[发明专利]一种利用沼气进行甲烷-二氧化碳催化重整的反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及气体合成技术领域，更具体涉及一种利用沼气进行甲烷-二氧化碳催化重整的反应装置，它适用于沼气二氧化碳催化重整。

背景技术

沼气是一些有机物质，在一定的温度、湿度、酸度条件下，隔绝空气（如用沼气池），经微生物作用（发酵）而产生的可燃性气体。它含有少量硫化氢以及一些痕量的有机污染物，所以略带臭味。沼气的主要成分是甲烷，由50%～75%甲烷(CH4)、25%～50%二氧化碳(CO2)、0%～5%氮气(N2)、小于1%的氢气(H2)、小于0.4%的氧气(O2)与0.1%～3%硫化氢(H2S)和有机挥发性气体（VOCS）等气体组成。其特性与天然气相似,空气中如含有8.6～20.8%（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧。每立方米纯甲烷的发热量为34000千焦，每立方米沼气的发热量约为20800－23600千焦。但是由于大量的温室气体二氧化碳存在，沼气需要提炼才能成为一种高品质高附加值的燃气。

化学合成气作为重要的化工原料，在工业上用途广泛，可用于合成液体燃料、甲醇和化肥等一系列重要的化学品。国内外普遍采用天然气甲烷来制合成气，天然气甲烷重整制合成气主要通过三种途径：

（1）甲烷-水蒸气催化重整制取合成气，其反应方程式如下：

CH4+H2O→CO+3H2， ΔH298K=206kJ/mol

（2）甲烷-二氧化碳催化重整制取合成气，其反应方程式如下：

CH4+CO2→2CO+2H2，ΔH298K=247kJ/mol

（3）甲烷部分氧化制取合成气，其反应方程式如下：

CH4+1/2O2→CO+2H2，ΔH298K=-36kJ/mol

众所周知，沼气中CH4体积含量为50%-75%，CO2体积含量为25%-50%，CH4与CO2的摩尔当量比大概在1︰2左右，因此如果再能把这部分自身CO2利用起来制合成气，不但对温室气体减排和环境保护有重要作用，而且解决了常规沼气处理中CO2分离问题，一举两得。当前常规的甲烷-二氧化碳催化重整制合成气的最大问题是积炭而造成催化剂失活，CH4转化效率低，因此这种方法很难在实际中得到应用。但是在等离子体激活的条件下，利用其协同效应，甲烷-二氧化碳催化重整制合成气途径已经看到希望，转化效率大大提高。因此，利用等离子体诱导甲烷-二氧化碳催化重整制合成气可以使沼气制成化学合成气，是一种新型的沼气高附加值利用技术。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种利用沼气进行甲烷-二氧化碳催化重整的反应装置，结构简单，使用方便，解决了由于沼气中相当部分为二氧化碳，甲烷纯度相对较低，二氧化碳需要分离的问题，使沼气进一步制成合成气，而合成气主要为一氧化碳和氢气基本没有二氧化碳，同时把沼气中的二氧化碳作为一种碳源也利用起来转化成合成气，达到沼气高附加值利用目的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种利用沼气进行甲烷-二氧化碳催化重整的反应装置，包括沼气原料气罐、二氧化碳原料气罐、气体混合器和反应器壳体，反应器壳体一端设置有绝缘底座，另一端设置有气体出口，反应器壳体内填充有二氧化碳重整催化剂，绝缘底座上设置有气体喷嘴，反应器壳体内位于气体喷嘴两侧分别设置有第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别与高压电源连接，沼气原料气罐和二氧化碳原料气罐均与气体混合器连接，气体混合器与气体喷嘴连接，气体出口与合成气收集系统连接。

如上所述的第一电极和第二电极均为尖刀形，第一电极和第二电极对称分布在气体喷嘴两侧。

如上所述的沼气原料气罐和二氧化碳原料气罐均依次通过原料气阀门和质量流量计与气体混合器连接。

如上所述的气体出口还与气相色谱连接。

如上所述的合成气收集系统为低压储气柜。

如上所述的气体喷嘴材质为不锈钢或铜；第一电极材质为钨或不锈钢或铜；第二电极材质为钨或不锈钢或铜。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、解决沼气中二氧化碳需要分离的问题；

2、制成工业合成气主要为氢气和一氧化碳，达到清洁高附加值利用目的；

3、使沼气中相当部分二氧化碳，成为一种碳源利用起来，通过等离子体协同作用转化为合成气；同时也降低二氧化碳温室气体排放，保护了我们的生态环境。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。