[发明专利]一种等离子体催化甲烷干重整制合成气的方法及装置

说明书

本发明公开了一种等离子体催化甲烷干重整制合成气的方法及装置，属于甲烷与二氧化碳重整技术领域。该方法包括：将二氧化碳与甲烷在低温等离子体与催化剂的耦合作用下发生反应，生成以一氧化碳和氢气为主的合成气。该工艺可在较低的反应温度和较低的反应压力下进行甲烷和二氧化碳的重整，降低装置能耗；通过加热炉对反应单元进行补热，更容易控制反应深度和原料的转化率，不会产生大量的积碳，从而延长催化剂的寿命。其所用的装置包括原料配气单元及反应单元，原料配气单元的出气口与反应单元的进气口连接，反应单元中的两个电极之间形成电离腔，绝缘介质设置于电离腔内，加热炉包围于接地电极外侧，两个电极用于与低温等离子体电源电连接。

技术领域

本发明涉及甲烷与二氧化碳重整技术领域，具体而言，涉及一种等离子体催化甲烷干重整制合成气的方法及装置。

背景技术

甲烷和二氧化碳是典型的温室气体，开发甲烷二氧化碳重整(又称甲烷干重整)制合成气技术既能减少温室气体的排放，又能变废为宝，得到具有经济价值的化工中间产品，因此具有双重意义。该技术目前主要采用催化重整法，但该方法需要在高温高压下进行；装置复杂并且能耗高；易产生积碳，导致催化剂失活，管道堵塞。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一包括提供一种等离子体催化甲烷干重整制合成气的方法，可在较低的反应温度和较低的反应压力下进行甲烷和二氧化碳的重整，降低能耗，同时能够控制反应深度和原料的转化率，不会产生大量的积碳，从而可延长催化剂的寿命。此外，催化剂的存在提高了低温等离子体重整反应产物的选择性。

本发明的目的之二包括提供一种等离子体催化甲烷干重整制合成气装置，该装置结构简单，能耗低，不易产生大量积碳，可延长催化剂寿命。

本申请是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种等离子体催化甲烷干重整制合成气的方法，包括以下步骤：

将二氧化碳与甲烷在低温等离子体与催化剂的耦合作用下发生反应，生成以一氧化碳和氢气为主的合成气。

在可选的实施方式中，还包括对合成气的组成数据进行分析。

在可选的实施方式中，反应温度为20-400℃，反应绝对压力为100-200kPa，反应停留时间为0.1-10s。

在可选的实施方式中，二氧化碳与甲烷的摩尔比为0.1-10:1。

在可选的实施方式中，二氧化碳和甲烷的来源包括石油化工产生的气体、煤化工产生的气体和天然气中的至少一种。

在可选的实施方式中，催化剂为负载金属的活性载体或负载金属的分子筛。

在可选的实施方式中，催化剂的粒径为1-5mm。

在可选的实施方式中，负载的金属包括银、镍、锌和铜中的至少一种。

在可选的实施方式中，活性载体包括氧化铝和氧化硅中的至少一种。

在可选的实施方式中，分子筛包括ZSM-5或HZSM-5。

在可选的实施方式中，金属的重量占催化剂的重量的0.5-20％。

在可选的实施方式中，高压电极的材料为金属材料。

在可选的实施方式中，高压电极的材料包括不锈钢或铜。

在可选的实施方式中，接地电极的材料为金属材料。

在可选的实施方式中，接地电极的材料包括不锈钢或铜。

在可选的实施方式中，绝缘介质包括陶瓷、玻璃或石英。