CN105316052A - 一种利用焦炉煤气制备天然气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用焦炉煤气制备天然气的方法，包括以下步骤：(a)将焦炉煤气通入厌氧处理有机废弃物的反应器中；(b)在厌氧反应器中微生物作用下，有机废弃物厌氧分解生成以CH₄和CO₂为主的沼气，其中的CO₂与焦炉煤气中的H₂结合生成CH₄，焦炉煤气中的CO和CO₂与H₂生成CH₄，最终得到以CH₄为主的沼气；(c)分离去除步骤(b)所得沼气中的杂质，得到具有高甲烷含量的天然气。与现有技术相比，本发明采用微生物工艺将焦炉煤气通入厌氧反应器制取天然气，无需投加催化剂，无需高温高压，可以把焦炉煤气中的大部分成分转化为甲烷，为解决我国能源领域所面临的资源短缺，环境污染，能源结构不合理等问题提供了新方法。

Description

一种利用焦炉煤气制备天然气的方法

技术领域

本发明涉及炼焦工业副产品综合利用，尤其是涉及一种利用焦炉煤气制备天然气的方法。

背景技术

焦炉煤气，是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品，每吨干煤可生产焦炉煤气300-350m³。其主要组成为：H₂55％～60％，CH₄23％～27％，CO5-8％，C₂以上不饱和烃2％～4％，CO₂1.5％～3％，O₂0.3％～0.8％，H₂S0.01％，N₂3％～7％。利用焦炉煤气合成天然气开辟了焦炉煤气高效利用的新途径，不仅能带动焦化和能源产业的技术进步，还能解决焦炉煤气排放造成的环境污染和资源浪费问题。焦炉煤气生产甲烷的方法主要包括化学方法和物理方法，其中化学方法是把焦炉煤气中除甲烷外的其他成分转化为甲烷，而物理方法是采用变压吸附分离、深冷分离、膜分离等方法，对甲烷进行提纯。与之相关的专利包括CN191985A，CN101818087A，CN101591578A，CN101607859A等，然而这些方法都需要在高温、高压以及有催化剂存在的情况下进行，此外对焦炉煤气中H₂和CO₂的利用也不够完全，而且投资运行成本都比较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用焦炉煤气制备天然气的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用焦炉煤气制备天然气的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将焦炉煤气通入厌氧处理有机废弃物的反应器中；

(b)在厌氧反应器中，有机废弃物被微生物降解生成CH₄和CO₂，产生的CO₂与焦炉煤气中的H₂结合生成CH₄，在微生物作用下，焦炉煤气中的CO和CO₂与H₂生成CH₄，得到以CH₄为主的沼气；

(c)分离去除步骤(b)所得沼气中的杂质，得到具有高甲烷含量的天然气。

步骤(a)中通入厌氧反应器的焦炉煤气的流量按以下方法确定：

V_焦炉煤气＝4×V_CO2/(P_H2-3×P_CO-4×P_CO2)

其中，V_焦炉煤气为焦炉煤气的流量，V_CO2为厌氧反应器产生的CO₂的流量，P_H2，P_co、P_CO2分别为H₂、CO及CO₂在焦炉煤气中的组分。

步骤(a)或步骤(b)所述的厌氧反应器内的温度为30～40℃或者50～60℃。

微生物主要利用下面的反应将CO₂转化为CH₄。

4H₂+CO₂＝CH₄+2H₂OΔG⁰＝-130.7KJ/mol

厌氧反应器中，有机废弃物与焦炉煤气之间的混合通过机械搅拌、气体搅拌或中空纤维膜曝气实现。

步骤(c)所述的具有高甲烷含量的天然气是指甲烷的质量分数为98％以上的天然气。

本发明提出了一种利用焦炉煤气制备天然气的方法。焦炉煤气可以直接通入处理有机废弃物的厌氧反应器，其中的CO可在厌氧微生物作用下转化为CH₄，CO₂可以与H₂(可消耗6-12％的H₂)生成CH₄，剩余的约50％的H₂和厌氧反应器产生的CO₂结合生成CH₄，该工艺可有效地利用焦炉煤气生产以CH₄为主要成分的天然气。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)采用微生物工艺将焦炉煤气通入厌氧反应器制取天然气，国内外尚无先例，该技术高效经济，无需投加催化剂，无需高温高压，可以把焦炉煤气和沼气中除甲烷外的大部分的成分转化为甲烷，为解决我国能源领域所面临的资源短缺，环境污染，能源结构不合理等问题提供了新方法。

(2)本发明的工艺过程中利用了温室气体CO₂，不但减少了CO₂的排放，而且将CO₂转化为新的能源，提供了一种CO₂资源化利用的新途径，因此有助于温室气体减排。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图中，1为焦炉煤气，2为有机废弃物，3为厌氧反应器，4为以CH₄为主的沼气，5为具有高甲烷含量的天然气。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

以处理污水厂剩余污泥的厌氧CSTR反应器为例，反应器为100m³，沼气产量为1m³/L/d，沼气中CH₄含量为60％，CO₂含量为40％。焦炉煤气组成为H₂含量65％，CO含量5％，CH₄含量25％，CO₂含量3％。焦炉煤气通入厌氧反应器的流量为421m³/d，该反应器采用机械搅拌，搅拌速度为400rpm。产生的混合气量约200m³/d，甲烷浓度为90％以上，经过进一步提纯获得98％以上甲烷含量的天然气。

