CN101993748A - 一种利用秸秆气制备合成天然气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于，包括以下步骤：将常规的秸秆气加压，加热后，输入到一氧化碳和氢气的转化器，在镍系催化剂的作用下进行反应，得到主要成份为甲烷、二氧化碳、水及杂质成分的转化混合气；再经过冷却、气液分离及净化处理后获得甲烷含量大于95％的合成天然气。通过本发明得到的合成天然气的能源利用效率得到提高，不仅可以利用现有的天然气基础设施用于民用，也可以做内燃机或小型燃气轮机的能源供给。

Description

一种利用秸秆气制备合成天然气的方法
技术领域
本发明属于生物质能应用技术领域，特别涉及一种由秸秆气为原料来制备合成天然气的方法。
背景技术
随着国家对可再生能源重视程度的日益加深，可再生能源的开发和利用技术也得到了极大的提高。其中之一就包括将农作物秸秆粉碎后经过气化热解制作成秸秆气作为可燃气体的使用。这种秸秆气的制备技术是公知的，所制备得到的秸秆气是一种主要含一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等组份的混合气体，其甲烷含量通常不超过20％，热值仅在1000～2000Kcal/Nm3之间，属低热值可燃气。
目前这种秸秆气虽然也已经开始用于供给百姓炊事和采暧，但是这种方式能源利用效率低，秸秆资源不能被充分开发。也有以秸秆气代替煤炭进行发电的使用报道，但由于热值较低，也有一定的局限性。秸秆气中的甲烷含量较低严重地制约了秸秆气的利用范围，使庞大的秸秆资源难以充分利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以秸秆气为原料制备合成天然气的方法，这种方法所得到的合成天然气可作为天然气代用品，从而提高对秸秆资源的能源利用效率。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，包括以下步骤：
(a)、加压：将秸秆气接入压缩机，加压至1.0～2.0Mpa；
(b)、加热：将步骤(a)加压后的秸秆气通入预热器，加热至300～320℃；
(c)、合成甲烷：将步骤(b)所得到的秸秆气输入到一氧化碳和氢气的转化器，在镍系催化剂的作用下进行反应，得到主要成份为甲烷、二氧化碳、水及杂质成分的转化混合气；
(d)、冷却：将步骤(c)得到的转化混合气通过冷凝器冷却至20～40℃，得到冷却后的转化混合气；
(e)、气液分离：将步骤(d)所得冷却后的转化混合气通入到气液分离器，得到经气液分离处理的混合气；
(f)、净化：将经步骤(e)气液分离器处理后的混合气输入到吸附净化器中，除去二氧化碳、水分、氮气、氧气、一氧化碳及杂质成分，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
上述技术方案中，优选的是，所述的镍系催化剂是以γ-Al2O3和TiO2作为载体、以NiO与La2O3为助催化剂，其质量成分为：Al2O365～75％，TiO24～8％，NiO 15～25％，La2O31.0～5％，Cr2O31～5％。
优选的是，所述一段转换气气路管道从转化器接出后，先接预热器，再穿过冷凝器与气液分离器的入口相接，使得预热器可以回收利用转化器的热量。
优选的是，压缩机加压后的秸秆气通过秸秆气气路管道直接进入转化器中，并且所述秸秆气气路管道设在预热器中；转化器输出的转化混合气通过一段转换气气路管道进入气液分离器，并且所述一段转换气气路管道设在冷凝器中；气液分离器处理后的混合气通过二段转换气气路管道进入吸附净化器；经吸附净化器处理后，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，包括以下步骤：
(a)、加压：将秸秆气接入压缩机，加压至1.0～2.0Mpa；
(b)、净化：加压后的秸秆气通入吸附净化器净化；
(c)、加热：通入预热器，加热至300～320℃；
(d)、合成甲烷：将气体输入到转化器，在镍系催化剂的作用下进行反应；
(e)、冷却：将得到的转化混合气通过冷凝器冷却至20～40℃，得到冷却后的转化混合气；
(f)、气液分离：将冷却后的转化混合气通入到气液分离器，经气液分离处理后，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
