本发明公开了一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法和设备，将高纯甲烷和二氧化碳以等摩尔比进入混合器进行搅拌，并利用高压泵将搅拌后的混合气体加压、加热送入反应炉中发生反应生成氢气和一氧化碳排出。本发明实现了温室气体二氧化碳资源化利用；甲烷二氧化碳重整不消耗水，而是大量利用二氧化碳，降低能耗的同时并缓解温室气体减排压力；又生成了一比一的高纯度氢气和一氧化碳合成气，属于绿色化学领域；具有巨大的经济效益，又有显著地社会效应。
1.一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法，其特征在于包括以下步骤：a、关闭混合器底部所有供气阀门，通过抽真空方式去除供料系统、加压系统、加热系统和反应炉内空气，形成真空系统；b、开启步骤a混合器底部所有供气阀门，向混合器供应等摩尔比的高纯甲烷和二氧化碳，同时启动混合器中搅拌器A将高纯甲烷和二氧化碳混合气体搅拌均匀；c、将步骤b搅拌均匀的高纯甲烷和二氧化碳混合气体通过混合器顶部的高压泵加压，并将加压后的甲烷和二氧化碳混合气体通过输送管和分配器送至电弧加热器；d、电弧加热器将高纯甲烷和二氧化碳混合气体迅速加热至1500-1900℃，使其变为高温等离子体进入反应炉；同时启动反应炉中搅拌器B，形成均匀旋流；e、高纯甲烷和二氧化碳混合气体在反应炉中在1500℃下进行反应生成氢气和一氧化碳混合气体，并通过反应炉顶部出口向外排出。
2.根据权利要求1所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法，其特征在于步骤a的供料系统、加压系统、加热系统和反应炉由真空泵通过真空阀抽真空至1300Pa。
3.根据权利要求1所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法，其特征在于步骤c的高纯甲烷和二氧化碳混合气体加压至4.0～6.5MPa。
4.根据权利要求1所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法，其特征在于步骤d的搅拌器B以30r/min的速度，顺时针方向进行搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，包括供料系统和热反应系统，其特征在于供料系统包括混合器，混合器内部设有搅拌器A，底部设有供料口，顶部与高压泵一端连接，高压泵另一端通过输送管连接分配器，分配器连接电弧加热器，电弧加热器通过给料管与反应炉连接，给料管上设有单向阀，混合器与分配器均安装真空阀；热反应系统为反应炉，反应炉内部设有搅拌器B，反应炉顶部出口设有压力球阀，压力球阀与反应炉之间设有密封垫，反应炉靠近顶部出口处安装温度传感器和真空阀C。
6.根据权利要求5所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，其特征在于搅拌器A包括轮毂A，轮毂A下部通过轴承A固定在混合器底部，其延伸端与混合器下方电机A输出端相连，轴承A上部设有挡板A，挡板A一端固定在混合器底部，另一端通过密封圈A与轮毂A贴合，轮毂A上部通过固定杆A和轴承A固定在混合器内部；轮毂A上设有第一搅拌部和第二搅拌部，第一搅拌部包括凹面向下的圆弧面，凹面内侧设有浆叶角向下的四浆叶螺旋桨，第二搅拌部为浆叶角向上的四浆叶螺旋桨A。
7.根据权利要求5所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，其特征在于搅拌器B包括轮毂B，轮毂B下部通过轴承B固定在反应炉底部，其延伸端与反应炉下方电机B输出端相连，轴承B上部设有挡板B，挡板B一端固定在反应炉底部，另一端通过密封圈B与轮毂B贴合，轮毂B上部通过固定杆B和轴承B固定在反应炉内部；轮毂B上设有浆叶角向下的四浆叶螺旋桨B。
8.根据权利要求5所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，其特征在于供料系统为2套，对称分布在反应炉两侧。
9.根据权利要求5所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，其特征在于每套给料管为4个，呈半圆形布置，给料管之间夹角为22.5°，与反应炉壁夹角为45°。