实施例2

一种利用焦炉煤气制备天然气的方法，其工艺如图1所示，该方法包括以下步骤：

(a)将焦炉煤气1通入处理有机废弃物2的厌氧反应器3中；

(b)厌氧反应器3中，有机废弃物2被微生物降解产生CH₄和CO₂，产生的CO₂进一步与焦炉煤气1中的H₂结合生成CH₄，焦炉煤气1中少量的CO和CO₂也被微生物利用与H₂生成CH₄，得到以CH4为主的沼气4，其中CH₄的质量分数为91％；

(c)通过变压吸附分离以CH4为主的沼气4中的杂质，获得具有高甲烷含量(甲烷含量在98％以上)的天然气5。

其中，步骤(a)中通入厌氧反应器3的焦炉煤气1的流量按以下方法确定：

V_{焦炉煤气1}＝4×V_CO2/(P_H2-3×P_CO-4×P_CO2)

式中，V_{焦炉煤气1}为焦炉煤气1的流量，V_CO2为厌氧反应器3产生的CO₂的流量，P_H2，P_co、P_CO2分别为H₂、CO及CO₂在焦炉煤气1中的组分。

本实施例的厌氧反应器3为CSTR反应器，厌氧反应器3内的温度为30～40℃。本实施例中的有机废弃物2为污水厂污泥。厌氧反应器3中，有机废弃物2与焦炉煤气1之间的混合通过机械搅拌实现的。步骤(c)杂质包括N₂、H₂、CO、H₂O、CO₂及H₂S，杂质的总质量分数为9％。

实施例3

一种利用焦炉煤气制备天然气的方法，其工艺如图1所示，该方法包括以下步骤：

(a)将焦炉煤气1通入处理有机废弃物2的厌氧反应器3中；

(b)厌氧反应器3中，有机废弃物2被微生物降解产生CH₄和CO₂，产生的CO₂进一步与焦炉煤气1中的H₂结合生成CH₄，焦炉煤气1中少量的CO和CO₂也被微生物利用与H₂生成CH₄，得到以CH4为主的沼气4，其中CH₄的质量分数大于90％；

(c)通过深冷分离以CH4为主的沼气4中的杂质，获得具有高甲烷含量(甲烷含量在98％以上)的天然气5。

其中，步骤(a)中通入厌氧反应器3的焦炉煤气1的流量按以下方法确定：

V_{焦炉煤气1}＝4×V_CO2/(P_H2-3×P_CO-4×P_CO2)

式中，V_{焦炉煤气1}为焦炉煤气1的流量，V_CO2为厌氧反应器3产生的CO₂的流量，P_H2，P_co、P_CO2分别为H₂、CO及CO₂在焦炉煤气1中的组分。

本实施例的厌氧反应器3为UASB反应器，厌氧反应器3内的温度为50～60℃。本实施例中的有机废弃物2为牛粪。厌氧反应器3中，有机废弃物2与焦炉煤气1之间的混合通过气体搅拌实现。步骤(c)杂质包括N₂、H₂、CO、H₂O、CO₂及H₂S，杂质的总质量分数小于10％。

Claims (5)

1.一种利用焦炉煤气制备天然气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)将焦炉煤气通入厌氧处理有机废弃物的反应器中；

(b)在厌氧反应器中，有机废弃物被微生物降解生成CH₄和CO₂，产生的CO₂与焦炉煤气中的H₂结合生成CH₄，在微生物作用下，焦炉煤气中的CO和CO₂与H₂生成CH₄，得到以CH₄为主的沼气；

(c)分离去除步骤(b)所得沼气中的杂质，得到具有高甲烷含量的天然气。

2.根据权利要求1所述的一种同步实现焦炉煤气甲烷化及沼气原位提纯的方法，其特征在于，步骤(a)中通入厌氧反应器的焦炉煤气的流量按以下方法确定：

V_焦炉煤气＝4×V_CO2/(P_H2-3×P_CO-4×P_CO2)

其中，V_焦炉煤气为焦炉煤气的流量，V_CO2为厌氧反应器产生的CO₂的流量，P_H2，P_co、P_CO2分别为H₂、CO及CO₂在焦炉煤气中的组分。

3.根据权利要求1所述的一种同步实现焦炉煤气甲烷化及沼气原位提纯的方法，其特征在于，步骤(a)或步骤(b)所述的厌氧反应器内的温度为30～40℃或者50～60℃。

4.根据权利要求1所述的一种同步实现焦炉煤气甲烷化及沼气原位提纯的方法，其特征在于，厌氧反应器中，有机废弃物与焦炉煤气之间的混合通过机械搅拌、气体搅拌或中空纤维膜曝气实现。

5.根据权利要求1所述的一种同步实现焦炉煤气甲烷化及沼气原位提纯的方法，其特征在于，步骤(c)所述的具有高甲烷含量的天然气是指甲烷的质量分数为98％以上的天然气。