[发明专利]一种用于甲烷转化的促进装置及其促进方法

权利要求书

1.一种用于甲烷转化的促进装置，其特征在于，主要包括原料罐(1)、预热装置(2)、匀化缓冲罐(3)、活化促进装置(4)、转化反应室(5)和液化收集装置(6)，

所述原料罐(1)包括甲烷罐(11)和氧气罐(12)，所述甲烷罐(11)的出口端设有电控阀一(111)，所述氧气罐(12)的出口端设有电控阀二(121)，所述电控阀一(111)、电控阀二(121)分别通过连接的气体流量控制器(13)控制，用于按照设定比例控制甲烷和氧气的出气速率，

所述预热装置(2)包括与所述电控阀一(111)连通的甲烷预热管(21)和与所述电控阀二(121)连通的氧气预热管(22)，

所述匀化缓冲罐(3)为横卧式罐体，匀化缓冲罐(3)内侧两端设有出气口相对的匀气管(31)，所述匀气管(31)的两侧进气端分别与所述甲烷预热管(21)、氧气预热管(22)的出气端连通，用于将预热后的甲烷、氧气相对喷流，使甲烷、氧气在匀化缓冲罐(3)内混合均匀后向两端扩散，匀化缓冲罐(3)两端均设有出气口(32)，

所述活化促进装置(4)包括真空罐(41)，设置在真空罐(41)内的螺旋石英管(42)，所述螺旋石英管(42)的进气口与所述匀化缓冲罐(3)的两个出气口(32)连接，螺旋石英管(42)的内部中轴线上设有激光脉冲发生器(43)，所述激光脉冲发生器(43)包括两端与所述真空罐(41)内壁两侧端固定的脉冲管(431)，所述脉冲管(431)上圆周性设有多个激光脉冲头(432)，

所述转化反应室(5)包括与所述真空罐(41)出气端连接的气体泵(51)，与所述气体泵(51)出气端连接的喷射管(52)，所述喷射管(52)竖直设置，且喷射管(52)内侧设有多个喷射嘴(521)，转化反应室(5)的内顶部还设有通过电机(53)驱动的旋转座(54)，所述旋转座(54)上交错设有催化剂棒(55)和加热棒(56)，所述喷射嘴(521)的喷射方向朝向所述催化剂棒(55)和加热棒(56)，

所述液化收集装置(6)包括与所述转化反应室(5)出气端连接用于将甲烷合成气体浓缩液化的压缩机(61)和与所述压缩机(61)连通用于存储液化甲烷合成气体的存储罐(62)。

2.根据权利要求1所述的一种用于甲烷转化的促进装置，其特征在于，所述甲烷预热管(21)与所述氧气预热管(22)内均盘旋设有加热管道(23)，所述加热管道(23)的入口端、出口端分别与用于向加热管道(23)内泵入导热液体的循环泵(24)连接，所述加热管道(23)入口端与循环泵(24)连接处设有用于将导热液体按甲烷预热管(21)、氧气预热管(22)内气体比例分流的分流阀(25)，所述加热管道(23)出口端与所述循环泵(24)连接处设有用于加热回流导热液体的加热器(26)。

3.根据权利要求1所述的一种用于甲烷转化的促进装置，其特征在于，所述甲烷预热管(21)和氧气预热管(22)的出口端分别安装有用于放置气体倒流的止回阀(27)。

4.根据权利要求1所述的一种用于甲烷转化的促进装置，其特征在于，所述匀气管(31)中部为螺旋管道。

5.根据权利要求1所述的一种用于甲烷转化的促进装置，其特征在于，所述旋转座(54)、催化剂棒(55)和加热棒(56)均绝缘处理。

6.根据权利要求1所述的一种用于甲烷转化的促进装置，其特征在于，所述存储罐(62)内层罐体与外层罐体之间设有多层真空隔温层(621)。

7.根据权利要求1所述的一种用于甲烷转化的促进装置，其特征在于，所述氧气预热管(22)的出口端安装有用于放置气体倒流的止回阀(27)。

8.利用权利要求1-7任意一项所述用于甲烷转化的促进装置促进甲烷转化的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

S1：预热处理

将甲烷与氧气按照反应比输入至气体流量控制器(13)中，气体流量控制器(13)分别控制甲烷罐(11)与氧气罐(12)的出气流量，使甲烷、氧气分别进入甲烷预热管(21)、氧气预热管(22)中，循环泵(24)将机构加热器(26)加热的导热液体在加热管道(23)内循环，对甲烷预热管(21)、氧气预热管(22)中的甲烷、氧气进行预热，进入甲烷预热管(21)、氧气预热管(22)中的导热液体流量比通过分流阀(25)控制，使甲烷预热管(21)、氧气预热管(22)内甲烷、氧气受热均匀且温度相同；

S2：气体匀化活化

甲烷预热管(21)、氧气预热管(22)内的甲烷、氧气预热后通过匀化缓冲罐(3)两端分别进入两个出气口相对的匀气管(31)内，经出气口喷出后，甲烷与氧气混合并逐渐向匀化缓冲罐(3)两端扩散，在扩散过程中，甲烷与氧气混合均匀，混合均匀后的甲烷-氧气混合气体经匀化缓冲罐(3)的出气口(32)进入活化促进装置(4)的螺旋石英管(42)中，在通入过程中，螺旋石英管(42)中部的激光脉冲发生器向螺旋石英管(42)内的甲烷-氧气混合气体发射激光脉冲，通过激光脉冲消除妨碍分子间重新组合的能量壁垒来加快反应的速度；

S3：转化反应

经激光脉冲照射后的甲烷-氧气混合气体进入转化反应室(5)，气体泵(51)将甲烷-氧气混合气体加压后经喷射管(52)上的喷射嘴向催化剂棒(55)、加热棒(56)喷出，在催化剂和加热的作用下，甲烷与氧气反应生成合成气体，催化剂棒(55)、加热棒(56)的旋转使转化反应室(5)内的甲烷-氧气混合气体充分与催化剂棒(55)、加热棒(56)接触反应；

S4：收集存储

反应生成的合成气体经压缩机(61)压缩液化后送至存储罐(62)内隔温存储。