[实用新型]二氧化碳-甲烷自热重整反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及碳一化工领域，特别是涉及一种二氧化碳-甲烷自热重整反应器。

背景技术

化石能源日益短缺和环境污染严重是当今世界面临的两大危机难题，温室效应对气候环境的严重影响使人们日益关注CO₂减排问题，以CO₂作为碳氧资源经高温催化转化制备合成气是CO₂大规模化工利用的重点发展方向。以CO₂为原料，与煤化工、煤层气利用过程排放的甲烷通过重整转化制备合成气过程可实现CO₂和CH₄两种温室气体的同时高效利用，并减排了温室气体，实现了能源化学品的碳资源循环利用，具有巨大的经济效益，因此CH₄-CO₂重整反应被认为是未来煤化工碳资源有效利用的核心技术。

目前尚未有甲烷和二氧化碳重整制合成气工业化的例子，其重点和难点主要在于缺少不易积碳、不易堵塞、不易失活、转化效率高、稳定性好等性能优异的催化剂和安全可靠、操作方便、开停车灵活、使用寿命长等设计合理的反应器装置。根据《气化和气体合成反应的热力学》（[苏联]拉夫洛夫等著，吴越译）书中的热力计算可知，甲烷二氧化碳重整反应是一个强吸热反应，从热力学分析过程中，温度高达600℃以上才有合成气生产，随反应温度升高，反应转化率增大，合成气产率增加。如此高温条件下热量的来源，也是工艺过程的重点和难点之一。

目前国内外的纯氧转化炉皆是针对甲烷和水蒸气重整反应的转化炉（也称为二段炉），针对二氧化碳和甲烷重整反应的转化炉未见报道和使用。

目前的甲烷与水蒸气重整反应的转化炉有以下缺陷：

1．转化效率低，30%～90%的甲烷转化需要依赖二段炉前段设置的一段炉。

2．甲烷与水蒸气转化炉都需要补充大量的水蒸气，除了满足甲烷与水蒸气重整反应的需要外，还需要额外的水蒸气进行消炭，增加了运行成本，也为后续的水蒸气分离增加了运行成本，且没有仅为甲烷与二氧化碳重整不需要补充水蒸气的转化炉。

3．在传统二段转化炉中，甲烷与氧气极容易混合不均匀，造成氧气在燃烧段没有消耗完毕，进入催化段后对催化段的催化剂造成破坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种二氧化碳-甲烷自热重整反应器，它可以提高甲烷的转化效率，并可以降低生产成本。

为解决上述技术问题，本实用新型的二氧化碳-甲烷自热重整反应器，主要包括炉体、烧嘴、气体分布器、混合器、燃烧室、催化反应床层和集气室；所述烧嘴由炉体顶部插入混合器；所述气体分布器设置在烧嘴端部前；所述混合器、燃烧室、催化反应床层和集气室依次从上到下设置在炉体内部。

较佳的，该二氧化碳-甲烷自热重整反应器还可以在炉体外烧嘴端部处设置冷却系统，例如水夹套。

所述催化反应床层外侧和集气室出口可以装设多个测温元件，例如热电偶温度计。

与二段炉相比，本实用新型的二氧化碳-甲烷自热重整反应器，具有以下优点和有益效果：

1.是针对二氧化碳和甲烷重整反应而设计的反应器设备，能够将“温室气体”二氧化碳转化成为具有附加值的化工原料和能源，且可以不添加水蒸气或者根据工艺需要添加少量的水蒸气。

2．利用氧气与甲烷氧化过程中产生的热量实现高温条件下强吸热重整反应的热量自供给，不需额外提供外部热量。

3．采用单一反应器即可将甲烷转化至甲烷含量为0.1～2%的合成气，不仅转化效率高，而且能减少投资和运行成本。

4.采用了混合器、气体分布器以及燃烧室，且燃烧室具有足够的空间，使氧气能够在燃烧室内燃烧殆尽，且催化剂床层入口处气体分布均匀。

附图说明

图1是本实用新型的二氧化碳-甲烷自热重整反应器装置示意图。

图2是本实用新型的二氧化碳-甲烷自热重整反应器内气体分布器示意图。

图3是本实用新型的二氧化碳-甲烷自热重整反应器内原料气单通道示意图。

图4是本实用新型的二氧化碳-甲烷自热重整反应器内原料气双通道示意图。

图中附图标记说明如下：

1：炉体

2：气体分布器

3：耐火衬里

4：水夹套

5：混合器

6：燃烧室

7：催化反应床层

8：集气室

9、10：热电偶温度计

11：烧嘴

具体实施方式