上述技术方案中，所述步骤(a)压缩机加压后的秸秆气通过秸秆气气路管道先进入吸附净化器，再由净化气气路管道进入转化器；并且所述净化气气路管道设在步骤(c)预热器中；步骤(d)转化器输出的转化混合气通过转换气气路管道进入步骤(f)的气液分离器，并且所述转换气气路管道设在所述步骤(e)的冷凝器中；经所述步骤(f)的气液分离器处理后，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
优选的是，所述的镍系催化剂是以γ-Al2O3和TiO2作为载体、以NiO与La2O3为助催化剂，其质量成分为：Al2O365～75％，TiO24～8％，NiO 15～25％，La2O31.0～5％，Cr2O31～5％。
优选的是，所述转换气气路管道从转化器接出后，先接预热器，再穿过冷凝器与气液分离器的入口相接。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：
(1)甲烷含量高、热值高：常规秸秆气甲烷含量通常不超过20％，热值仅在1000～2000Kcal/Nm3之间，而本发明得到的合成天然气甲烷含量大于95％的，热值可提高到≥8000Kcal/Nm3。
(2)使秸秆资源得到更加充分的利用，提高了能源利用效率。常规秸秆气热值较低，能源利用率不高；通过本发明得到的合成天然气的能源利用效率得到提高，不仅可以利用现有的天然气基础设施用于民用，也可以做内燃机或小型燃气轮机的能源供给。
(3)通过转化器可副产大量蒸汽：通过生产规模的大小可有效利用副产蒸汽，小规模生产中(小于1000Nm3/h)蒸汽可用于加热或采暧用；大规模生产中(大于5000Nm3/h)可将蒸汽用于发电或蒸汽透平机使用，节约能耗。
(4)设备少，效率高，能耗低：为提高能源的有效利用，本发明将转化器合成后高温的转化混合气对反应前的秸秆气进行加热，循环利用热能，从而可以选择较低压力下进行合成反应。
附图说明
图1是本发明实施例2的流程框图。
图2是本发明实施例2的工艺流程图。
图3是本发明实施例3的流程框图。
图4是本发明实施例3的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)、将其组成(V％)为：CO 15.08％，CO230.97％，H226.32％，CH416.41％，O20.91％，N25.67％，CxHy 0.28％的普通秸秆气通过压缩机加压到2.0Mpa，然后经过预热器加热到319.3℃；
(2)、将上述温度和压力条件下的秸秆气输入到转化器内，在镍系催化剂的作用下，CO与H2发生甲烷化反应：一体积CO与三体积H2生成一体积甲烷气体和一体积水(蒸汽)，转化器出口气体组分为：CO 7.65％，CO2 37.97％，H20％，CH4 30.54％，O2 1.10％，N2 6.88％，CxHy 0.34％，此时压力为1.89Mpa，温度为527.3℃；
(3)、将(2)过程输出的高温的转化混合气先降温到20～40℃条件下，使其中大部分气态水冷凝为液态水。然后经气液分离器将冷凝下来的液态水分离出去，得到含少量饱和水份的常温的转化混合气；
(4)、将常温的转化混合气输入到吸附净化器，本实施例吸附净化器由多个装有不同吸附剂的吸附塔所构成，利用不同吸附剂在不同压力下对两种不同物质吸附力的不相同除去转化混合气中的大量二氧化碳及少量水分、氮气、氧气和一氧化碳等杂质成分，从吸附塔出来的产品气成分组成为：CO2 0.89％，CH497.37％，N2 0.70％，CxHy 0.01％，此时压力为1.80Mpa，温度为32.5℃；此时产品气符合国家城镇燃气标准，获得其甲烷含量大于97％的合成天然气。
实施例2
参见图1和图2，本实施例中，压缩机P1加压后的秸秆气通过秸秆气气路管道1直接进入转化器R1中，并且所述秸秆气气路管道1设在预热器E1、E2中；转化器R1输出的转化混合气通过一段转换气气路管道21进入气液分离器V1，并且所述一段转换气气路管道21设在冷凝器E3中；气液分离器V1处理后的混合气通过二段转换气气路管道22进入吸附净化器；经吸附净化器处理后，获得甲烷含量大于97％的合成天然气。
