【技術實現步驟摘要】
本公開涉及二氧化碳甲烷化裝置，尤其涉及一種二氧化碳直接甲烷化裝置及系統。
技術介紹
1、固態氧化物燃料電池是指使用固體氧化物為電解質且在高溫下工作的燃料電池。甲烷化反應器主要是利用將合成氣(一種由一氧化碳和氫氣組成的混合物)轉化為甲烷的過程。
2、例如，中國專利申請(cn107699915a)公開的了一種溫度自維持二氧化碳和水蒸汽共電解裝置。該裝置包括反應釜、反應釜內置的燃料極腔室和管式固體氧化物電解池、所述燃料極腔室與管式固體氧化物電解池密封相連，所述管式固體氧化物電解池的外側設置空氣極腔室，所述反應釜內圍繞著燃料極腔室和管式固體氧化物電解池四周布置環形保溫材料。其中，管式結構固體氧化物燃料電池，該電池的活性反應區域較小，電解效率較低，難以規模化。中國專利申請(cn116526684a)公開了一種電能儲能裝置及系統，其采用平管式固體氧化物電解池將二氧化碳轉化為一氧化碳和氧氣，采用平管式固體氧化物燃料電池將一氧化碳進行發電，但該專利申請不涉及甲烷化過程。由此目前固體氧化物燃料電池電解產物無法有效利用，其產生的多余能源被大大浪費。
3、此外，目前傳統熱催化甲烷化反應器采用固定床填充顆粒催化劑或板式換熱結構填充顆粒催化劑材料形式，存在甲烷化工藝復雜、控制難度大、催化劑易高溫失活等問題。
4、因此，為了能夠有效利用不穩定、多余的能源儲能，有必要提供一種能夠將二氧化碳共電解反應產生的氣體直接合成甲烷的裝置。
技術實現思路
1、本公開提供了一種二氧化碳直接
2、根據本公開的第一方面，提供了一種二氧化碳直接甲烷化裝置，包括：
3、第一反應器，包括互不相通的第一氣體通道和第二氣體通道，所述第一反應器被配置為能夠將進入第一氣體通道內的混合氣合成甲烷的同時、將進入第二氣體通道內的低溫燃料混合氣加熱并輸送至第二反應器中；
4、第二反應器，與第一反應器共同設于第一密封腔室中并且二者相遠離設置，靠近第二反應器位置的第一密封腔室中設有加熱件；所述第二反應器為固體氧化物燃料電池或由多個電池單元堆疊而成的電堆結構；
5、所述第二反應器包括燃料通道和空氣通道；燃料通道的輸入端與第二氣體通道相連通、輸出端與第一氣體通道相連通；所述第二反應器被配置為能夠將已加熱的燃料混合氣電解并將燃料通道內電解產生的混合氣輸送至第一氣體通道內。
6、在一可實施方式中，所述燃料通道的輸出端通過除水裝置與第一氣體通道相連通；
7、所述加熱件為電阻絲。
8、在一可實施方式中，所述第一反應器包括多個沿豎直方向依次堆疊設置的合成甲烷單元；
9、所述合成甲烷單元包括支撐體和流道片，所述支撐體內部設有多個所述第一氣體通道；所述流道片密封疊置于支撐體的表面上，流道片上形成有多個所述第二氣體通道。
10、在一可實施方式中，所述支撐體的材料為ni-ysz，其中ysz為2mol％-10mol％y2o3穩定的zro3；ni的質量百分含量為40wt％～60wt％、ysz的質量百分含量為40wt％～60wt％；
11、所述支撐體的孔隙率為50～80％；
12、所述支撐體和流道片之間還密封地設有一層致密絕緣層，所述致密絕緣層包覆于所述支撐體的外部；
13、所述第一氣體通道與第二氣體通道相垂直設置；
14、所述致密絕緣層的材料為ysz、gdc、熱膨脹系數為9.0×10-6～20.0×10-6/℃的密封玻璃材料中的一種或多種的混合。
15、在一可實施方式中，所述第二反應器包括陽極、活性陽極、電解質、阻隔層和陰極，所述陽極為nio-3ysz、活性陽極為nio-8ysz、電解質為8ysz、阻隔層為gdc、陰極為lscf/gdc。
16、在一可實施方式中，所述低溫燃料混合氣在加熱前的溫度為20～40℃；
17、所述燃料混合氣由二氧化碳、水和氫氣混合而成并且三者的流量比為1～3:1～3:1。
18、在一可實施方式中，連通所述第二氣體通道的進氣端的管道上、沿著氣體輸送方向依次設有壓力調節閥和質量流量計；連通所述空氣通道的進氣端的管道上、沿著氣體輸送方式依次設有壓力調節閥和質量流量計；
19、所述燃料混合氣由二氧化碳、水和氫氣混合而成并且三者的流量比為2：2:1或者3:1:1或者1:3:1。
20、根據本公開的第二方面，提供了一種二氧化碳直接甲烷化裝置，包括：
21、第一反應器，獨立地設于第二密封腔室中，所述第一反應器包括互不相通的第一氣體通道和第三氣體通道，所述第三氣體通道用于流通已加熱空氣以使第一反應器達到甲烷化溫度；所述第一反應器被配置為能夠將進入第一氣體通道內的混合氣在甲烷化溫度下合成甲烷；
22、第二反應器，獨立地設于第三密封腔室中且第三密封腔室中設有加熱件；所述第二反應器為固體氧化物燃料電池或由多個電池單元堆疊而成的電堆結構；
23、所述第二反應器包括燃料通道和空氣通道，燃料通道的輸出端與第一氣體通道相連通，空氣通道的出氣端與第三氣體通道相連通；其中，所述空氣通道用于對其內流通的空氣進行加熱并將已加熱空氣輸出至第三氣體通道；所述第二反應器被配置為能夠將燃料氣電解并將燃料通道內電解產生的混合氣輸送至第一氣體通道內。
24、在一可實施方式中，所述燃料通道的輸出端通過除水裝置與第一氣體通道的輸入端相連通；
25、所述加熱件為電阻絲。
26、在一可實施方式中，所述第一反應器包括多個沿豎直方向依次堆疊設置的合成甲烷單元；
27、所述合成甲烷單元包括支撐體和流道片，所述支撐體內部設有多個所述第一氣體通道；所述流道片密封疊置于支撐體的表面上，流道片上形成有多個所述第三氣體通道。
28、在一可實施方式中，所述支撐體的材料為ni-ysz，其中ysz為2mol％-10mol％y2o3穩定的zro3；ni的質量百分含量為40wt％～60wt％、ysz的質量百分含量為40wt％～60wt％；
29、所述支撐體的孔隙率為50～80％；
30、所述支撐體和流道片之間還密封地設有一層致密絕緣層，所述致密絕緣層包覆于所述支撐體的外部；
31、所述第一氣體通道與第三氣體通道相垂直設置；
32、所述致密絕緣層的材料為ysz、gdc、熱膨脹系數為9.0×10-6～20.0×10-6/℃的密封玻璃材料中的一種或多種的混合。