10.根据权利要求5所述的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，其特征在于反应炉筒体为三层结构，由外侧的保护层、中间的绝热层和工作层组成。技术领域
本发明涉及一种甲烷二氧化碳制合成气的方法和设备，尤其涉及一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法和设备。
背景技术
天然气化工已成为世界化学工业的主要支柱，世界上80%的合成氨，90%的甲醇用天然气为原料。尤其是近年来甲烷制合成气的火热，当初是甲烷水蒸气重整制合成气，由于受催化剂积碳失活的影响，远远没有取得大规模、大范围的应用；后来人们将甲烷和二氧化碳作为碳源，可以在一定条件下转化为氢气和一氧化碳合成气，即称之为甲烷二氧化碳重整；相比较传统的甲烷蒸汽重整，甲烷和二氧化碳重整几乎不消耗水，而是大量利用二氧化碳，降低能耗的同时并缓解温室气体减排压力，因此受到世界的广泛关注；然而，该反应过程特别容易积碳，抗积碳催化剂和专用反应炉被公认为是其技术实现工业化的核心难题，因此，国内外相关研发尚未达到工业侧线或示范的规模；很少有人提及甲烷二氧化碳无催化重整。其实甲烷和二氧化碳无催化重整热力学上是可行的，但二者的化学稳定性很高，需要提供很高的活化能才能进行。由于CH4＋CO2＝2H2＋2CO（△H＝247KJ·mol-1）是强吸热反应,在无催化剂条件下很难低温实现。电弧加热器一个是将甲烷和二氧化碳混合气等离子体活化，一个是给重整反应提供高强热量，是实现甲烷和二氧化碳无催化重整的理想工具。煤炭、石油、生物质中存在着各种复杂的化学键，在1500℃、4.0-6.5MPa的条件下，1至3秒时间内各种化学键均断裂，只保留了氢氢键和碳氧键，充分说明甲烷和二氧化碳无催化重整是能实现的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法，此方法将高纯甲烷和二氧化碳混合成均匀等摩尔混合气体，并加热反应制成氢气和一氧化碳的合成气，实现了温室气体二氧化碳资源化利用。本发明的另一目的在于提供一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，此设备能够使高纯甲烷和二氧化碳混合成均匀等摩尔混合气体，并加压、加热反应制成氢气和一氧化碳的合成气；并且，此甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备中甲烷和二氧化碳重整不消耗水，而是大量利用二氧化碳，在降低能耗的同时缓解温室气体减排压力，可实现温室气体二氧化碳资源化利用，具有巨大的经济效益，又有显著地社会效应。为达到上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法，包括以下步骤：a、关闭混合器底部所有供气阀门，通过抽真空方式去除供料系统、加压系统、加热系统和反应炉内空气，形成真空系统；b、开启步骤a混合器底部所有供气阀门，向混合器供应等摩尔比的高纯甲烷和二氧化碳，同时启动混合器中搅拌器A将高纯甲烷和二氧化碳气体搅拌均匀；c、将步骤b搅拌均匀的高纯甲烷和二氧化碳混合气体通过混合器顶部的高压泵加压，并将加压后的甲烷和二氧化碳混合气体通过输送管和分配器送至电弧加热器；d、电弧加热器将高纯甲烷和二氧化碳混合气体迅速加热至1500-1900℃，使其变为高温等离子体进入反应炉；同时启动反应炉中搅拌器B，形成均匀旋流；e、高纯甲烷和二氧化碳混合气体在反应炉中在1500℃下进行反应生成氢气和一氧化碳混合气体，并通过反应炉顶部出口向外排出。进一步地，步骤a的供料系统、加压系统、加热系统和反应炉由真空泵通过真空阀抽真空至1300Pa。进一步地，步骤c的高纯甲烷和二氧化碳混合气体加压至4.0～6.5MPa。进一步地，步骤d的搅拌器B以30r/min的速度，顺时针方向进行搅拌。本发明还提供了一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，包括供料系统和热反应系统，供料系统包括混合器，混合器内部设有搅拌器A，底部设有供料口，顶部与高压泵一端连接，高压泵另一端通过输送管连接分配器，分配器连接电弧加热器，电弧加热器通过给料管与反应炉连接，给料管上设有单向阀，混合器与分配器均安装真空阀；热反应系统为反应炉，反应炉内部设有搅拌器B，反应炉顶部出口设有压力球阀，压力球阀与反应炉之间设有密封垫，反应炉靠近顶部出口处安装温度传感器和真空阀C。