一种甲烷二氧化碳干重整反应炉的制作方法

本发明属于化工反应炉技术领域，具体涉及一种甲烷二氧化碳干重整反应炉。

背景技术：

我国甲烷、二氧化碳这两种温室气体的排放量居世界第一，其中甲烷的产能已经过剩，所以需要合理利用甲烷是必要的，在众多方法中甲烷制合成气是十分优先的选择。目前甲烷制合成气有三种途径：甲烷二氧化碳重整、甲烷水蒸汽重整以及甲烷部分氧化，其中的甲烷二氧化碳干重整的产物合成气的氢与一氧化碳的比例可以直接用于费托合成，可以生产长链烃等化工产品。此外，重整反应是一种强吸热反应，也可以起到储能的作用。甲烷二氧化碳干重整既解决了甲烷产能过剩的问题，又可以合理利用二氧化碳，减少温室气体排放，缓解温室效应，对资源利用和环境保护有着重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决甲烷产能过剩与温室气体二氧化碳排放导致环境污染的问题，提供了一种甲烷二氧化碳干重整反应炉。

本发明采用如下的技术方案实现：一种甲烷二氧化碳干重整反应炉，包括若干用于甲烷二氧化碳混合气体干重整的反应室、若干燃烧室、预热室、废气回收室、位于废气回收室内的若干总煤气管和位于废气回收室内若干废气管道；

反应室和燃烧室并排设于反应炉内，预热室位于反应室和燃烧室的下方，废气回收室位于预热室的下方；

若干燃烧室和若干反应室依次间隔排布于反应炉内，燃烧室与反应室之间通过隔墙隔开；预热室包括用于回收燃烧废气的热量的若干燃烧预热室和用于预热混合气体的若干反应预热室，若干燃烧预热室和若干反应预热室依次间隔排布于反应炉内，燃烧预热室与反应预热室之间通过隔墙隔开；燃烧预热室位于燃烧室下方，燃烧预热室与燃烧室连通，反应预热室位于反应室下方，反应预热室与反应室连通；

每个反应室沿其走向对称设有两个侧反应室，两个侧反应室上方均设有用于排出甲烷二氧化碳在催化剂的作用下重整为合成气的合成气出口管，两个侧反应室内通过隔墙分隔为若干催化反应腔，催化反应腔内设有用于甲烷二氧化碳干重整的催化剂；对应的每个反应预热室沿其走向对称设有两个侧反应预热室，侧反应预热室为矩形结构，两个侧反应预热室下方均设有用于输入混合气体的混合气入口管，两个侧反应预热室内与催化反应腔对应的位置均设有用于预热混合气体的若干连通管；混合气入口管与连通管的底部连通，连通管的顶部与催化反应腔的底部连通，催化反应腔的顶部与合成气出口管连通；

每个燃烧室沿其走向设有多组双联式火道，多组双联式火道之间通过隔墙隔开，每组双联式火道包括两个火道，两个火道之间通过隔墙隔开，两个火道之间的隔墙顶部设有用于连通两个火道的连通孔道，火道的底部设有点火端，点火端内设有用于控制点火端开启或关闭的控制阀；

若干燃烧预热室内通过隔墙分隔为若干燃烧预热腔，燃烧预热腔对应位于燃烧室的火道的下方；燃烧预热腔包括两个用于输入空气的空气或排出燃烧废气的通气孔和用于输入煤气的单煤气管，单煤气管位于两个通气孔之间，两个通气孔与单煤气管之间分别通过隔墙隔开；

