气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器及其使用方法，可以解决现有技术中催化剂易于积碳、催化剂不易更换，以至难以实现工业化生产的问题。其包括电阻加热器、泡沫金属衬板、透光石英板、热电偶、进气口、出气口、甲烷气体储罐、二氧化碳气体储罐、流量计、压力表、合成气气体储罐和布风板；反应时采用负载催化剂的泡沫金属式衬板，增大了反应原料气体与催化剂的接触面积，减少积碳形成；同时设计滑动导轨对泡沫金属衬板进行安装更换，催化剂易更换，结构简单、操作性强，可单体运行，实施并联操作可实现工业化生产，且单一反应器出现故障时，停止单个反应器进行检修对整个生产影响较小，可靠性较高。靠性较高。靠性较高。

【技术实现步骤摘要】
气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器及使用方法


[0001]本专利技术属于光热反应器
，具体涉及一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器及使用方法。

技术介绍

[0002]化工过程中很多反应都属于高温吸热反应，如甲烷重整、热裂解等反应，通常需要燃烧化石能源去提供反应所需的能量，这对不可再生能源的消耗量大，而且化石燃料燃烧会带来温室效应、热污染等一系列环境问题；为了减少化石燃料的消耗，开发利用可再生能源(太阳能)成为未来能源发展的重要方向。
[0003]甲烷/二氧化碳均是温室气体的重要成员，其资源化利用对于应对气候变化和能源危机具有重要意义。甲烷二氧化碳干重整是经典的转化方式之一，是一种将二氧化碳资源利用化的有效途径，对解决温室效应和改善能源结构具有重要意义；但因其是一个高温吸热反应，能量消耗高，需外界补充大量能量维持反应持续进行。近些年来，光热协同催化受到了人们的广泛关注，由于光照射以后，发现可以有效降低反应开启温度，也有助于提高催化反应效率。
[0004]传统甲烷/二氧化碳干重整光热耦合反应装置存在的问题主要有：1、固体催化剂放置方式使其积碳现象严重，反应气体与催化剂接触不充分导致催化效率不高；2、催化剂的更换较为不便，增大实际操作难度；综合以上所述的两个问题，限制了传统甲烷/二氧化碳干重整光热耦合反应器的工业化应用，实际应用性低。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术要解决的问题有：1、解决目前光热装置中催化剂易于积碳、反应气体与催化剂接触不充分的问题；2、催化剂不易更换的问题；以此综合解决传统甲烷/二氧化碳干重整光热耦合反应器难以实现工业化生产的问题，提供一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器及使用方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，包括甲烷/二氧化碳干重整反应器和用于向甲烷/二氧化碳干重整反应器提供热源的电阻加热器；甲烷/二氧化碳干重整反应器内设有用于放置催化剂的泡沫金属式衬板；在甲烷/二氧化碳干重整反应器一侧面设有开口，开口处设有透光石英板，底部设有进气口，顶部设有出气口；进气口通过管路分别与甲烷气体储罐、二氧化碳气体储罐连接；出气口通过管路与合成气体储罐连接。
[0008]优选地，泡沫金属式衬板包括泡沫金属板和形状为矩形的滑动轨道，泡沫金属板置于滑动轨道上，并且能够在滑动轨道上滑动。
[0009]优选地，滑动轨道一端设有固定开关装置，另一端设有夹紧装置。
[0010]优选地，滑动轨道通过夹紧装置固定在甲烷/二氧化碳干重整反应器内，泡沫金属板通过柔性金属石墨垫圈双重密封于滑动轨道上；泡沫金属板的材料为泡沫镍。
[0011]优选地，泡沫金属式衬板底部设有热电偶。
[0012]优选地，热电偶用于测量甲烷/二氧化碳干重整反应器内的实时温度，其材料为k型镍铬
‑
镍硅。
[0013]优选地，电阻加热器的加热炉丝布置在甲烷/二氧化碳干重整反应器没有设置开口的三个侧面内，电阻加热器的加热炉丝材料为镍铬合金，炉瓦材料为碳化硅；在甲烷/二氧化碳干重整反应器外部还包裹有耐高温不锈钢。
[0014]优选地，透光石英板包括石英板和柔性金属石墨垫圈，石英板通过柔性金属石墨垫圈密封于甲烷/二氧化碳干重整反应器侧面开口处。
[0015]优选地，进气口上部设有布风板；进气口与甲烷气体储罐、二氧化碳气体储罐分别连接的管路上设有压力表、质量流量计和阀门，出气口与合成气体储罐连接的管路上设有质量流量计和阀门。
