CN1407071A

CN1407071A - 合成燃气及其制造方法

Info

Publication number: CN1407071A
Application number: CN 01123681
Authority: CN
Inventors: 程震东; 陈敦礼
Original assignee: GLOBAL ENERGY SOURCE DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: GLOBAL ENERGY SOURCE DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: CN1254524C

Abstract

一种合成燃气及其制造方法。采用二氧化碳，碳和水在一定温度和压力及一定的催化剂作用下，一起反应制得合成燃气。该合成燃气含有以CH₄为主的低级烷烃气体，氢气和一氧化碳等组份，具有相当于天然气的高燃烧热值。合成燃气制造方法将二氧化碳废气转化为一种新能源，这在目前人类面临能源枯竭的危机声中，在能源研究领域中开辟了一条新路线。合成燃气的制造方法是以生产工厂排放的二氧化碳废气为主要原料，来源很广，且实际上是免费的，生产成本较之于天然气，燃煤等为低，且生产工艺简单，具有很大的使用价值及开发前景。又因二氧化碳废气的利用，致使大量二氧化碳不外溢到大气层中，降低空气污染，大大有利于环境的保护。

Description

合成燃气及其制造方法

技术领域

本发明述及气体燃料，尤其是关于利用二氧化碳，碳及水的反应制得的合成燃气及其制造方法。

背景技术

发展经济必须依靠工业，有些工业的发展还离不开电力，各种工业生产和一部分电力都是要采用天然气、燃煤、石油……等天然能源为燃料，燃烧结果产生大量的二氧化碳废气，它的排放已造成地球严重的污染，甚至已产生温室效应。二氧化碳废气作为一个很大的污染源，从环保角度出发，有时必须支出很大的开支来抵消二氧化碳废气造成的损失，例如根据英国经济学人报刊1999年10月的报道：美国电力公司曾于1997年宣布，将投入550万美元，以保护玻利维亚雨林带，来抵消该公司以燃煤来发电的二氧化碳排放量。

对二氧化碳用碳还原成一氧化碳的技术研究报道虽然很多，但仅限于“碳气化”的技术范围，例如在钢铁厂的高炉中，利用炉中生成的二氧化碳，再加入一定比例的碳，目的是提高一氧化碳的生成率。在当今由于世界能源面临日形短缺供不应求，从而转向对其它能源的研究与开发的时候，如果能将二氧化碳废气利用来作为原料，使之转化为有用的燃气，则将是造福于人类的一大创举，然而至今在国内外公开的文献上还未见有任何相关的报道。

发明内容

本发明提供一种利用二氧化碳，碳和水在一定温度和压力及一定催化剂作用下，一起反应制得的合成燃气及其制造方法。

反应是基于二氧化碳还原为一氧化碳，二氧化碳本属于一种不可燃性气体，通过碳的还原使之成为可燃性气体一氧化碳。本发明又采用水的加入作为制作H₂和低级烷烃气体的最佳来源，即在二氧化碳加上适当比例的碳，以还原成为一氧化碳的同时，将适量的水一并加入于反应器中进行反应。反应产物经过过滤纯化后，得到含有下列组份的合成燃气。

组份重量％

CH₄ 30-70

H₂ 11-35

CO 15-32

C₂-C₄烷烃气体 1-5

由于含有H₂，以CH₄为主的低级烷烃气体，以及一氧化碳致使本发明合成燃气具有很高的燃烧热值，可达6500-7300Kcal/M³，相当于天然气的燃烧热值，因此合成燃气确有相当高的使用价值和经济价值。

本发明合成燃气的制造方法，是在采用二氧化碳和碳还原成一氧化碳的同时，将水加入一起反应制得合成燃气。并以生产工厂排放的二氧化碳废气为主要原料，使之转化为有用的燃气，该方法的主要步骤依次为：

1.分离过滤

将由各生产工厂，例如发电厂、钢铁工厂、水泥工厂、石化厂、化学纤维厂、造纸工厂、塑料工厂等排放出来的二氧化碳废气，经滤布过滤除去机械杂质，又通过湿式石膏法分离除去硫氧化物，及采用选择性触媒反应例如在含锑、铱或铂的催化剂存在情况下，于340℃反应，进行分离纯化处理，除去氮氧化物。使二氧化碳的纯度达≥80％以上，待用。

