[发明专利]一种甲烷重整装置及甲烷重整方法

说明书

本发明属于甲烷重整技术领域，尤其涉及一种甲烷重整装置及甲烷重整方法。所述装置包括：气路，反应器，循环水路和电路，所述气路与反应器连通；所述反应器包括石英玻璃管和高压电极，所述石英玻璃管靠近安装有高压电极的一端设置有若干组进气管；所述预混阀分为第一支路、第二支路和第三支路，第一支路与进气口连通，第二支路和第三支路均和进气管连通；所述循环水路设置在石英玻璃管的外表面上，所述电路的正极、负极分别与高压电极和循环水路连接。本发明通过设计的旋风DBD等离子体协同TiO₂光催化提高甲烷重整的转化率，并利用循环水做阴极达到散热和控温效果，解决传统DBD等离子体甲烷重整存在的转化率低、温度高和稳定性差等问题。

技术领域

本发明属于甲烷重整技术领域，尤其涉及一种甲烷重整装置及甲烷重整方法。

背景技术

本发明背景技术公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

人类社会对石油、煤炭、天然气等化石能源的需求日益增加，但石油、煤炭的已探明储量有限，如何高效利用相对丰富的天然气资源，成为解决当今化石能源紧缺的重要突破口。甲烷作为天然气的主要成分，是含氢量最高的碳氢化合物，可以直接作为燃料或者重整为氢气和其他高附加值碳氢化合物，如乙烯、乙炔、甲醇、乙醇等。甲烷重整得到的氢气是更高效、高热值和清洁的燃料，其他高附加值碳氢化合物是重要的化工原料。此外，虽然甲烷是一种相对价格低廉、来源广泛的碳氢化合物，但它在造成温室效应的同时破坏地球臭氧层，因而甲烷的资源化利用在环境保护方面也有重要意义。

甲烷分子有完全对称的正四面体结构和很强的热稳定性。按照热力学平衡状态，等离子体分为低温等离子体和高温等离子体，等离子体是气态、液态、固态以外的物质第四态，放电产生的等离子体富含电子、离子、激发态粒子以及自由基，这些粒子与甲烷分子发生碰撞，能够在相对温和的条件下实现甲烷重整。

低温等离子体可以在常温常压下产生，具有成本低、适用范围广等优点。低温等离子体可以通过多种放电方式产生，例如：介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge:DBD)。DBD是指将绝缘介质置于高压电极与低压电极之间进行放电。相比于其他放电方式，DBD的能耗低、体积大、放电均匀稳定、反应器结构简明，在甲烷重整方面具有广阔的应用前景。

例如，专利文献CN104071747B公开了种等离子体甲烷重整制备合成气的方法。反应器的两极间距为0.5-18mm；采用管板式反应器时，以金属管或者有孔圆形金属箔片作为高压电极和接地电极，两极间可以互换；采用管管式反应器时，高压电极和接地电极均为金属管。混合气体在反应区的停留时间为0.01-100s；放电反应温度为25-600℃；放电反应压力为-0.06-0.5MPa；混合气体包括甲烷、二氧化碳和氧气。当采用甲烷、氧气、二氧化碳进料时，O₂添加气的目的是克服已有研究中的放电积碳问题，通过改变混合气的进料比从而调节产物中合成气的氢碳比，长时间运转没有任何积碳生成，综合利用甲烷和二氧化碳两种温室气体。王皓等在文章《介质阻挡放电等离子体甲烷部分氧化重整制氢》中用自制的介质阻挡放电等离子体重整制氢装置进行了甲烷部分氧化重整制氢的实验研究。然而，本发明认为，现有的这些用于甲烷重整的装置和方法仍然存在转化率低、温度高和稳定性差等问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种甲烷重整装置及甲烷重整方法。本发明通过设计的旋风DBD等离子体协同TiO₂光催化提高甲烷重整的转化效率，并利用循环水做阴极达到散热和控温效果，解决传统DBD等离子体甲烷重整存在的转化率低、温度高和稳定性差等问题。

本发明的第一目的，是提供一种甲烷重整装置。

本发明的第二目的，是提供一种甲烷重整方法。

本发明的第三目的，提供所述甲烷重整装置及甲烷重整方法的应用。