若干总煤气管分别对应位于若干燃烧预热室的下方；

单煤气管的顶端与燃烧室的火道的点火端连通，单煤气管的底端与总煤气管连通；

若干废气管道分别对应位于若干燃烧预热室的下方；

两个通气孔的顶部与火道的底部连通,两个通气孔顶部设有用于控制通气孔与火道连通的开启或关闭的控制阀；

两个通气孔的底部通过管道连通于废气管道，管道上设有用于控制通气孔与废气管道连通的开启或关闭的控制阀；

通气孔的一侧设有空气输入管，通气孔与空气输入管通过管路连通，管路上设有用于控制通气孔与空气输入管连通的开启或关闭的控制阀；

废气回收室设于地下室，废气回收室位于预热室的下方，废气回收室内还设有用于收集经预热室回收热量后的废气的若干废气道，废气管道的末端与废气道连通，废气道的末端连通于烟囱。

连通管上设有若干球状管。

总煤气管和空气输入管的入口均设有调控气体流量的可调流量泵，可调流量泵的控制端外接于电脑；火道内均设有温度传感器，温度传感器的控制端外接于电脑。

混合气入口管的入口设有用于调控混合气体流量的可调流量泵，可调流量泵的控制端外接于电脑。

所述控制阀的控制端均外接于电脑。

燃烧预热室的火道顶部设有用于观察和测温的看火孔，看火孔延伸至反应炉的炉顶外。

燃烧室内的火道还可为两分式立火道、四分式立火道、跨顶式立火道或四联式火道。

本发明相比现有技术的有益效果：

1.本发明将合理利用资源将甲烷与二氧化碳中重整，减少温室气体二氧化碳的排放量，提高资源的利用、保护环境；

2.结构简单，便于操作；

3.充分回收并利用燃烧产生的废气的热量一方面对甲烷二氧化碳干重整反应前的甲烷二氧化碳混合气体进行预热，另一方面对燃烧前的煤气和空气进行预热，节能降耗，降低成本，提高经济效益；

4.通过电脑控制甲烷二氧化碳的混合气体的流量，控制反应时间，保证催化反应充分完成，不但保证催化反应质量，更保证生产能力最大化；精确控制反应室的催化反应，便于自动化生产；

5.电脑通过温度传感器传导给其的实时温度对煤气和空气的混合比例进行控制，从而进一步控制火势、温度，使得精确控制燃烧室的燃烧，便于自动化生产。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图；

图2为本发明水平面结构示意图；

图3为本发明反应室结构示意图a-a；

图4为本发明燃烧室结构示意图b-b；

图5为本发明的c-c剖视图；

图6为本发明双联式火道结构示意图；

图7为本发明双联式火道原理示意图；

图8为本发明两分式立火道原理示意图；

图9为本发明四分式立火道原理示意图；

图10为本发明跨顶式立火道原理示意图；

图11为本发明四联式火道原理示意图；

图12为本发明一个燃烧周期原理示意图；

图13为本发明下一个燃烧周期原理示意图；

图中：1-合成气出口管

2-反应室，2.1-侧反应室，2.1.1-催化反应腔

3-空气输入管

4-预热室，4.1-燃烧预热室，4.1.1-燃烧预热腔，4.2-反应预热室，4.2.1-侧反应预热室

5-连通管

6-混合气入口管

7-总煤气管

8-废气回收室，8.1-废气道

9-看火孔

10-燃烧室

11-双联式火道，11.1-火道，11.1.1-点火端

12-连通孔道

13-通气孔

14-废气管道

15-单煤气管。

具体实施方式

结合附图说明，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

参照图1-图6，本发明提供了一种甲烷二氧化碳干重整反应炉，包括若干用于甲烷二氧化碳混合气体干重整的反应室2、若干燃烧室10、预热室4、废气回收室8、位于废气回收室8内的若干总煤气管7和位于废气回收室8内若干废气管道14；

反应室2和燃烧室10并排设于反应炉内，预热室4位于反应室2和燃烧室10的下方，废气回收室位于预热室4的下方；

若干燃烧室10和若干反应室2依次间隔排布于反应炉内，燃烧室10与反应室2之间通过隔墙隔开；预热室4包括用于回收燃烧废气的热量的若干燃烧预热室4.1和用于预热混合气体的若干反应预热室4.2，若干燃烧预热室4.1和若干反应预热室4.2依次间隔排布于反应炉内，燃烧预热室4.1与反应预热室4.2之间通过隔墙隔开；燃烧预热室4.1位于燃烧室10下方，燃烧预热室4.1与燃烧室10连通，反应预热室4.2位于反应室2下方，反应预热室4.2与反应室2连通；