2.反应

纯度≥80％的二氧化碳，通过流量计计量，取按所需克分子比例的量，加压后，进入反应器，控制气体流速为1.5-20米/秒，反应器前半部的底部置入碳粒，按二氧化碳气流方向排成长条形碳床，碳床长度为20-600cm，碳粒颗粒度大小介于1-3毫米之间。在二氧化碳与碳发生还原反应生成一氧化碳的同时，将由流量计计量，取按所需克分子比例量的水加压后，经喷嘴在反应器中形成水雾，在反应温度为900-1500℃及反应压力为5-85kg/cm²的条件下，并采用取自于下列的一种氧化物例如氧化钨、氧化钼、氧化铜、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钾、氧化镧、氧化钇或氧化硅为催化剂(催化剂为市场商品，是粉末或1-3毫米颗粒)加入量为二氧化碳重量的1-5％。催化剂如果带有多孔或网状的载体则可更提高催化效率。二氧化碳，水和碳反应物的投料克分子比例为70-85∶7-12∶9-15，三者在反应器内进行反应，生成气体在反应器内滞留时间为2-5秒，反应器流出的生成气体为未纯化的合成燃气，进入下一步过滤纯化。

3.过滤纯化

通过滤布过滤除去生成气可能夹带的固体粒子，同样通过湿式石膏法及选择性触媒反应，纯化除去杂质气体中含有的硫氧化物和氮氧化物，得到本发明的合成燃气，它含有甲烷、氢气、一氧化碳、C₂-C₄烷烃气体及作为杂质气体的微量氮气和其它气体。生成率可达70-93％。

4.储存与输送

纯化后的合成燃气进入液化储存柜或储气柜储存，再通过输配管网输送供应用户作燃料用，例如发电厂，一般生产工厂，家庭炉具等。

本发明的工艺流程如图1所示。

本发明合成燃气及其制造方法的优点：

正当全球科学家为造成温室效应的污染源二氧化碳气体的抑制及其回收再利用方法的解决绞尽脑汁的时候，本发明合成燃气及其制造方法的提出，为该课题的研究作出了贡献。本发明能将生产工厂排放的二氧化碳废气转化为一种新能源，真是“变废为宝”，也是在目前人类面临能源枯竭的危机声中，在能源研究领域中开辟了一条新路线。

合成燃气经燃烧后，仍会产生二氧化碳，而此废气又正是生产合成燃气的主要原料，如此不断的反复再利用，这也是本发明合成燃料所形成的“能源再生链”的重要意义。又因二氧化碳废气的利用，致使大量二氧化碳不外溢到大气层中，降低空气污染，大大有利于环境的保护。

本发明合成燃料是一种创世纪的新合成能源，它含有以CH₄为主的低级烷烃气体，氢气和一氧化碳等组份，具有很高的燃烧热值，相当于天然气的燃烧热值。并由于制造合成燃气的主要原料是来自于生产工厂的排放废气二氧化碳，来源很广，且实际上是免费的，因此其生产成本较之于天然气、燃煤等为低，且生产工艺简单，生成率可达70-93％。因此本发明合成燃气及其制备方法具有很大的使用价值及开发前景。

