甲烷催化裂解装置的制作方法

本发明涉及石油化工领域，尤其涉及一种甲烷催化裂解装置。

背景技术：

1、在“绿色化学”的大背景下，甲烷催化裂解反应与设备是重点研究领域，上世纪中叶开发出的甲烷热裂解技术即其中一大类。此类反应能耗低，原料单一，产物简单，用途多样，具有使用价值和经济价值。甲烷热裂解技术中的一大难题在于，反应中的碳元素会以碳纤维、碳纳米管、活性炭等形式附着于催化剂，降低催化速率和反应的产率，因此，如何有效地转移出碳元素，是甲烷热裂解技术中的一个关键技术。

技术实现思路

1、为解决现有技术中所存在的至少一个问题，本发明提供了一种甲烷催化裂解装置，其特征在于，该甲烷催化裂解装置包括进气部、反应部、沉降部、固体回收部和气体回收部。反应部连接进气部，用于甲烷气体的催化裂解反应，以生产目标产物碳和氢气。沉降部连接反应部远离进气部的一端，沉降部开设空腔、第一孔和第二孔，第一孔和第二孔分别与空腔连通，空腔中设置多个挡板，沿着进气部到反应部的第一方向，多个挡板交错斜向排列，分别插置于第一孔。固体回收部和第一孔连通，挡板用于将目标产物中的碳导引至第一孔处并进一步收集于固体回收部。气体回收部和第二孔连通，气体回收部用于收集目标产物中的气体。

2、在一些实施方式中，挡板远离第一孔的一端穿过沉降部的中轴线，多个挡板131中的至少两个在垂直于第一方向的平面上的投影重叠，挡板与水平方向的夹角范围是30°至60°。

3、在一些实施方式中，进气部包括螺旋进气分配器、透气板与导气管，沿着第一方向，导气管、螺旋进气分配器、透气板依次连接；

4、其中，螺旋进气分配器呈喇叭形状，螺旋进气分配器连接导气管的一端直径为d1，螺旋进气分配器连接透气板的一端直径为d2，d2大于d1；螺旋进气分配器的内壁上设有螺旋槽，使得进入其内部的甲烷气体螺旋式分散；透气板的目数范围是100到180。

5、在一些实施方式中，反应部包括加热装置和网状催化装置，加热装置套设于网状催化装置的外周，网状催化装置的相对两端分别与进气部和沉降部连通。

6、在一些实施方式中，网状催化装置包括多层网状片，多层网状片卷绕设置，网状催化装置的中轴线与进气部中轴线重合。

7、在一些实施方式中，固体回收部的内壁上对应第一孔的区域设置有多个止逸板，止逸板与挡板间隔且相对设置，止逸板用于阻止已进入固体回收部的碳的碳逃逸至沉降部。

8、在一些实施方式中，止逸板与固体回收部的内壁转动连接，止逸板与固体回收部的内壁的夹角范围是10°至30°。

9、在一些实施方式中，固体回收部的靠近进气部的一端可拆卸地连接有锥形封头；

10、锥形封头包括封头本体和开关阀门，封头本体呈圆锥形状，其侧壁与其中轴线的夹角范围是30°至45°；开关阀门与封头本体开合连接，开关阀门用来控制目标产物中的碳排出固体回收部。

11、在一些实施方式中，气体回收部包括气过滤件与储气罐，过滤件的一端连接第二孔，过滤件的另一端连接储气罐；过滤件上设置有多个过孔，过孔的直径范围为0.1μm至5μm；储气罐用于储存气体。

12、在一些实施方式中，气体回收部还包括氢气导管与原料气导管，氢气导管与储气罐连通，原料气导管分别连通储气罐和进气部，原料气导管与储气罐连通的连接位点为a点，氢气导管与储气罐连通的连接位点位b点，a点介于b点和进气部之间。

13、本发明与现有技术相比，其有益效果在于：甲烷经过进气部与反应部后充分地催化分解，得到碳和氢气，产物进入沉降部后，碳被挡板阻挡，通过第一孔进入固体回收部，实现碳的回收，多个挡板逐级阻挡，提高碳的回收率；氢气则通过第二孔进入气体回收部，如此实现产物的催化与分离。由于多个挡板能够分离出产物中的碳，避免碳附着于催化剂上而导致催化剂失活，所以提升了反应速率和碳的沉降效率。

技术特征：

1.一种甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述甲烷催化裂解装置(100)包括：

2.根据权利要求1所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述挡板(131)远离所述第一孔(132)的一端穿过所述沉降部(130)的中轴线，所述多个挡板(131)中的至少两个在垂直于所述第一方向的平面上的投影重叠，所述挡板(131)与水平方向的夹角范围是30°至60°。

3.根据权利要求1所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述进气部(110)包括螺旋进气分配器(111)、透气板(112)与导气管(113)，沿着所述第一方向，所述导气管(113)、所述螺旋进气分配器(111)、所述透气板(112)依次连接；

4.根据权利要求1所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述反应部(120)包括加热装置(121)和网状催化装置(122)，所述加热装置(121)套设于所述网状催化装置(122)的外周，所述网状催化装置(122)的相对两端分别与所述进气部(110)和所述沉降部(130)连通。

5.根据权利要求4所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述网状催化装置(122)包括多层网状片，所述多层网状片卷绕设置，所述网状催化装置(122)的中轴线与所述进气部(110)中轴线重合。

6.根据权利要求1所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述固体回收部(140)的内壁上对应所述第一孔(132)的区域设置有多个止逸板(143)，所述止逸板(143)与所述挡板(131)间隔且相对设置，所述止逸板(143)用于阻止已进入所述固体回收部(140)的碳逃逸至所述沉降部(130)。

7.根据权利要求6所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述止逸板(143)与所述固体回收部(140)的内壁转动连接，所述止逸板(143)与所述固体回收部(140)的内壁的夹角范围是10°至30°。

8.根据权利要求1所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述固体回收部(140)的靠近所述进气部(110)的一端可拆卸地连接有所述锥形封头(142)；

9.根据权利要求1所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述气体回收部(150)包括过滤件(151)与储气罐(152)，所述过滤件(151)的一端连接所述第二孔(133)，所述过滤件(151)的另一端连接所述储气罐(152)；所述过滤件(151)上设置有多个过孔，所述过孔的直径范围为0.1μm至5μm；所述储气罐(152)用于储存气体。

10.根据权利要求9所述的甲烷催化裂解装置(100)，其特征在于，所述气体回收部(150)还包括氢气导管(1521)与原料气导管(1522)，所述氢气导管(1521)与所述储气罐(152)连通，所述原料气导管(1522)分别连通所述储气罐(152)和所述进气部(110)，所述原料气导管(1522)与所述储气罐(152)连通的连接位点为a点，所述氢气导管(1521)与所述储气罐(152)连通的连接位点位b点，所述a点介于所述b点和所述进气部(110)之间。

技术总结
本发明公开一种甲烷催化裂解装置。该甲烷催化裂解装置包括进气部、反应部、沉降部、固体回收部和气体回收部。反应部连接进气部，沉降部连接反应部，沉降部的内部设置多个挡板，挡板交错斜向排列；固体回收部连通沉降部，气体回收部连接沉降部。本发明通过挡板的物理阻隔，实现了产物中的气固分离，通过及时转移产物中的碳，促进甲烷催化裂解反应的正向进行，提高该催化反应的反应速率和产率。

技术研发人员：李桂香,宋其会
受保护的技术使用者：黑龙江琪正高新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15