进一步地，搅拌器A包括轮毂A，轮毂A下部通过轴承A固定在混合器底部，其延伸端与混合器下方电机A输出端相连，轴承A上部设有挡板A，挡板A一端固定在混合器底部，另一端通过密封圈A与轮毂A贴合，轮毂A上部通过固定杆A和轴承A固定在混合器内部；轮毂A上设有第一搅拌部和第二搅拌部，第一搅拌部包括凹面向下的圆弧面，凹面内侧设有浆叶角向下的四浆叶螺旋桨，第二搅拌部为浆叶角向上的四浆叶螺旋桨A。进一步地，搅拌器B包括轮毂B，轮毂B下部通过轴承B固定在反应炉底部，其延伸端与反应炉下方电机B输出端相连，轴承B上部设有挡板B，挡板B一端固定在反应炉底部，另一端通过密封圈B与轮毂B贴合，轮毂B上部通过固定杆B和轴承B固定在反应炉内部；轮毂B上设有浆叶角向下的四浆叶螺旋桨B。进一步地，供料系统为2套，对称分布在反应炉两侧。进一步地，每套给料管为4个，呈半圆形布置，给料管之间夹角为22.5°，与反应炉壁夹角为45°。进一步地，反应炉筒体为三层结构，由外侧的保护层、中间的绝热层和工作层组成。本发明具有如下有益效果：实现了甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法；实现了温室气体二氧化碳资源化利用；甲烷二氧化碳重整不消耗水，而是大量利用二氧化碳，降低能耗的同时并缓解温室气体减排压力；又生成了一比一的高纯度氢气和一氧化碳合成气，属于绿色化学领域；具有巨大的经济效益，又有显著地社会效应。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气设备的结构示意图；图2为图1的剖视图；图3为图2的正视图；图4为图1的俯视图；图5为图2的B的局部放大图；图6为图2的A的局部放大图；图标：1-反应炉；2-轮毂B；3-四浆叶螺旋桨B；4-温度传感器；5-固定杆B；6-轴承B；7-挡板B；8-密封圈B；9-电机B；10-密封垫；11-压力球阀、12-真空阀B；13-分配器；14-电弧加热器；15-单向阀；16-给料管；17-输送管；18-高压泵；19-混合器；20-固定杆A；21-轮毂A；22-四浆叶螺旋桨A；23-圆弧面；24-四浆叶螺旋桨；25-轴承A；26-挡板A；27-电机A；28-密封圈A；29-供料口A；30-供料口B；31-真空阀C；32-真空阀A；33-支撑部；111-工作层；112-绝热层；113-保护层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。参阅图1至图6，本实施例提供了一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的方法，包括以下步骤：a、关闭混合器底部所有供气阀门，通过抽真空方式去除供料系统、加压系统、加热系统和反应炉内空气，形成真空系统；b、开启步骤a混合器底部所有供气阀门，向混合器19供应等摩尔比的高纯甲烷和二氧化碳，同时启动混合器19中搅拌器A将高纯甲烷和二氧化碳混合气体搅拌均匀；c、将步骤b搅拌均匀的高纯甲烷和二氧化碳混合气体通过混合器19顶部的高压泵18加压，并将加压后的甲烷和二氧化碳混合气体通过输送管17和分配器13送至电弧加热器14；d、电弧加热器14将高纯甲烷和二氧化碳混合气体迅速加热至1500-1900℃，使其变为高温等离子体进入反应炉1；同时启动反应炉1中搅拌器B，形成均匀旋流；e、高纯甲烷和二氧化碳混合气体在反应炉1中在1500℃下进行反应生成氢气和一氧化碳混合气体，并通过反应炉1顶部出口向外排出。进一步地，步骤a的供料系统、加压系统、加热系统和反应炉1由真空泵通过真空阀抽真空至1300Pa。进一步地，步骤c的高纯甲烷和二氧化碳混合气体加压至4.0～6.5MPa。进一步地，步骤d的搅拌器B以30r/min的速度，顺时针方向进行搅拌。本发明还提供了一种甲烷二氧化碳无催化重整制合成气的设备，包括供料系统和热反应系统，供料系统包括混合器19，混合器19内部设有搅拌器A，底部设有供料口，顶部与高压泵18一端连接，高压泵18另一端通过输送管17连接分配器13，分配器13连接电弧加热器14，电弧加热器14通过给料管16与反应炉1连接，给料管16上设有单向阀15，混合器19与分配器13均安装真空阀；热反应系统为反应炉1，反应炉1内部设有搅拌器B，反应炉1顶部出口设有压力球阀11，压力球阀11与反应炉1之间设有密封垫10，反应炉1靠近顶部出口处安装温度传感器4和真空阀C12。