制备合成天然气时，将其组成(V％)为：CO 15.08％，CO2 30.97％，H226.32％，CH4 16.41％，O2 0.91％，N2 5.67％，CxHy 0.28％的普通秸秆气经压缩机P1输入，设置压缩机加压后的压强为1.5Mpa。加压后的气体由压缩机P1出口输出，通过秸秆气气路管道1进入转化器R1。由于秸秆气气路管道1设在预热器E1、E2中，所以当气体通过秸秆气气路管道1时，气体被预热器E1、E2加热，设置预热器E1、E2加热后气体温度为323.7℃。将加压和加热后的气体输入到转化器R1中后，秸秆气中的一氧化碳和氢气在转化器R1中合成为高热值的甲烷气体。本实施例中，在转化器R1中设置有镍系催化剂，所述的镍系催化剂是以γ-Al2O3和TiO2作为载体、以NiO与La2O3为助催化剂，其质量成分为：Al2O3 65～75％，TiO24～8％，NiO 15～25％，La2O3 1.0～5％，Cr2O3 1～5％。
在镍系催化剂的作用下，CO与H2发生甲烷化反应：一体积CO与三体积H2生成一体积甲烷气体和一体积水(蒸汽)，从而使混合气中甲烷含量升高。转化器R1出口输出的转化混合气气体组分为：CO 7.89％，CO2 38.24％，H2 0％，CH4 29.74％，O2 1.17％，N2 7.02％，CxHy 0.38％，此时压力为1.4Mpa，温度为521.7℃。
转化器R1输出的转化混合气通过一段转换气气路管道21进入的气液分离器V1，由于所述一段转换气气路管道21设在冷凝器E3中，所以当转化器R1出来的高温的转化混合气在经过一段转换气气路管道21时，被预热器E1、E2和冷凝器E3冷却至20～40℃条件下。
本实施例中，所述一段转换气气路管道21从转化器R1接出后，先接预热器E1、E2，再穿过冷凝器E3与气液分离器V1的入口相接，使得预热器可以回收利用转化器的热量。
冷却后的转化混合气通入到气液分离器V1，在气液分离器V1中完成气、液分离，得到含少量饱和水份的混合气；经气液分离处理的混合气通过二段转换气气路管2道进入吸附净化器。
本实施例吸附净化器由三个吸附塔T1、T2、T3及其程序控制阀2a、2b、2c、3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b、5c构成。吸附净化器及程序控制阀均可沿用现有设备，利用不同吸附剂在不同压力下对两种不同物质吸附力的不相同除去转化气中的大量二氧化碳及少量水分、氮气、氧气和一氧化碳等杂质成分，从吸附塔组出来的产品气成分组成为：CO21.21％，CH497.07％，N20.77％，CxHy0.01％，此时压力为1.30Mpa，温度为30.4℃；此时产品气符合国家城镇燃气标准，即获得其甲烷含量大于97％的合成天然气。
实施例3
参见图3和图4，本实施例与实施例2流程基本相同，不同点仅在于对气体的净化步骤在通入转化器合成反应之前进行。
其组成(V％)为：CO 18.24％，CO2 29.05％，H2 23.71％，CH4 18.41％，02 0.45％，N2 5.32％，CxHy 0.30％的普通秸秆气经压缩机P1加压，设置压缩机加压后的压强为2.0Mpa。
加压后的秸秆气气路管道1进入吸附净化器，在吸附净化器内除去二氧化碳和少量氮气后获得一种主要含一氧化碳、氢气、甲烷三种成份的净化气体。本实施例中吸附净化器由三个吸附塔T1、T2、T3和程序控制阀2a、2b、2c、3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b、5c构成。
吸附净化器处理后的净化气体由净化气气路管道3送入转化器R1；并且所述净化气气路管道3设在预热器E1、E2中；因此，当净化气体通过净化气气路管道3时，被预热器E1、E2加热，设定加热温度为317.79℃。
转化器R1输出的转化混合气通过转换气气路管道2进入气液分离器V1，并且所述转换气气路管道2设在冷凝器E3中；高温的转化混合气在通过转换气气路管道2时被冷却；再经气液分离器V1完成气、液分理后，获得甲烷含量大于97％的合成天然气。此方法获得的合成天然气组分为：CO 12.28％，CO234.50％，H2 0％，CH4 31.25％，O2 0.53％，N2 6.21％，CxHy 0.35％，此产品气符合国家城镇燃气标准，即获得其甲烷含量大于97％的合成天然气。
本实施例中，所述转换气气路管道2从转化器R1接出后，先接预热器E1、E2，再穿过冷凝器E3与气液分离器V1的入口相接，使得预热器可以回收利用转化器的热量。
如上所述，便可很好地实现本发明。

Claims (8)