33、在一可實施方式中，所述燃料通道內流通的燃料氣是由二氧化碳、水蒸氣和氫氣混合而成并且三者的流量比為1～3:1～3:1；
34、所述空氣通道內的空氣流速為3～20l/min。
35、在一可實施方式中，所述第二反應器包括陽極、活性陽極、電解質、阻隔層和陰極，所述陽極為nio-3ysz、活性陽極為nio-8ysz、電解質為本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述燃料通道的輸出端通過除水裝置與第一氣體通道相連通；
3.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述第一反應器包括多個沿豎直方向依次堆疊設置的合成甲烷單元；
4.根據權利要求3所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述支撐體的材料為Ni-YSZ，其中YSZ為2mol％-10mol％Y2O3穩定的ZrO3；Ni的質量百分含量為40wt％～60wt％、YSZ的質量百分含量為40wt％～60wt％；
5.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述第二反應器包括陽極、活性陽極、電解質、阻隔層和陰極，所述陽極為NiO-3YSZ、活性陽極為NiO-8YSZ、電解質為8YSZ、阻隔層為GDC、陰極為LSCF/GDC。
6.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述低溫燃料混合氣在加熱前的溫度為20～40℃；
7.根據權利要求1-6任意一項所述的二氧化碳直
8.一種二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：包括：
9.根據權利要求8所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述燃料通道的輸出端通過除水裝置與第一氣體通道的輸入端相連通；
10.根據權利要求8所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述第一反應器包括多個沿豎直方向依次堆疊設置的合成甲烷單元；
11.根據權利要求10所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述支撐體的材料為Ni-YSZ，其中YSZ為2mol％-10mol％Y2O3穩定的ZrO3；Ni的質量百分含量為40wt％～60wt％、YSZ的質量百分含量為40wt％～60wt％；
12.根據權利要求8所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：
13.根據權利要求8所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述第二反應器包括陽極、活性陽極、電解質、阻隔層和陰極，所述陽極為NiO-3YSZ、活性陽極為NiO-8YSZ、電解質為8YSZ、阻隔層為GDC、陰極為LSCF/GDC。
14.根據權利要求8-13任意一項所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：連通所述空氣通道的進氣端的管道上、沿著氣體輸送方向依次設有壓力調節閥和質量流量計；連通所述燃料通道的輸入端的管道上、沿著氣體輸送方向依次設有壓力調節閥和質量流量計；
15.一種二氧化碳直接甲烷化系統，包括電源裝置，其特征在于：還包括權利要求1-14任意一項所述的二氧化碳直接甲烷化裝置。
...【技術特征摘要】
1.一種二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：包括：
2.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述燃料通道的輸出端通過除水裝置與第一氣體通道相連通；
3.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述第一反應器包括多個沿豎直方向依次堆疊設置的合成甲烷單元；
4.根據權利要求3所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述支撐體的材料為ni-ysz，其中ysz為2mol％-10mol％y2o3穩定的zro3；ni的質量百分含量為40wt％～60wt％、ysz的質量百分含量為40wt％～60wt％；
5.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述第二反應器包括陽極、活性陽極、電解質、阻隔層和陰極，所述陽極為nio-3ysz、活性陽極為nio-8ysz、電解質為8ysz、阻隔層為gdc、陰極為lscf/gdc。
6.根據權利要求1所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：所述低溫燃料混合氣在加熱前的溫度為20～40℃；
7.根據權利要求1-6任意一項所述的二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：連通所述第二氣體通道的進氣端的管道上、沿著氣體輸送方向依次設有壓力調節閥和質量流量計；連通所述空氣通道的進氣端的管道上、沿著氣體輸送方式依次設有壓力調節閥和質量流量計；
8.一種二氧化碳直接甲烷化裝置，其特征在于：包...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓貝貝，王成田，官萬兵，王曉龍，武安祺，張政，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：
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