CN107673309A - 一种天然气与生物质炭联产制备合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，主要包括天然气氧化和炭还原两个步骤，技术方案的要点是，采用具有不同反应明确分区同时又有热量交换功能的反应器，在传统天然气造气基础上引入生物质碳源生产合成气，反应无需催化剂，流程简单、运行安全、生产成本大幅度降低。
Description
技术领域
本发明涉及可再生资源利用技术领域，具体是一种天然气与生物质炭联产制备合成气的方法。
背景技术
随着全球经济的高速发展，传统化石燃料的资源枯竭和全球变暖等环境问题日趋严重，开发利用清洁的可再生能源逐渐成为能源利用可持续发展的重要途径。生物质资源以其可再生、产量丰富、环境友好等优点，具有很广阔的应用前景。
传统的化石能源主要有：煤、天然气和石油，除了作为燃料供热，还可以作为原料生产各种化工中间体及化工产品等人类生活生产不可缺少的必需品。其中，天然气的利用一般是通过与水蒸气在具有催化剂的列管中，在750℃-900℃温度范围内反应得到富含一氧化碳和氢气的合成气，再通过催化反应合成低碳醇醚或其他物质。在这个系统中，原料天然气的消耗是整个产品生产成本的主体。随着国外低成本页岩气的普及及低成本天然气，国内的生产企业的竞争力和抗市场波动能力都不是很强，因此降低工艺天然气消耗，对于提高整个产品生产技术水平，提高厂家竞争力具有非同小可的意义。
同时，降低对化石能源的依赖，减少生产过程碳排放，引入可再生生物质资源制备低碳醇醚的研究已经引起世界范围的广泛关注。
生物质中的碳可以通过热解炭化、水热炭化、酸水解再缩聚炭化等方式以炭的形式固定下来，是一种生产低碳醇醚的可再生炭原料来源。目前已有生物质炭合成低碳醇醚的报导，专利CN102557869A以生物质炭为原料，通过生物质炭水蒸气分解反应制备合成气，进而制备甲醇；“生物质炭和富二氧化碳合成气制取二甲醚”[Acta Phys. ⁃Chim. Sin.2011,27 (8), 1926-1932]一文中介绍了一种用富二氧化碳合成气和生物质炭联合制取二甲醚的方法，大大提高了二甲醚产率。在诸多研究中引入了催化剂进行组分转化，对于炭及内部的杂质对催化剂性能、寿命的影响，研究欠缺，因此仍有待于进一步验证。
在天然造气工段过程中，天然气与水蒸气在合成气催化反应管内在6—10bar的压力下进行催化反应，有时为了增加体系的碳利用率，造气过程中添加一定比例二氧化碳，为防止催化剂积碳和失活，同时也考虑催化反应管的强度寿命，整个反应温度需要控制在一定区间内，原料气氢碳比不能过高，因此得到合成气的组分比例调节也受到限制。
针对上述问题，本发明中利用天然气氧化反应及氧化产物进行炭还原反应的基本原理，实现天然气与生物质炭联合造气，反应无需催化剂，过程组分调节方便宽泛，同时解决了催化反应管高温强度等技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然气与生物质炭联合生产合成气的方法，主要目的是降低合成气生产原料成本，拓宽合成气组分调节范围，由于反应催化剂可以取消，因此整个反应条件的调节也更加灵活。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
天然气经过与供氧气体（如空气或经过变压吸附后得到的富氧气体）混合预热，进入到高温氧化区发生强氧化反应，过程中发出大量的热。为了避免产生明火对整个工艺的稳定性和安全性产生影响，氧化区里填充有惰性物质，如陶瓷粒、陶瓷波纹填料、氧化铝填料，一方面起到阻火作用，同时也可以加强热传导、并对流体流动起到导向作用。
天然气经过无焰氧化后得到氧化产物气体富含二氧化碳、水蒸气及少量一氧化碳、少量甲烷等组分，如果氧化气体是空气，氧化产物气体还会含有相当量的氮气。高温的反应气体进入到炭还原反应区，此反应区可以由耐热介质围成的圆筒型反应器，也可以是管束型反应器，其中炭粒以固定床型式填充或以流化状态填充，炭粒由专门的进料装置连续加入，也可以采用一次加入，多台反应器切换操作模式。
主要反应如下：
氧化区：
还原区：
由于还原区反应为吸热反应，因此利用氧化区产生的热量是设计必须考虑的环节，对于还原区为管束类型的反应器，由于管束表面积大，换热可以通过将还原区浸没在氧化区内部，通过管束的管壁完成换热；对于还原区为长径比较小的圆筒类型的反应器，换热可以通过在圆筒型还原区内增设类似于锅炉的烟管一样的传热管束手段增加传热面积，完成反应热量从氧化区向还原区的传递。
