【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于甲烷干重整，具体涉及一种内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统。
技术介绍
1、氢能源被誉为“二十一世纪”的能源，以其高热值、燃烧性能好、反应产物无污染等特点，在世界能源舞台上扮演着越来越重要的角色。随着煤层气、页岩气、可燃冰等非常规天然气资源的开采和利用，甲烷制氢将愈发成为我国重要的制氢方式。其中，甲烷干重整是一种极具潜力的热化学制氢方法，其优点在于可以同时利用ch4和co2两种主要温室气体，具有环境友好和经济价值。随着我国对清洁能源的需求日益增加，甲烷干重整制氢技术在我国氢能开发领域具有广阔的发展前景。
2、甲烷干重整制氢过程具有高温吸热、高能耗的特点，热量的快速传递和精确控制通常是其反应速率的限制因素。为此，公开号为cn111718737b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。该反应装置的壳程壳体的内腔中容纳有多个呈正六边形排列的气体反应管，气体反应管中装填有催化剂。在该壳程壳体的外表面上连接有火焰烧嘴，采用贯穿壳程壳体的火焰烧嘴进行加热。这类传统的外加热方式需要从反应器壁向催化剂床传导热量，不仅传热效率低下，而且加热分布不均，设备结构复杂，难以对反应区域进行精确的温度控制。更重要的是，容易在反应器壁与催化剂床层之间形成较大的温度梯度，导致催化剂表面积炭和失活，严重时可能使反应管堵塞。催化剂积炭失活已成为制约甲烷干重整工业化应用的技术瓶颈。相比之下，电磁感应加热技术可以避免传统加热中的中间传热介质，直接向反应区域提供所需的热量，提高热效率，减小反应器内部的温
3、公开号为cn114558525b的专利说明书中公开了一种甲烷二氧化碳催化制合成气的反应装置，采用电磁感应加热线圈来对反应管进行加热，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。然而，该专利采用固定床反应器和简单的加热反应管壁面加热，受热面单一，往往会出现传热传质效果差、气固接触率低、床层温度梯度大、能量利用率低、以及催化剂积碳堵塞通道等问题，严重影响了催化重整效率。相比之下，流化床具有颗粒混合均匀、传热传质效率高、气固接触充分等优点，其良好的传热特性和颗粒间剧烈的碰撞能够很好地抑制催化剂表面积碳，从而增强了操作的稳定性，有效降低催化剂的再生难度。但流化效果易受多因素影响，可能出现不流化现象，减弱气固接触。引入磁场抑制返混和气泡形成，进一步提高气固接触效率，减少催化剂积炭。因此，电磁感应加热流化床反应系统有望成为解决甲烷干重整存在的传热限制和积碳，实现其工业化应用的重要技术手段。
技术实现思路
1、针对现有甲烷干重整反应系统存在的加热不均、温控困难、催化剂积炭失活等技术问题，本专利技术采用内热式电磁感应加热技术代替传统的外加热方式，采用磁流化床替代固定床，两种方式有机结合从而解决甲烷干重整过程中的热量快速传递和抑制积碳的关键难题。
2、本专利技术通过电磁感应加热直接向反应区域提供所需热量，不仅大大提高了传热效率，而且减小了反应器内部的温度梯度分布，从而有效抑制了催化剂表面积炭的产生。其次，采用磁性-催化双功能多孔颗粒催化剂(如公布号cn 113559876 b公布的一种煤催化热解镁铁尖晶石磁性催化剂)，实现了对反应区域温度的精确控制，避免了热点产生和局部超温，保证了催化剂的高效稳定。磁场作用下的流化床反应器应用也确保了反应气体与催化剂之间的充分接触。最后，在反应器出口和感应线圈部分设置一个热量回收装置，回收冷凝气液反应物分离和冷却线圈的热量，以提高能源利用效率。上述技术的有机配合，实现了一整套内热式电磁感应加热强化的甲烷干重整流化床反应系统，可持续稳定运行，突破了该领域的工业化技术瓶颈。
3、本专利技术提供了一种内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，包括气体进料单元、反应单元、电磁感应加热单元、气液分离单元和控制单元。
4、所述气体进料单元包括预热器，
5、所述反应单元包括流化床反应器和磁性-催化双功能催化剂，
6、所述电磁感应加热单元包括高频感应加热器和感应线圈，
7、所述气液分离单元包括冷水机、冷凝器和分离器，
8、所述控制单元包括温度传感器、压力传感器、流量传感器；
9、甲烷和二氧化碳的气源经气体进料单元预热后，进入反应单元，反应单元的流化床反应器通过电磁感应加热单元进行加热反应，反应过程中通过控制单元来调节电磁感应加热单元参数，反应产物经气液分离单元，分别得到气体产物和液体产物。上述单元的互相配合，实现了内热式电磁感应加热强化的甲烷干重整流化床反应系统。
10、进一步地，甲烷和二氧化碳的气源连接预热器的气体入口端，预热器的气体出口端连接流化床反应器的入口端，流化床反应器的出口端连接冷凝器的入口端，冷凝器出口端连接分离器入口端，分离器的上部设置气体出口，下部设置液体出口。
11、进一步地，流化床反应器的内部还填充有磁性-催化双功能催化剂，所述磁性-催化双功能催化剂既具有催化甲烷干重整反应的能力，又具有响应电磁感应加热的能力，且在高频感应线圈的磁场作用下实施颗粒运动调节。
12、进一步地，流化床反应器的外部围绕有电磁感应线圈，感应线圈连接高频感应加热器，同时高频感应加热器的出水端连接冷凝器的冷凝水入水端，高频感应加热器的入水端通过冷水机与预热器的液体出口端相连，且冷凝器的冷凝水出水端连接预热器的液体入口端。
13、进一步地，流化床反应器的中下部安装有温度传感器，流化床反应器的上部安装有压力传感器高频感应加热器与冷凝器之间的循环水管上安装有流量传感器。
14、本专利技术中，
15、预热器用于将甲烷和二氧化碳原料气体混合并预热至所需的反应温度。
16、流化床反应器用于进行甲烷干重整制氢反应，外壁面包裹有隔热材料，用于减少热量损失。