1.一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、加压：将秸秆气接入压缩机，加压至1.0～2.0Mpa；
(b)、加热：将步骤(a)加压后的秸秆气通入预热器，加热至300～320℃；
(c)、合成甲烷：将步骤(b)所得到的秸秆气输入到一氧化碳和氢气的转化器，在镍系催化剂的作用下进行反应，得到主要成份为甲烷、二氧化碳、水及杂质成分的转化混合气；
(d)、冷却：将步骤(c)得到的转化混合气通过冷凝器冷却至20～40℃，得到冷却后的转化混合气；
(e)、气液分离：将步骤(d)所得冷却后的转化混合气通入到气液分离器，得到经气液分离处理后的混合气；
(f)、净化：将经步骤(e)气液分离器处理后的混合气输入到吸附净化器中，除去二氧化碳、水分、氮气、氧气、一氧化碳及杂质成分，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
2.根据权利要求1所述的一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于：所述的镍系催化剂是以γ-Al2O3和TiO2作为载体、以NiO与La2O3为助催化剂，其质量成分为：Al2O3 65～75％，TiO2 4～8％，NiO 15～25％，La2O3 1.0～5％，Cr2O31～5％。
3.根据权利要求1所述的一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于：所述步骤(a)压缩机加压后的秸秆气通过秸秆气气路管道直接进入步骤(c)的转化器中，并且所述秸秆气气路管道设在步骤(b)预热器中；所述步骤(c)转化器输出的转化混合气通过一段转换气气路管道进入所述步骤(e)的气液分离器，并且所述一段转换气气路管道设在所述步骤(d)的冷凝器中；所述步骤(e)气液分离器处理后的混合气通过二段转换气气路管道进入步骤(f)的吸附净化器；经吸附净化器处理后，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
4.根据权利要求3所述的一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于：一段转换气气路管道从转化器接出后，先接预热器，再穿过冷凝器与气液分离器的入口相接。
5.一种权利要求1所述的一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、加压：将秸秆气接入压缩机，加压至1.0～2.0Mpa；
(b)、净化：加压后的秸秆气通入吸附净化器净化；
(c)、加热：通入预热器，加热至300～320℃；
(d)、合成甲烷：将气体输入到转化器，在镍系催化剂的作用下进行反应；
(e)、冷却：将得到的转化混合气通过冷凝器冷却至20～40℃，得到冷却后的转化混合气；
(f)、气液分离：将冷却后的转化混合气通入到气液分离器，经气液分离处理后，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
6.根据权利要求5所述的一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于：所述步骤(a)压缩机加压后的秸秆气通过秸秆气气路管道先进入吸附净化器，再由净化气气路管道进入转化器；并且所述净化气气路管道设在所述步骤(c)预热器中；所述步骤(d)转化器输出的转化混合气通过转换气气路管道进入步骤(f)的气液分离器，并且所述转换气气路管道设在所述步骤(e)的冷凝器中；经所述步骤(f)的气液分离器处理后，获得甲烷含量大于95％的合成天然气。
7.根据权利要求5所述的一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于：所述的镍系催化剂是以γ-Al2O3和TiO2作为载体、以NiO与La2O3为助催化剂，其质量成分为：Al2O3 65～75％，TiO2 4～8％，NiO 15～25％，La2O3 1.0～5％，Cr2O31～5％。
8.根据权利要求5所述的一种利用秸秆气制备合成天然气的方法，其特征在于：所述转换气气路管道从转化器接出后，先接预热器，再穿过冷凝器与气液分离器的入口相接。
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