The invention provides a method for preparing high quality syngas from methane, carbon dioxide and water, in which water produces oxygen and hydrogen simultaneously in a water electrolytic cell, all or part of oxygen, mixed with methane and carbon dioxide, flows into a plasma catalytic reforming reactor to produce reformed product gas, and reformed product gas and cathode of a water electrolytic cell are produced. High quality syngas can be obtained by mixing raw hydrogen with methane, carbon dioxide and water, which is rich in resources and renewable and conducive to CO2 emission reduction. The syngas produced has a high concentration and meets the requirements of methanol synthesis and Fischer-Tropsch synthesis (H2-CO2)/(CO+CO2) molar ratio equal to 2. It is directly used in methanol synthesis and Fischer-Tropsch synthesis without any post-treatment. Through the coupling of plasma catalytic reforming and electrolytic water reaction, the electric energy is converted into chemical energy by syngas route. The reaction system has the advantages of high energy efficiency, fast response and flexible regulation, especially suitable for large-scale storage of renewable electric energy.
【技术实现步骤摘要】
由甲烷、二氧化碳和水制备高品质合成气的方法
本专利技术涉及一种制备合成气的方法,尤其涉及一种由甲烷、二氧化碳和水制备高品质合成气的方法。
技术介绍
合成气是用于液体燃料和化学品合成的一种原料气,以一氧化碳和氢气为主要组分。其中,工业上广泛应用的甲醇合成和费托(Fischer-Tropsch)合成的合成气要求(H2-CO2)/(CO+CO2)摩尔比等于2(无CO2时,即简化为H2/CO摩尔比等于2)。由于甲烷具有最高的H/C原子比,而且具有极其丰富的自然资源和可再生资源,如天然气、页岩气、可燃冰和生物气,因此是工业上制备合成气的重要原料。由甲烷制备合成气有三种基本的重整方式:水蒸气重整、CO2重整(干重整)和氧化重整(部分氧化)。前两者,水蒸气重整和CO2重整反应,理论上所得合成气H2/CO摩尔比分别为3和1,需要额外的后处理工序将(H2-CO2)/(CO+CO2)摩尔比调整至2。后者,氧化重整反应,理论上可获得H2/CO摩尔比为2的合成气,但实际上其增加了昂贵的空气分离制纯氧成本,而且现有的催化工艺还存在局域热点、催化剂烧结与安全隐患问题。将氧化重整和水蒸气重整结合的自热重整,通常制得的合成气H2/CO摩尔比高于2,而且含有相当量的CO2和H2O致使合成气浓度不高,因此也需要后处理工序使合成气浓度和(H2-CO2)/(CO+CO2)摩尔比满足要求。将水蒸气重整和CO2重整结合的双重整反应,3CH4+2H2O+CO2→4CO+8H2理论上可直接产出H2/CO摩尔比为2的合成气,但其是由水蒸气重整和CO2重整这两个强吸热和积碳严重的反应组合在一起,因此只有在水 ...
【技术保护点】
1.一种由甲烷、二氧化碳和水制备高品质合成气的方法,其特征在于,步骤如下:水在水电解池的阳极和阴极分别同时产生氧气和氢气;水电解池阳极产生的全部或部分氧气,与甲烷、二氧化碳混合,一起流入等离子体催化重整反应器,发生等离子体催化重整反应生成重整产物气;等离子体催化重整反应器产生的重整产物气,与水电解池阴极产生的氢气混合,即得所需的高品质合成气;所述的水电解池,其阳极和阴极被电解质隔膜隔开,使阳极产生的氧气和阴极产生的氢气不混合;阳极产生的氧气全部或部分与甲烷、二氧化碳混合,进入等离子体催化重整反应器;多余的氧气作为纯氧副产品或经旁路直接排空;所述的等离子体催化重整反应器由等离子体和催化两个反应区组成;等离子体反应区中的等离子体由高压电极与接地电极之间的滑动弧放电产生,催化剂采用镍基、钴基、铂基甲烷重整催化剂;催化反应区需要的能量,一部分来自等离子体反应区,另一部分由反应器外部加热供给;等离子体催化重整反应器所产生的重整产物气与电解池产生的H2混合,即获得高品质合成气。
【技术特征摘要】
1.一种由甲烷、二氧化碳和水制备高品质合成气的方法,其特征在于,步骤如下:水在水电解池的阳极和阴极分别同时产生氧气和氢气;水电解池阳极产生的全部或部分氧气,与甲烷、二氧化碳混合,一起流入等离子体催化重整反应器,发生等离子体催化重整反应生成重整产物气;等离子体催化重整反应器产生的重整产物气,与水电解池阴极产生的氢气混合,即得所需的高品质合成气;所述的水电解池,其阳极和阴极被电解质隔膜隔开,使阳极产生的氧气和阴极产生的氢气不混合;阳极产生的氧气全部或部分与甲烷、二氧化碳混合,进入等离子体催化重整反应器;多余的氧气作为纯氧副产品或经旁路直接排空;所述的等离子体催化重整反应器由等离子体和催化两个反应区组成;等离子体反应区中的等离子体由高压电极与接地电极之间的滑动弧放电产生,催化剂采用镍基、钴基、铂基甲烷重整催化剂;催化反应区需要的能量,一部分来自等离子体反应区,另一部分由反应器外部加热供给;等离子体催化重整反应器所产生的重整产物气与电解池产生的H2混合,即获得高品质合成气。2.根据权利要求1所述的由甲烷、二氧化碳和水制备高品质合成气的方法,其特征在于,等离子体催化重整反应器选定的...
【专利技术属性】
技术研发人员:朱爱民,李小松,刘景林,朱晓兵,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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