进一步地，搅拌器A包括轮毂A21，轮毂A21下部通过轴承A25固定在混合器19底部，其延伸端与混合器19下方电机A27输出端相连，轴承A25上部设有挡板A26，挡板A26一端固定在混合器19底部，另一端通过密封圈A28与轮毂A21贴合，轮毂A21上部通过固定杆A20和轴承A25固定在混合器19内部；轮毂A21上设有第一搅拌部和第二搅拌部，第一搅拌部包括凹面向下的圆弧面23，凹面内侧设有浆叶角向下的四浆叶螺旋桨24，第二搅拌部为浆叶角向上的四浆叶螺旋桨A22。进一步地，搅拌器B包括轮毂B2，轮毂B2下部通过轴承B6固定在反应炉1底部，其延伸端与反应炉1下方电机B9输出端相连，轴承B6上部设有挡板B7，挡板B7一端固定在反应炉1底部，另一端通过密封圈B8与轮毂B2贴合，轮毂B2上部通过固定杆B5和轴承B6固定在反应炉1内部；轮毂B2上设有浆叶角向下的四浆叶螺旋桨B3。进一步地，供料系统为2套，对称分布在反应炉1两侧。进一步地，每套给料管16为4个，可根据产量以2的倍数增加，呈半圆形布置，给料管16之间夹角为22.5°，与反应炉1壁夹角为45°；每套电弧加热器14为4个与给料管16相对应连接，可根据产量以2的倍数增加，基于电弧加热器14电极易损坏的原因，电弧加热器14奇数组为一组，偶数组为一组，一开一备，备用的及时更换电极、检修以便及时开启；在电弧加热器14备用时关闭相对应的单向阀15，用于闭合对应给料管16；每个电弧加热器14功率为15-30Kw,气体流量为2.4-3.0m3/h。进一步地，反应炉1筒体为三层结构，由外侧的保护层113、中间的绝热层112和工作层111组成。绝热层112由石棉板、硅藻土粉、绝热砖组成，厚度为20-30cm；保护层113为2-4层镁砖用粒度不大于0.05mm镁砂粉填缝，厚度20-30cm；工作层111由镁砂与粘结剂构成，厚度20-30cm。进一步地，供料口至少为8个，在混合器29底部，呈圆形分布，相邻供料口29之间夹角相同，供料口29数量可根据产量以2的倍数增加；甲烷和二氧化碳由相间隔开的供料口29、30向混合器输送。进一步地，轮毂A21位于混合器19中央，第一搅拌部的凹面向下的圆弧面23边缘距离混合器19底界面20cm，内侧设置的浆叶角向下的四浆叶螺旋桨24为3/4直径的浆叶角向下四浆叶螺旋桨；第二搅拌部的浆叶角向上的四浆叶螺旋桨A22为4组3/4直径的四浆叶螺旋桨组成，每组螺旋桨由第一搅拌部的圆弧面23顶部至固定杆A20等距离排列，每组相邻螺旋桨叶梢相差22.5°角；进入混合器19的甲烷和二氧化碳在第一搅拌部内进行散射和搅拌，形成湍流体并充分混合后由圆弧面23和混合器19底部空隙向上排泄，再经第二搅拌部充分搅拌均匀，形成一个顺时针的均匀旋流。进一步地，反应炉1内搅拌器B的轮毂B2上设置5组浆叶角向下的四浆叶螺旋桨B3，等距离排列在轮毂B2上，每组相邻的螺旋桨叶梢相差18°,螺旋桨外侧距反应炉内侧0.20cm，搅拌速度为30r/min。进一步地，压力球阀11由碳钢或耐高温石材制作；密封垫10厚度3-5cm，与反应炉顶部出口粘结。具体生产过程中，关闭混合器19底部所有供气阀门，由真空泵通过各自真空阀将系统抽至1300Pa真空，反应炉1、给料管16、电弧加热器14、分配器13、输送管17、高压泵18、混合器19形成真空体系；供料：高纯甲烷和二氧化碳以等摩尔比通过供料口进入混合器19，同时启动混合器19中搅拌器A将高纯甲烷和二氧化碳混合气体以60r/min的速度搅拌均匀，待搅拌均匀的混合气体充满混合器后，利用高压泵18将混合气体加压至4.0～6.5MPa通过输送管17输送至分配器13，分配器13将其送至电弧加热器14，电弧加热器14将高纯甲烷和二氧化碳混合气体迅速加热至1500-1900℃，使其变为高温等离子体进入反应炉1；此时，高纯甲烷和二氧化碳混合气体发生电离反应的同时局部进行着CH4＝2H2＋C，C＋CO2＝2CO反应；反应：在高温等离子体进入反应炉1的同时，反应炉1中的搅拌器B以30r/min的速度进行搅拌，形成一个顺时针的均匀旋流，使混合气体发生去离子化反应的同时充分进行CH4＝2H2＋C，C＋CO2＝2CO反应成氢气和一氧化碳；排出：当生成的氢气和一氧化碳到达反应炉1上部时，由温度传感器4检测气体温度，以检测的温度来调节电弧加热器14加热温度，以保持氢气和一氧化碳合成气体排放温度恒定1500℃；当反应炉1内部压力大于4.0MPa时，反应炉1顶部压力球阀11被向上顶起，自动往外排出，在内部压力到达6.5MPa时，压力球阀11排量达到最大值，像风水球一样工作。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
