[发明专利]一种电热催化反应器

说明书

本发明涉及催化反应装置技术领域，具体涉及一种电热催化反应器，包括：沿气体流动方向依次设置的第一反应室、至少一个第二反应室和至少一个第三反应室，所述第一反应室、第二反应室和第三反应室中分设有电预热元件、第一电热催化元件和第二电热催化元件；多个温度传感器，分设在所述第一反应室、第二反应室和第三反应室中；信号连接的电源和温度控制器，所述电源分别与所述电预热元件、第一电热催化元件和第二电热催化元件电连接，所述温度控制器分别与多个温度传感器信号连接，以接收所述温度传感器发送的相应反应室内的温度信号，并控制所述电源的加热功率。本发明提供了一种结构简单、成本低、能耗小、操控灵活的电热催化反应器。

技术领域

本发明涉及催化反应装置技术领域，具体涉及一种电热催化反应器。

背景技术

由于可再生能源(如风能、太阳能)的间歇性和波动性特点，使光伏发电、风力发电等可再生能源发电系统不能长时间持续、稳定地输出电能，其大规模并网需要储能技术的支撑。电转气技术是一种将电能转化为化学能的储能技术，由于其具有大容量、长周期、不受地质地形条件限制等特点，以及可将天然气网络和电网深度耦合的发展前景，近年来受到了广泛关注。然而，成本高仍是制约其规模应用的关键问题。

电转气技术的成本主要由电解水制氢和CO₂甲烷化两个化工过程的成本组成。其中，CO₂甲烷化过程目前仍主要采用传统化工技术，包括固定床反应器、流化床反应器和浆态床反应器等来完成。这些反应器虽可用于稳态、大产能的化工生产场合，但不适于小规模、分散化的可再生电力储能领域。以固定床反应器为例，其催化剂床层由颗粒状催化剂无规堆积而成，具有较大的热容和热惯性，难以对反应温度进行灵活快速地有效调控，从而很难进行频繁启停，这需要配套建设一定规模的氢气储存设施来保证CO₂甲烷化过程在稳态操作下运行，大幅增加了设备投资和运行维护费用。不仅如此，基于固定床反应器的甲烷化工艺过程为保证较高的反应转化率，一般采用多级串联反应器，为分别控制各级的反应温度，需要换热器、循环压缩机、废热锅炉等多种设备配合，这种工艺虽适合传统化工的大产能场合，但难于实现小型化和集成化，不符合可再生能源发展对小规模、分散化储能装置的需求。

现有技术中通过加热板、微换热器、隔热板、微反应器等模块的耦合，虽然可实现反应系统的快速启动和高集成度，但控温换热结构复杂，加工难度大，制造成本高，维护不便。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的催化反应装置结构复杂、成本高的缺陷，从而提供一种结构简单、成本低、能耗小、操控灵活的电热催化反应器。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电热催化反应器，包括：

沿气体流动方向依次设置的第一反应室、至少一个第二反应室和至少一个第三反应室，所述第一反应室、第二反应室和第三反应室中分设有电预热元件、第一电热催化元件和第二电热催化元件；

多个温度传感器，分设在所述第一反应室、第二反应室和第三反应室中；

信号连接的电源和温度控制器，所述电源分别与所述电预热元件、第一电热催化元件和第二电热催化元件电连接，所述温度控制器分别与多个温度传感器信号连接，以接收所述温度传感器发送的相应反应室内的温度信号，并控制所述电源对所述电预热元件、第一电热催化元件和第二电热催化元件的各自电加热功率，以对反应器内的温度分布进行协同调节。

可选地，多个所述温度传感器包括设于所述第一反应室出口的第一温度传感器、设于所述第二反应室出口的第二温度传感器和设于所述第三反应室出口的第三温度传感器。

可选地，还包括设于所述第三反应室进口的第四温度传感器。

可选地，所述电预热元件、第一电热催化元件和第二电热催化元件均具有允许气体流通的孔道结构。

可选地，所述第一电热催化元件和第二电热催化元件还包括负载在所述孔道结构上的催化剂。