[实用新型]将CO2应用于二甲醚合成的化学链CO2重整甲烷装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及二甲醚合成技术领域，具体涉及一种将CO₂应用于二甲醚合成的化学链CO₂重整甲烷装置。

背景技术

目前，我国能源战略面临三大困境：其一，消费结构缺陷——煤炭为主，加剧环境污染；其二，供应缺口巨大——石油短缺，危及能源安全；其三，利用效率低下——经济粗放，导致资源浪费。因此，我国能源整体将向着清洁化、多元化、高效化的方向发展。

二甲醚作为一种无毒、无腐蚀、易液化的清洁燃料，不仅燃烧效率高、动力性能好，而且污染排放少，是我国摆脱能源困境的重要选择之一。二甲醚的制备途径主要有三种：液相两步法、气-固相两步法及一步法。二甲醚的工业生产早期采用液相两步法，但由于该工艺对环境污染大，且对设备腐蚀严重而逐渐被淘汰。目前工业中生产二甲醚主要采用气-固相两步法，该工艺腐蚀小，无污染，但生产投资大、能耗高。

一步法是合成气在一定温度、压力和多功能催化剂作用下，直接合成二甲醚的工艺，因其工艺简短、合成气转化率高、经济效益好，在学术界和企业界都备受关注，其化学反应式如下：

3CO+3H₂→CH₃OCH₃+CO₂-246.3kJ/mol   (1)

反应(1)中合成气的来源可分为两种：煤气化——该工艺污染重、流程长、投资高、水耗大，尤其会加剧我国北方主要产煤区的水资源危机；CH₄重整——工艺流程短、原料丰富、CO₂排放量少，符合我国可持续发展的要求。

由CH₄重整制合成气主要有三种反应途径，如下所示：

其中反应(2)，即水蒸汽重整甲烷(steam reforming methane，SRM)，早在上世纪30年代就已应用于工业生产，但反应中为了防止催化剂因积炭而失活，通常在实际操作中采用较高的水碳比，从而导致其所生产合成气的H₂/CO≥3，不适用于二甲醚的合成。

其中反应(3)，即甲烷部分氧化(partial oxidation of methane，POM)，该过程的H₂/CO接近于2，它是一个放热反应，相对而言，可以节省大量能源。但由于POM过程需要昂贵的空分氧、反应产物易被深度氧化、O₂/CH₄混合物易引起爆炸等原因，无法在工业中应用。

其中反应(4)，即CO₂重整甲烷(carbon dioxide reforming methane，CDR)，产生的合成气氢碳比H₂/CO＝1，符合反应(1)中反应物的化学计量关系，且同时利用了CO₂和CH₄两种主要温室气体，利于温室气体减排。CDR过程在化工、能源、环境等诸多领域具有潜在的利用价值，也是合成气的理想来源。但其反应中存在诸多问题，如反应能耗高、需要贵金属催化剂不利于工业化、催化剂易因积炭失活、反应物转化率低等，因此尚无法在工业中应用。

实用新型内容

针对现有技术的问题，本实用新型提供了一种将CO₂应用于二甲醚合成的化学链CO₂重整甲烷装置，其目的在于，通过以Fe₃O₄为氧载体的化学链燃烧，使CO₂重整甲烷反应中CH₄的部分氧化和CO₂的还原被分成两步在不同的反应器中进行，降低了反应能垒,提高了反应效率，同时，避免了CDR过程中需要贵金属催化剂、催化剂易因积炭而失活、反应物转化率低等问题，具有良好的工业应用前景。

一种将CO₂应用于二甲醚合成的化学链CO₂重整甲烷装置，包括CH₄氧化反应器、CO₂还原反应器、第一气固分离装置、第二气固分离装置、CO₂吸收器和二甲醚合成器；

CH₄氧化反应器具有CH₄输入口、Fe₃O₄输入口和输出口，CH₄氧化反应器的输出口连通第一气固分离装置的输入口，第一气固分离装置的第一输出口连通二甲醚合成器；