每个反应室2沿其走向对称设有两个侧反应室2.1，两个侧反应室2.1上方均设有用于排出甲烷二氧化碳在催化剂的作用下重整为合成气的合成气出口管1，两个侧反应室2.1内通过隔墙分隔为若干催化反应腔2.1.1，催化反应腔2.1.1内设有用于甲烷二氧化碳干重整的催化剂；对应的每个反应预热室4.2沿其走向对称设有两个侧反应预热室4.2.1，侧反应预热室4.2.1为矩形结构，两个侧反应预热室4.2.1下方均设有用于输入混合气体的混合气入口管6，两个侧反应预热室4.2.1内与催化反应腔2.1.1对应的位置均设有用于预热混合气体的若干连通管5；混合气入口管6与连通管5的底部连通，连通管5的顶部与催化反应腔2.1.1的底部连通，催化反应腔2.1.1的顶部与合成气出口管1连通；

每个燃烧室10沿其走向设有多组双联式火道11，多组双联式火道11之间通过隔墙隔开，每组双联式火道11包括两个火道11.1，两个火道11.1之间通过隔墙隔开，两个火道11.1之间的隔墙顶部设有用于连通两个火道11.1的连通孔道12，火道11.1的底部设有点火端11.1.1，点火端11.1.1内设有用于控制点火端开启或关闭的控制阀；

若干燃烧预热室4.1内通过隔墙分隔为若干燃烧预热腔4.1.1，燃烧预热腔4.1.1对应位于燃烧室10的火道11.1的下方；燃烧预热腔4.1.1包括两个用于输入空气的空气或排出燃烧废气的通气孔13和用于输入煤气的单煤气管15，单煤气管15位于两个通气孔13之间，两个通气孔13与单煤气管15之间分别通过隔墙隔开；

若干总煤气管7分别对应位于若干燃烧预热室4.1的下方；

单煤气管15的顶端与燃烧室10的火道11.1的点火端4.1.2连通，单煤气管15的底端与总煤气管7连通；

若干废气管道14分别对应位于若干燃烧预热室4.1的下方；

两个通气孔13的顶部与火道11.1的底部连通,两个通气孔13顶部设有用于控制通气孔13与火道11.1连通的开启或关闭的控制阀；

两个通气孔13的底部通过管道连通于废气管道14，管道上设有用于控制通气孔13与废气管道14连通的开启或关闭的控制阀；

通气孔13的一侧设有空气输入管3，通气孔13与空气输入管3通过管路连通，管路上设有用于控制通气孔13与空气输入管3连通的开启或关闭的控制阀；

废气回收室8设于地下室，废气回收室8位于预热室4的下方，废气回收室8内还设有用于收集经预热室4回收热量后的废气的若干废气道8.1，废气管道14的末端与废气道8.1连通，废气道8.1的末端连通于烟囱，在烟囱内经处理达到排放标准后排放。

连通管5上设有若干球状管，可以增大传热的接触面面积，还可以降低混合气在连通管5内的流速，增加传热时间，提高传热效果。

总煤气管7和空气输入管3的入口均设有调控气体流量的可调流量泵，可调流量泵的控制端外接于电脑，电脑可调控总煤气管道7入口和空气输入管3入口的可调流量泵，从而调控煤气和空气的流量；火道11.1内均设有温度传感器，温度传感器的控制端外接于电脑，温度传感器将火道11.1内的实时温度反应在电脑上；电脑根据温度传感器反应的实时温度值调控煤气和空气的流量（即煤气和空气混合比例），得以控制燃烧室内的燃烧程度来达到控制温度的目的；电脑控制便于自动化生产。

