一种甲烷干重整制合成气的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种甲烷干重整制合成气的方法和装置，属于工业催化技术领域。本发明专利技术提供了一种甲烷干重整制合成气的装置，包括四通阀(1)、固定床反应器单元(2)和原料配气单元(3)，所述四通阀(1)包括第一阀门(1

【技术实现步骤摘要】
一种甲烷干重整制合成气的方法和装置


[0001]本专利技术涉及工业催化
，尤其涉及一种甲烷干重整制合成气的方法和装置。

技术介绍

[0002]合成气是一种重要的平台型化学原料，可以进一步制备烯烃、芳烃、醇类等高价值化学品。利用二氧化碳和甲烷作为原料通过甲烷干重整反应被认为是环境友好且经济可行的合成气制备方案，可以在获得合成气的同时大规模消耗二氧化碳，实现温室气体的二氧化碳的资源化利用。然而，该反应受热力学限制通常需要在高温下进行，使得甲烷干重整催化剂易发生烧结失活，这就需要停车停产进行催化剂的重生或者更换，提高了合成气的制备成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种甲烷干重整制合成气及其制备方法和应用。本专利技术的装置能够抑制催化剂的烧结失活，从而延长催化剂的使用寿命，降低合成气的产出成本。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种甲烷干重整制合成气的装置，包括四通阀1、固定床反应器单元2和原料配气单元3，所述四通阀1包括第一阀门1
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1、第二阀门1
‑
2、第三阀门1
‑
3和第四阀门1
‑
4；
[0006]所述原料配气单元3的出气口与所述四通阀1连通；
[0007]所述固定床反应器单元2的第一开口2
‑
1和第二开口2
‑
2分别与所述四通阀1连通。
[0008]优选地，所述四通阀1为电动四通阀、气动四通阀或手动四通阀。
[0009]优选地，所述固定床反应器单元2中含有催化剂，所述催化剂包括载体和负载在所述载体表面的活性金属。
[0010]优选地，所述催化剂的粒径为0.1～10mm。
[0011]优选地，所述载体包括氧化铝、氧化硅、镁铝尖晶石和镧铁钙钛矿中的一种或多种，所述活性金属包括钴、镍、铁和铂中的一种或多种。
[0012]优选地，所述催化剂中活性金属的重量含量为0.5～20％。
[0013]优选地，所述原料配气单元3中含有二氧化碳和甲烷，所述二氧化碳和甲烷的摩尔比为0.1～10：1。
[0014]本专利技术还提供了一种甲烷干重整制合成气的方法，利用上述技术方案所述的装置，包括以下步骤：
[0015]控制所述四通阀1的第一阀门1
‑
1、第二阀门1
‑
2、第三阀门1
‑
3和第四阀门1
‑
4，使所述原料配气单元3中的气体依次通过四通阀1和固定床反应器单元2的第一开口2
‑
1进入所述固定床反应器单元2进行耦合反应，得到合成气；
[0016]切换所述四通阀1的第一阀门1
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1、第二阀门1
‑
2、第三阀门1
‑
3和第四阀门1
‑
4，使所述原料配气单元3中的气体依次通过四通阀1和固定床反应器单元2的第二开口2
‑
2进入所述固定床反应器单元2进行催化剂的活化再生。
[0017]优选地，所述切换为周期性切换，所述周期性切换的切换周期为1分钟～1天。
[0018]优选地，所述耦合反应的温度为600～1000℃，绝对压力为100～2000kPa，反应空速为1000～400000mL
·
g
‑1·
h
‑1。
[0019]本专利技术提供了一种甲烷干重整制合成气的装置，包括四通阀1、固定床反应器单元2和原料配气单元3，所述四通阀1包括第一阀门1
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1、第二阀门1
‑
2、第三阀门1
‑
3和第四阀门1
‑
4；所述原料配气单元3的出气口与所述四通阀1连通；所述固定床反应器单元2的第一开口2
‑
1和第二开口2
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2分别与所述四通阀1连通。
[0020]本专利技术的装置可在较高的温度下抑制催化剂的烧结失活，可在甲烷干重整过程中实现催化剂的自我再生，从而延长催化剂的使用寿命，降低合成气的产出成本。传统不切换固定床反应器单元气体入口与出口的甲烷干重整装置中，催化剂失活的原因在于两点：1)靠近固定床反应器单元气体入口处的催化剂发生氧化；2)靠近固定床反应器单元气体出口处的催化剂发生烧结和积碳，本专利技术利用四通阀，切换固定床反应器单元气体的入口与出口可以使原靠近入口处氧化的催化剂还原为活性相，而原靠近出口处烧结和积碳的催化剂再分散和消碳，因此逆转失活的催化剂的催化活性，周期性的切换气体入口与出口可以使催化剂结构始终保持动态的变化中，从而提升抑制催化剂的失活，提升稳定性。
[0021]本专利技术还提供了一种甲烷干重整制合成气的方法，利用上述技术方案所述的装置，包括以下步骤：控制所述四通阀1的第一阀门1
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1、第二阀门1
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2、第三阀门1
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3和第四阀门1
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4，使所述原料配气单元3中的气体依次通过四通阀1和固定床反应器单元2的第一开口2
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1进入所述固定床反应器单元2进行耦合反应，得到合成气；切换所述四通阀1的第一阀门1
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1、第二阀门1
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2、第三阀门1
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3和第四阀门1
‑
4，使所述原料配气单元3中的气体依次通过四通阀1和固定床反应器单元2的第二开口2
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2进入所述固定床反应器单元2进行催化剂的活化再生。本专利技术的方法操作简单，通过四通阀的周期性切换实现固定床气体入口和出口的周期性变换以平衡催化剂床层所处的氧化还原氛围，从而提高催化稳定性。
附图说明
[0022]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023]图1显示了本专利技术提供的甲烷干重整制合成气的装置的示意图；
[0024]图2显示了本专利技术提供的甲烷干重整制合成气的方法的原理示意图；
[0025]图3显示了对比例1和实施例1中甲烷转化率和二氧化碳转化率的曲线。
[0026]附图标记：
[0027]1：四通阀；2：固定床反应器单元；3：原料配气单元；1
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1：第一阀门；1
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2：第二阀门；1
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3：第三阀门；1
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4：第四阀门；2
‑
1：第一开口；2
‑
2：第二开口。
具体实施方式
[0028]下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发
明，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种甲烷干重整制合成气的装置，其特征在于，包括四通阀(1)、固定床反应器单元(2)和原料配气单元(3)，所述四通阀(1)包括第一阀门(1
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1)、第二阀门(1
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2)、第三阀门(1
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3)和第四阀门(1
‑
4)；所述原料配气单元(3)的出气口与所述四通阀(1)连通；所述固定床反应器单元(2)的第一开口(2
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1)和第二开口(2
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2)分别与所述四通阀(1)连通。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述四通阀(1)为电动四通阀、气动四通阀或手动四通阀。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定床反应器单元(2)中含有催化剂，所述催化剂包括载体和负载在所述载体表面的活性金属。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述催化剂的粒径为0.1～10mm。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述载体包括氧化铝、氧化硅、镁铝尖晶石和镧铁钙钛矿中的一种或多种，所述活性金属包括钴、镍、铁和铂中的一种或多种。6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述催化剂中活性金属的重量含量为0.5～20％。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原料配气单元(3)中含有二氧化碳和甲烷，所述二氧化碳和甲烷的摩尔比为0.1～10：1。8.一种甲烷干重...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜彬航，冯凯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：