为了进行合成气组分调节，向反应器内通入以水蒸气或二氧化碳为主的调节气体，得到的合成气，经过热量回收利用，净化调节即可作为生产下游产品的原料气，本发明提供的天然气与生物质炭联产造气的方法中，部分使用生物质炭碳源，大大降低了生产成本，同时具有资源丰富、环境友好和可再生的优势，反应器内无明火，氧化区与还原区之间有耐热壁面相隔，安全性高。
附图说明
图1实施例1的流程图。
附图标记说明。
1-天然气进口管路 2-供氧气体进口管路 3-辅助气口管路 4-合成气出口管路5-外壁 6-陶瓷球 7-氧化区隔板 8-还原区管壁 9-炭床层 10-炭进料器。
具体实施方式
为了使本说明的技术手段、技术原理、技术特征便于理解，下面结合附图对本发明的具体实现方式进一步描述，但不限定本发明保护范围，需要说明的是，氧化区与还原区换热方式、炭粒种类、炭粒粒径、炭粒在反应器内状态、还原区筒壁管壁材质等方面不同不会对本发明实施原理有实质影响。
实施例1：
反应是的氧化区由氧化区隔板7 分成外部环形冷区和中心热区两个区域，天然气与空气进入反应器内壁5与氧化区隔板围成的冷区，在向上流动的同时，在隔板加热下进行升温，并从反应器上部绕过氧化区隔板顶端折返进入热区进行放热氧化反应，氧化区填有陶瓷球6，将反应放热存储并通过还原区管壁8传递进还原区供热，陶瓷球的存在也起到阻火作用，使整个氧化区域处于无焰燃烧放热状态，水蒸气通过辅助气口管路3进入到还原区底部，与高温的氧化气体产物混合一起进入到还原区的炭床层9，发生还原反应，颗粒状的炭由炭进料器10加入到反应器内部，合成气通过合成气出口管路4流出反应器，由于整个系统承压的外壁温度相对较低，因此反应器选材更加容易和经济。
进入造气系统的天然气流量为：2.249公斤/小时，空气：4.277公斤/小时（30℃，100%相对湿度），作为调节气的水蒸汽：0.18公斤/小时，这个反应系统保持绝压5 bar操作压力，氧化区1000℃，还原区950℃，生产出的合成气体积含量如下，甲烷：微量；水：14.7%，二氧化碳7.8%；一氧化碳：7.41%；氢气：8.0%。
Claims (7)
1.一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，其特征在于：天然气经过与供氧气体在高温氧化区混合氧化后，与组分调节气体共同进入到填充炭颗粒的还原区反应，进而得到富含一氧化碳和氢气的合成气。
2.根据权利要求1所述的一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，其特征在于：所述的供氧气体是空气或富氧气体。
3.根据权利要求1所述的一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，其特征在于：所述的高温氧化区内填充惰性导热物质。
4.根据权利要求1所述的一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，其特征在于：所述的还原区为由耐热壁围成的圆筒形空间或管形空间。
5.根据权利要求1所述的一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，其特征在于：所述的还原区中炭粒以固定床填充状态或以流化状态参与反应。
6.根据权利要求1所述的一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，其特征在于：所述组分调节气体为水蒸气或二氧化碳。
7.根据权利要求1所述的一种天然气和生物质炭共同制备合成气的方法，其特征在于：所述高温氧化区与还原区通过耐热壁面或还原区内设换热管道进行热量交换。
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| CN206361681U (zh) * | 2016-11-17 | 2017-07-28 | 濮阳市中原石化实业有限公司 | 一种带天然气燃烧尾气重复利用装置的锅炉 |
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| CN102165047A (zh) * | 2008-09-29 | 2011-08-24 | Gtl汽油有限公司 | 组合的合成气体发生器 |
| CN101723324A (zh) * | 2009-12-16 | 2010-06-09 | 中国石油大学(北京) | 一种利用热量耦合型固定床装置制合成气的方法 |
| CN206361681U (zh) * | 2016-11-17 | 2017-07-28 | 濮阳市中原石化实业有限公司 | 一种带天然气燃烧尾气重复利用装置的锅炉 |
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