混合气入口管6的入口设有用于调控混合气体流量的可调流量泵，可调流量泵的控制端外接于电脑，电脑可控制调控混合气体的流量；根据催化反应腔2.1.1的容积换算出混合气的设计流量，在自动化生产过程中电脑控制混合气进入管道6入口的流量值符合设计流量，流量过大会导致反应不完全，产物浓度过低，流量过低会降低生产效率，浪费资源；电脑控制便于自动化生产，也保证了生产效率的最大化。

所述控制阀的控制端均外接于电脑，便于自动化生产。

燃烧预热室4.1的火道11.1顶部设有用于观察和测温的看火孔9，看火孔9延伸至反应炉的炉顶外，便于现场巡查人员巡查。

燃烧室10内的火道为两分式立火道、四分式立火道、跨顶式立火道或四联式火道，两分式立火道、四分式立火道、跨顶式立火道和四联式火的原理示意图如图（8-11）所示。

反应室内的催化剂可以以碳材料为载体负载活性金属制成，碳材料是亚临界h2o-co反应的生成物h2对褐煤进行改性后生成的碳材料，其中碳材料占的质量百分比为80-98wt%，钴活性组分占的质量百分比为1-12wt%，铁活性组分占的质量百分比为1-8wt%；催化剂还可以采用镍基催化剂，镍基催化剂按质量分数计包括5％～20％的氧化镍、0.2％～0.70％的氧化钼，二氧化铈与二氧化锆占镍基催化剂总质量的1％～15％。

所述的温度传感器的型号为tr02016。

本发明的工作原理：

甲烷二氧化碳混合气体预热：

燃烧室的燃烧废气通过燃烧预热室的通气孔13时，废气的热量传导至通气孔13旁侧的燃烧预热室与反应预热室之间的隔墙，从而隔墙将热量传导给反应预热室4.2的连通管5内的甲烷二氧化碳混合气体进行预热；混合气体预热后进入反应室进行催化反应，催化反应完成后的合成气经合成气出口管1；

煤气和空气预热：

燃烧室10的双联式火道11的一个火道为第一火道，另一个为第二火道，电脑控制第一火道的两个通气孔13与空气输入管3连通、单煤气管15与总煤气管7连通，则第一火道燃烧；电脑控制第二火道底部的两个通气孔13与废气管道14连通，单煤气管15与总煤气管7不连通，则第二火道排放废气；

一个燃烧周期（第一火道燃烧，第二火道排放废气，如图12所示）：第一火道点燃煤气和空气的混合气完成燃烧，燃烧的废气自连通孔道12排至第二火道，并由第二火道底部的燃烧预热室4.1的通气孔13排出，此时通气孔13内的废气将其自身热量传给其旁侧的隔墙，从而对隔墙加热；

下一个燃烧周期（第二火道燃烧，第一火道排放废气，如图13所示）：本燃烧周期的第二火道的用于燃烧的空气和煤气通过上一燃烧周期加热的隔墙进行预热，预热后的煤气和空气在第二火道内点燃完成燃烧，燃烧的废气自连通孔道12排至第一火道，并由第一火道的通气孔13排出；

如此循环，对每个燃烧周期的空气和煤气均进行预热。

本发明将合理利用资源将甲烷与二氧化碳中重整，减少温室气体二氧化碳的排放量，提高资源的利用、保护环境；结构简单，便于操作；充分回收并利用燃烧产生的废气的热量一方面对甲烷二氧化碳干重整反应前的甲烷二氧化碳混合气体进行预热，另一方面对燃烧前的煤气和空气进行预热，节能降耗，降低成本，提高经济效益；通过电脑控制甲烷二氧化碳的混合气体的流量，控制反应时间，保证催化反应充分完成，不但保证催化反应质量，更保证生产能力最大化；精确控制反应室的催化反应，便于自动化生产；电脑通过温度传感器传导给其的实时温度对煤气和空气的混合比例进行控制，从而进一步控制火势、温度，使得精确控制燃烧室的燃烧，便于自动化生产。