下面结合附图和实施例作进一步阐述，但并不限制本发明的范围。

附图说明图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式实施例1 合成燃气的制造

将由发电厂、钢铁工厂等排放出来的二氧化碳废气，经滤布过滤除去机械杂质，又通过一氢氧化钙水溶液(20-30重量％浓度)除去硫氧化物，在催化剂氧化锑(附着在多孔陶瓷载体上)存在下，于340℃反应，分离纯化处理除去氮氧化物，得到纯度为95％的二氧化碳气体。然后由流量计计量，按所需克分子比例的量，加压到5kg/cm²后，进入内径为5呎，长为40呎的卧式反应炉，控制二氧化碳气体流速为2米/秒。反应器前半部的底部置入碳粒，按气流方向排成长条形碳床，碳床长度为20公分，碳粒颗粒度大小介于1-3毫米之间。在二氧化碳与碳发生还原反应生成一氧化碳的同时，将由流量计计量，按所需克分子比例的水加压到5kg/cm²后，经喷嘴在反应器中形成水雾。二氧化碳，水和碳三者的克分子比例是70∶7∶9，也就是二氧化碳为15.7M³，水为1260ml和碳粒1.08kg。在反应温度为900℃，压力为5kg/cm²条件下，并采用氧化钼300克(附着在多孔陶瓷载体上)作为催化剂。二氧化碳，水和碳三者在反应炉内进行反应，生成气体在反应炉内滞留时间为5秒，由反应炉流出，通过滤布过滤除去可能夹带的固体粒子，同样通过一氢氧化钙水溶液(20-30重量％浓度)，又在催化剂氧化锑(附着在多孔陶瓷载体上)存在下，于340℃反应，纯化除去杂质气体中含有的硫氧化物和氮氧化物，就得到高纯度的合成燃气，生成率为93％，合成燃气的燃烧热值为7300kcal/M³，合成燃气的组成测试值(重量％)如下：CH₄69.5％，H₂ 11.8％，CO 15.8％，C₂-C₄烷烃气体2.1％，其它气体0.8％。实施例2 合成燃气的制造

由发电厂、钢铁工厂等排放出来的二氧化碳废气，分离过滤处理同实施例1，得到纯度为80％的二氧化碳气体。然后由流量计计量，按所需克分子比例的量，加压到85kg/cm²后进入内径为5呎，长为40呎的卧式反应炉，控制二氧化碳气体流速为18米/秒。反应器前半部的底部置入碳粒，按气流方向排成长条形碳床，碳床长度为600公分，碳粒颗粒度大小介于1-3毫米之间，在二氧化碳与碳发生还原反应生成一氧化碳的同时，将由流量计计量，按所需克分子比例的水，加压到85kg/cm²后，经喷嘴在反应器中形成水雾。二氧化碳、水和碳三者的克分子比例是85∶12∶15，也就是二氧化碳为19M³，水为2160ml和碳粒1.8kg。在反应温度为1500℃，压力为85kg/cm²条件下，并采用氧化铜1.8公斤作为催化剂。二氧化碳、水和碳三者在反应炉内进行反应，生成气体在反应炉内滞留时间为2秒，由反应炉流出，生成气的过滤纯化同实施例1，就得到高纯度的合成燃气，生成率为70％，合成燃气的燃烧热值为6800kcal/M³，合成燃气的组成测试值(重量％)如下：CH₄ 33.2％，H₂ 31.3％，CO 30.4％，C₂-C₄烷烃气体4.5％，其它气体0.6％。

Claims

1.一种合成燃气，其特征在于含有下列组分：

组份重量％

CH₄ 30-70

H₂ 11-35

CO 15-32

C₂-C₄烷烃气体 1-5。

2.权利要求1所述合成燃气的制造方法，其特征是在采用二氧化碳和碳还原成一氧化碳的同时，将水加入一起反应制得合成燃气，该方法的主要步骤依次为：

(1)分离过滤：将由生产工厂排放出来的二氧化碳废气经过滤及分离纯化，得纯度≥80％的二氧化碳，待用；

(2)反应：将纯度≥80％的二氧化碳，按所需克分子比例的量，加压后进入反应器，与反应器中置入的碳粒及按所需克分子比例的量，加压后的水一起反应，二氧化碳，水和碳三者的克分子比例为70-85∶7-12∶9-15，反应温度为900-1500℃，反应压力为5-85kg/cm²，并采用取自于下列的一种氧化物：氧化钨、氧化钼、氧化铜、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钾、氧化镧、氧化钇或氧化硅为催化剂，加入量为二氧化碳重量的1-5％，反应后得生成气体；

(3)过滤纯化：生成气体经过滤及纯化处理得合成燃气；

(4)储存与输送：用液化储存柜或储气柜储存，再通过输配管网输送。

3.按权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述反应器中置入的碳粒，是在反应器前半部的底部，按二氧化碳气流方向排列成长条形的碳床，其长度为20-600公分，碳粒颗粒度介于1-3毫米之间。

4.按权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述加入的水是经喷嘴在反应器中形成水雾。

5.按权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述催化剂可以是带有多孔或网状的载体。

6.按权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述二氧化碳气体在反应器内的流速为1.5-20米/秒。

7.按权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述生成气体在反应器内滞留时间为2-5秒。