，701-外筒板，702-内衬罩，703-上端盖，704-下端盖，705-电加热管，706-进气口，707-排气口，8-电磁感应加热线圈，9-折流层板，10-均流层板，11-催化剂，12-支撑端板，13-连接端板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7所示，本实施例为一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，包括反应筒1、上封盖2和下封盖4。
本实施例中，反应筒1的内部设有若干反应管7，反应管7的外侧共同套设有电磁感应加热线圈8。反应筒1的外侧包覆有保温层6，反应筒1由陶瓷材料制成，保温层6为岩棉布。
本实施例中，上封盖2密封安装在反应筒1的上端，上封盖2的外侧接有用于导入混合气体的进气管3。上封盖2的内部设有若干层折流层板9，相邻两层折流层板9的板体位于不同侧开设有导流孔。上封盖2位于最下层折流层板9的下方安装有均流层板10，均流层板10上均布有均流孔。
本实施例中，下封盖4密封安装在反应筒1的下端，下封盖4的外侧接有用于排出合成气的排气管5。
本实施例中，混合气体为甲烷、二氧化碳、空气或氧气的混合气体。在甲烷二氧化碳重整反应中，发生的反应有主反应和副反应两种。具体地，主反应：CH4+CO2＝2CO+2H2；△H＝+247.3KJ/mol；
副反应主要有：
(1)CO歧化反应：2CO＝C+CO2；△H＝-172.4KJ/mol及其逆反应；
(2)CH4的分解反应：CH4＝C+2H2；△H＝74.6KJ/mol；
(3)逆水煤气反应：CO2+H2＝CO+H2O；△H＝-41KJ/mol。
本实施例中，反应管7包括外筒板701、内衬罩702、上端盖703、下端盖704和电加热管705，内衬罩702包含两圈透气网罩，且两圈透气网之间形成有用于存储催化剂11的夹层，外筒板701、内衬罩702的上端固定有上端盖703，上端盖7的中心处设有与内圈透气网罩的内腔连通的进气口706。内衬罩的702下端固定有下端盖704，下端盖704穿设固定有位于内圈透气网罩内腔中的电加热管705。电加热管13的控制单元安装在下封盖4内，且控制单元外侧包覆有隔热层。下端盖704的外围露出有与外筒板701、内衬罩702之间区域连通的排气口707。
本实施例中，反应筒1的两端设有支撑端板12，上封盖2、下封盖4各自设有与支撑端板12配合的连接端板13，支撑端板12、连接端板13通过螺栓进行可拆卸固定。上端盖703、下端盖704分别与对应支撑端板12固定，上层的支撑端板12、连接端板13开设有与进气口706连通的进气通孔，下层的支撑端板12、连接端板13开设有与排气口707连通的排气通孔。
本实施例中，外筒板701由能够被电磁感应加热的金属材料制成，内衬罩702中两圈透气网罩由陶瓷材料制成，催化剂11为镍基催化剂。
本实施例的一个具体应用为：本实施例结构设计合理，一方面采用电磁感应加热线圈8来对反应管7进行加热，预热迅速，避免对筒体进行大量开孔带来的不足，且加热均匀性较好，解决了传热不均匀、温度难以控制所引起的镍基催化剂烧结、易积炭等问题；另一方面其气体反应管内设置有内衬罩，利用内衬罩的夹层来存放催化剂，增加混合气体与催化剂的接触面积，进而提高催化合成效率。针对在电磁感应加热温度600℃左右的限制，增设电加热管3于反应管内部进行辅助加热，可将透气网罩处的反应区温度提高至700～800℃。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于包括：
反应筒，所述反应筒的内部设有若干反应管，所述反应管的外侧共同套设有电磁感应加热线圈；
上封盖，所述上封盖密封安装在反应筒的上端，所述上封盖的外侧接有用于导入混合气体的进气管；
下封盖，所述下封盖密封安装在反应筒的下端，所述下封盖的外侧接有用于排出合成气的排气管。
2.根据权利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于：所述反应筒的外侧包覆有保温层。
3.根据权利要求2所述的甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于：所述反应筒由陶瓷材料制成，所述保温层为岩棉布。
4.根据权利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于：所述上封盖的内部设有若干层折流层板，相邻两层折流层板的板体位于不同侧开设有导流孔。
5.根据权利要求4所述的甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于：所述上封盖位于最下层折流层板的下方安装有均流层板，所述均流层板上均布有均流孔。
6.根据权利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于：所述反应筒的两端设有支撑端板，所述上封盖、下封盖各自设有与支撑端板配合的连接端板，所述支撑端板、连接端板通过螺栓进行可拆卸固定。
7.根据权利要求1所述的甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于：所述反应管包括外筒板、内衬罩、上端盖、下端盖和电加热管，所述内衬罩包含两圈透气网罩，且两圈透气网之间形成有用于存储催化剂的夹层，所述外筒板、内衬罩的上端固定有上端盖，所述上端盖的中心处设有与内圈透气网罩的内腔连通的进气口，所述内衬罩的下端固定有下端盖，所述下端盖穿设固定有位于内圈透气网罩内腔中的电加热管，所述下端盖的外围露出有与外筒板、内衬罩之间区域连通的排气口。
8.根据权利要求7所述的甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，其特征在于：所述外筒板由能够被电磁感应加热的金属材料制成，所述内衬罩中两圈透气网罩由陶瓷材料制成，所述催化剂为镍基催化剂。
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