17、高频感应加热器用于将50hz低频电转换为20khz的高频交流电，并输出到感应线圈，以提高涡流和趋肤效应，从而提高加热强度和效率。感应线圈为多匝螺旋线圈，围绕在流化床反应器的外部，在流化床反应器内部形成交变磁场，在交变磁场感应作用下，利用电磁感应原理，将电能转换为磁能，并传输到流化床反应器内的磁性-催化双功能催化剂中，从而实现对磁性-催化双功能催化剂的内部直接加热。
18、冷凝器的冷凝水来自与电磁感应加热单元共用的冷水机，用于冷却液体并回收热量。
19、分离器用于将冷凝器出来的气液混合物分离为气体和水。分离器下方设有阀门，用于在反应过程中排除水。
20、温度传感器、压力传感器和流量传感器分别用于监测和采集反应过程中的温度、压力、流量参数，并根据设定的反应条件和参数信号，对高频感应加热器进行调节和控制，以保证反应温度和反应条件得以维持。
21、本专利技术中，预热器、高频感应加热器和冷凝器还构成了热量回收单元，预热器设置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，包括气体进料单元、反应单元、电磁感应加热单元、气液分离单元和控制单元；
2.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，甲烷和二氧化碳的气源连接预热器(1)的气体入口端，预热器(1)的气体出口端连接流化床反应器(6)的入口端，流化床反应器(6)的出口端连接冷凝器(7)的入口端，冷凝器(7)出口端连接分离器(8)入口端，分离器(8)的上部设置气体出口，下部设置液体出口。
3.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，流化床反应器(6)的内部还填充有磁性-催化双功能催化剂(5)，所述磁性-催化双功能催化剂(5)既具有催化甲烷干重整反应的能力，又具有响应电磁感应加热的能力，且在高频感应线圈的磁场作用下实施颗粒运动调节。
4.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，流化床反应器(6)的外部围绕有电磁感应线圈(4)，感应线圈(4)连接高频感应加热器(3)，同时高频感应加热器(3)的
5.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，流化床反应器(6)的中下部安装有温度传感器(9)，流化床反应器(6)的上部安装有压力传感器(10)高频感应加热器(3)与冷凝器(7)之间的循环水管上安装有流量传感器(11)。
6.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，流化床反应器(6)外壁面包裹有隔热材料。
7.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，高频感应加热器(3)用于将50Hz低频电转换为20KHz的高频交流电，并输出到感应线圈(4)，感应线圈(4)为多匝螺旋线圈，围绕在流化床反应器(6)的外部，在流化床反应器(6)内部形成交变磁场，在交变磁场感应作用下，将磁能转换为热能，并传输到流化床反应器(6)内的磁性-催化双功能催化剂(5)中，从而实现对磁性-催化双功能催化剂(5)的内部直接加热。
8.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，温度传感器(9)、压力传感器(10)和流量传感器(11)分别用于监测和采集反应过程中的温度参数、压力和流量参数，根据设定的反应条件和参数信号，对高频感应加热器(3)进行调节和控制。
9.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，预热器(1)、高频感应加热器(3)和冷凝器(7)还构成了热量回收单元，预热器(1)设置在高频感应加热器(3)和冷凝器(7)之后，回收高频感应加热器(3)产生的废热，并输送到预热器(1)中。
...【技术特征摘要】
1.一种内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，包括气体进料单元、反应单元、电磁感应加热单元、气液分离单元和控制单元；
2.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，甲烷和二氧化碳的气源连接预热器(1)的气体入口端，预热器(1)的气体出口端连接流化床反应器(6)的入口端，流化床反应器(6)的出口端连接冷凝器(7)的入口端，冷凝器(7)出口端连接分离器(8)入口端，分离器(8)的上部设置气体出口，下部设置液体出口。
3.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，流化床反应器(6)的内部还填充有磁性-催化双功能催化剂(5)，所述磁性-催化双功能催化剂(5)既具有催化甲烷干重整反应的能力，又具有响应电磁感应加热的能力，且在高频感应线圈的磁场作用下实施颗粒运动调节。
4.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，流化床反应器(6)的外部围绕有电磁感应线圈(4)，感应线圈(4)连接高频感应加热器(3)，同时高频感应加热器(3)的出水端连接冷凝器(7)的冷凝水入水端，高频感应加热器(3)的入水端通过冷水机(2)与预热器(1)的液体出口端相连，且冷凝器(7)的冷凝水出水端连接预热器(1)的液体入口端。
5.如权利要求1所述的内热式电磁感应加热强化甲烷干重整流化床反应系统，其特征在于，流化床反应器(6)的中下部安...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨学松，桂夏辉，邢耀文，李哲，王磊，杨海昌，刘金成，代世琦，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
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