微化工技术——微反应器中研究CO2合成甲烷案例

CO2和H2合成甲烷

分类关键词：实际应用、微反应、甲烷化、CO2、H2、甲烷

背景介绍

天然气是一种清洁、便捷、安全的优质能源，其主要成分为甲烷。利用风能或太阳能电解水制H2，H2与CO2在甲烷化装置内生产出甲烷，而甲烷可以进入天然气管网、为汽车加气或作为LNG储存运输等，CO2则来自于沼气厂产生的废气，这是一个典型的“闭环”CO2零排放理念。可知，该过程的核心技术是CO2甲烷化，故提高甲烷化技术的能源利用效率则尤为关键。

图1.反应通式

传统工艺分析

微反应技术

图2.用于强化CO2甲烷化的微反应装置结构示意图

利用电加热棒加热微反应器-1，当到达指定温度后停止加热，将CO2和H2的原料混合气依次经加热板及微反应器-1上的通孔，进入微换热器-1，在微反应器-1内进行第一次CO2甲烷化反应；反应后产物经微反应器-1上的通孔进入微换热器-1，在微换热器-1内与CO2和H2的原料混合气进行换热；换热后的第一次CO2甲烷化反应产物经隔热板上的通孔，进入微换热器-2，在微换热器-2内与冷空气进行换热，换热后经微换热器-2上的通孔进入微反应器-2，在微反应器-2内进行第二次CO2甲烷化反应，反应产物经下盖板上的通孔流出微反应装置。

技术优势

该方法采用一种微反应装置，使CO2和H2原料混合气经电加热快速启动、原位高效换热、高效隔热及高效反应，完成CO2甲烷化反应及其过程强化，反应启动时间小于30分钟，在H2/CO2摩尔比为4的条件下，H2转化率均大于98％。最终实现可再生能源领域的CO2甲烷化反应的过程强化和设备小型化，极大程度上提高系统的能源利用效率，充分利用分散式可再生能源。

结论

本发明的用于强化CO2甲烷化的微反应装置及方法，通过加热板、隔热板、微换热器、微反应器等多功能模块的匹配组合，可实现可再生能源领域的CO2甲烷化反应的过程强化和设备小型化，极大程度上提高系统的能源利用效率。固采用微反应器用于强化CO2甲烷化是行之有效的方法。

参考文献：CN 107556230 B