[发明专利]一种提高甲烷转化效率的装置及方法

说明书

本发明提供了一种提高甲烷转化效率的装置及方法，装置包括燃烧装置、反应装置、甲烷喷射装置、电离活化装置和合成气收集装置，燃烧装置包括燃烧室、氢气罐、氧气罐、点火装置、压力检测器和喷射管，反应装置包括反应室、喷射段、甲烷处理喷射段和碰撞反应段，甲烷喷射装置连接在甲烷处理喷射段的远端，包括甲烷罐、气体泵和喷射管二，电离活化装置设置在甲烷处理喷射段内靠近喷射管二出气端，电离活化装置包括电离活化管道和集气管，合成气收集装置包括负压泵和气体收集罐。总之，发明具有结构新颖、方法先进、甲烷转化效率高等优点。

技术领域

本发明属于能源转化技术领域，具体是涉及一种提高甲烷转化效率的装置及方法

背景技术

甲烷在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分，俗称瓦斯。也是含碳量最小的烃，也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。

甲烷是天然气的主要成分，研究开发甲烷的利用技术是当前国际上的热门课题之一。甲烷的化学利用比较成熟的还是间接转化法，即先从甲烷制合成气，再由合成气合成各种化工原料及油品。间接法流程复杂、能耗大、生产成本高，投资也比较大。由于甲烷的直接转化可以一步得到有机化工产品，因此其直接转化利用更有吸引力。然而，由于甲烷堪称结构最稳定的有机分子，它的活化要比其他烃类困难，特别是希望得到的转化产物的化学活性往往比甲烷分子高得多。如何实现甲烷的定向高效转化是一个巨大的挑战

目前较为成熟的技术路线是将甲烷转化为合成气，再合成甲醇或合成氨，进而开发相关的下游产品。但由于间接利用甲烷的技术路线存在投资费用高、工艺流程复杂，生产成本较高等原因，目前在工业上还并未得到大规模化应用。从原理上看甲烷直接转化利用是最直接有效的途径。研究表明,由于甲烷的化学惰性目前的很难在较高的甲烷转化率下获得理想的产物选择性。因此，甲烷直接转化法在工业上应用的较少,大都还处于实验室研究阶段。一旦催化技术有所突破天然气必将成为最理想的石油替代品。所以，本发明设计了一种提高甲烷转化效率的装置及方法。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种提高甲烷转化效率的装置及方法。

本发明的技术方案是：一种提高甲烷转化效率的装置，主要包括燃烧装置、反应装置、甲烷喷射装置、电离活化装置和合成气收集装置，

所述燃烧装置包括用于氧气和氢气混合燃烧的燃烧室，连接在所述燃烧室侧部用于为燃烧室分别提供纯氢和纯氧的氢气罐和氧气罐，设置在燃烧室内部用于点火的点火装置，与燃烧室内部连通用于监测燃烧室内压力的压力检测器，连接在燃烧室出气口用于燃烧后膨胀气体喷射的喷射管，

所述反应装置包括与所述喷射管一体化连接的反应室，所述反应室为横向中空圆柱，反应室包括用于所述燃烧室燃烧气流喷射的喷射段，与所述甲烷喷射装置一体化连接用于甲烷气流预处理及喷射的甲烷处理喷射段和设置在所述喷射段与甲烷处理喷射段中间的碰撞反应段，

所述碰撞反应段用于相对喷射的燃烧气流与甲烷气流进行喷射碰撞，碰撞后的气流将动能转化为热能，促进甲烷气流进行热解，碰撞反应段的反应室内壁上环绕设有多个催化剂骤冷器，所述催化剂骤冷器为由催化剂涂覆表面的螺旋状冷却环，碰撞后进行热解的甲烷气流在后续气流的喷射动力下呈圆周向冷却环扩散，与冷却环上的催化剂接触，加速甲烷热解反应，并被冷却环内循环的冷却剂快速降温，降温后的合成气体经安装在催化剂骤冷器间隔处的集气嘴收集，

所述甲烷喷射装置连接在所述甲烷处理喷射段的远端，甲烷喷射装置包括提供甲烷气体的甲烷罐和用于将所述甲烷罐内甲烷气体加压喷射向甲烷处理喷射段的气体泵，

所述电离活化装置设置在甲烷处理喷射段远端内，电离活化装置包括横向设置在甲烷处理喷射段的多个电离活化管道，电离活化管道的出气端连接有与所述所述喷射管相对设置在集气管，