[0016]本专利技术还公开了一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器的使用方法，打开电阻加热器加热至设定温度，光源通过透光石英板照射到泡沫金属式衬板上，提供光催化和热催化所需能量；将甲烷气体储罐中的甲烷气体和二氧化碳气体储罐中的二氧化碳气体设定体积比例混合形成反应原料气体，反应原料气体从进气口进入甲烷/二氧化碳干重整反应器，抵达泡沫金属式衬板后，在催化剂作用下发生重整反应，生成合成气，并从出气口流出，进入合成气体储罐储存，完成整个光热协同催化甲烷/二氧化碳干重整反应过程。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术所提出的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，在使用过程中，甲烷气体储罐中的甲烷气体和二氧化碳气体储罐中的二氧化碳气体设定体积比例混合形成反应原料气体，反应原料气体从进气口经过布风板，气流速度均匀一致地通过管路进入甲烷/二氧化碳干重整反应器，反应原料气体从放置催化剂的泡沫金属式衬板直接穿过，发生干重整反应，增大了反应原料气体与催化剂的接触面积，减少了积炭现象的发生。
[0019]进一步地，本专利技术所提出的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，通过固定开关装置实现泡沫金属式衬板的更换，并有利于催化剂的更换；此结构导向精度高、平稳性高、耐磨性好、寿命长、结构简单、操作性强。
[0020]进一步地，本专利技术所提出的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，可单体运行，实施并联操作也可实现工业化生产，且单一反应器出现故障时，停止单个反应器进行检修对整个生产影响较小，可靠性较高。
[0021]进一步地，本专利技术所提出的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，石英板和泡沫式衬板采用柔软性好、强度高的柔性金属石墨垫片双重密封于甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器中，提高了甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器整体的气密性，有利于反应高效进行；在反应进行过程中，采用三面加热，可以使光热催化过程中，反应物的受热更加均匀，减少温度偏差，充分利用热量，提高光催化效率。
附图说明
[0022]图1为一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器的整体模型图；
[0023]图2为泡沫金属式衬板的模型图；
[0024]图3为一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器的背部示意图；
[0025]图4为泡沫金属式衬板的固定开关示意图；
[0026]图5为泡沫金属衬板与反应器双重密封示意图；
[0027]图6为透光石英板的模型图。
[0028]其中：1
‑
甲烷/二氧化碳干重整反应器；2
‑
电阻加热器；3
‑
泡沫金属式衬板；3
‑1‑
泡沫金属板；3
‑2‑
滑动轨道；3
‑
3夹紧装置；4
‑
透光石英板；4
‑1‑
石英板；4
‑2‑
金属石墨垫圈；5
‑
热电偶；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，其特征在于，包括甲烷/二氧化碳干重整反应器(1)和用于向甲烷/二氧化碳干重整反应器(1)内提供热源的电阻加热器(2)；甲烷/二氧化碳干重整反应器(1)内设有用于放置催化剂的泡沫金属式衬板(3)；在甲烷/二氧化碳干重整反应器(1)一侧面设有开口，开口处设有透光石英板(4)，底部设有进气口(6)，顶部设有出气口(7)；进气口(6)通过管路分别与甲烷气体储罐(8)、二氧化碳气体储罐(9)连接；出气口(7)通过管路与合成气体储罐(12)连接。2.根据权利要求1所述的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，其特征在于，所述泡沫金属式衬板(3)包括泡沫金属板(3
‑
1)和形状为矩形的滑动轨道(3
‑
2)，泡沫金属板(3
‑
1)置于滑动轨道(3
‑
2)上，且能够在滑动轨道(3
‑
2)上滑动。3.根据权利2所述的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，其特征在于，所述滑动轨道(3
‑
2)一端设有固定开关装置(13)，另一端设有夹紧装置(3
‑
3)。4.根据权利要求3所述的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，其特征在于，滑动轨道(3
‑
2)通过夹紧装置(3
‑
3)固定在甲烷/二氧化碳干重整反应器(1)内，泡沫金属板(3
‑
1)通过柔性金属石墨垫圈双重密封于滑动轨道(3
‑
2)上；泡沫金属板(3
‑
1)的由泡沫镍制成。5.根据权利要求1所述的一种气体透过式可更换催化剂衬板的甲烷/二氧化碳光热耦合干重整反应器，其特征在于，所述泡沫金属式衬板(3)底部设有用于测量甲烷/二氧化碳干重整反应器(1)内实时温度的热电偶(5)。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洋，李丹，丁鑫，谢丹，成佳辉，郑力潇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：