CN1664081A - 一种合成燃气的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种合成燃气的制造方法，其包括如下步骤：提供二氧化碳气，将该预定量的二氧化碳气加压引入置有催化剂及催化剂载体的反应器，将水加压引入该反应器并在催化剂催化下发生反应生成合成燃气，其特征在于该反应的反应温度为700～1500℃，反应压力为1～90kg/cm2，该催化剂的载体为碳纳米管，含有纳米化碳粉的碳管或含有非纳米化碳粉的碳管。本发明方法中选用碳纳米管，含有纳米化碳粉的碳管或含有非纳米化碳粉的碳管作为催化剂载体，使耗材输送上更为方便，更易于实现自动化生产。而且生成的燃气中CH4的纯度可以显著的提高，使其更比现有天然气更纯。另外在制造过程中的安全性也更为提高乃至安全全然无虞。

Description

一种合成燃气的制造方法
【发明领域】
本发明涉及一种燃气的制造方法，尤其涉及一种利用二氧化碳、碳及水的反应制得合成燃气的方法。
【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，甚至已经产生温室效应。二氧化碳废气作为一个很大的污染源，从环保角度出发，有时必须投入很大的开支抵消二氧化碳废气造成的损失。例如根据英国经济学人报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，以提高一氧化碳的生成率。在当今，世界能源日益短缺供不应求。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。
本申请人在2003年4月2日公开的，公开号为CN1407071A的一篇中国发明专利申请中揭露了一种合成燃气的制造方法。该方法的主要步骤是：将纯度不低于80％的二氧化碳气体加压进入一置有碳粒的反应器；将水加压注入该反应器，在催化剂催化下发生反应生成合成燃气。该方法以多孔陶瓷为载体，催化剂选自氧化钨、氧化钼、氧化铜、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钾、氧化镧、氧化钇或氧化硅之至少一种。然而，在使用此种现有的催化剂和载体的条件下，该合成反应的反应温度必须要在900℃以上，反应压力要在5kg/cm2以上。所生成的燃气的纯度较低。而且使用陶瓷作为催化剂载体，使材料的输送不便，难以实现燃气生产合成的自动化。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种合成具有较高的燃气纯度和燃烧效率的方法，并且该方法可易于实现自动化。
为解决上述技术问题，本发明提供一种合成燃气的制造方法，其包括如下步骤：提供二氧化碳气，将该预定量的二氧化碳气加压引入置有催化剂及催化剂载体的反应器，将水加压引入该反应器并在催化剂催化下发生反应生成合成燃气，其特征在于该反应的反应温度为700～1500℃，反应压力为1～90kg/cm2，该催化剂的载体为碳纳米管，含有纳米化碳粉的碳管或含有非纳米化碳粉的碳管。
其中，该催化剂的加入量为二氧化碳气重量的1～15％。该催化剂为纳米化催化剂，其粒径为0.1～100纳米。该催化剂可选自氧化钨、氧化钼、氧化铜、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钾、氧化镧、氧化钇或氧化硅之至少一种。
另外，在反应过程中，水为气化或汽化的状态。二氧化碳、水和碳的克分子比例为：60～100∶5～15∶5～25。二氧化碳气在反应器内的流速为0.5～35米/秒。合成燃气在反应器内的滞留时间为1～15秒。
本发明方法中选用碳纳米管，含有纳米化碳粉的碳管或含有非纳米化碳粉的碳管作为催化剂载体，使耗材输送上的更为方便，更易于实现自动化生产。从而使预期的经济效益明显增长，因其所获得的附加价值相对于现有方法可以提高是数百倍，乃至千万倍。最重要的是生成的燃气中CH4的纯度可以显著的提高，使其更比现有天然气更纯。另外在制造过程中的安全性也更为提高乃至安全全然无虞。
【附图说明】
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施例】
实施例1
将由发电厂、钢铁工厂等排放出来的二氧化碳废气，经过滤去除机械杂质，再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(附着在碳纳米管载体上)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。其中在此步骤中催化剂最优选用纳米化催化剂，即该催化剂的粒径应在0.1～100纳米之间。
然后由流量计计量，按所需克分子比例的量，将二氧化碳气加压到5kg/cm2后，进入内径为5尺长为40尺的卧式反应炉，控制二氧化碳气体流速为2米/秒。二氧化碳气体流速应因所采用的催化剂的属性不同而相应调节，但一般应介于0.5～35米/秒。在二氧化碳与催化剂载体，即碳纳米管发生还原反应生成一氧化碳的同时，将由流量计计量，按所需的克分子比例的水加压到5kg/cm2后，经喷嘴在反应其中形成水雾。
应当指出的是，本发明中水雾喷入反应器时，其状态可以是临界于气化和汽化间的水的状态，也可以是汽化或气化的状态。其中，水的汽化态指液态水与气态水共存的状态，水的气化态指气态水的状态。不同状态的水雾喷入反应器的时间点主要是因所用的催化剂的属性的不同而改变，所以在一定的时间点上，水的状态可能是汽化或气化的状态。
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和碳纳米管为1.08kg。在反应温度为900℃，压力为5kg/cm2条件下，并采用纳米氧化钼300克作为催化剂。该纳米氧化钼附着在载体上。该载体可以为碳纳米管，也可以是管壁附有非纳米化碳粉的碳管。该载体也可以是管壁上形成有经过纳米化制程的碳粉的碳管。以上三种载体都可以达到解决本发明要解决的技术问题并获得相应的有益效果。但本实施例中，所选用的载体为碳纳米管。其中在此步骤中催化剂最优选用纳米化催化剂，即该催化剂的粒径应在0.1～100纳米之间，而且催化剂的加入量也因选用催化剂的属性不同而不同但应为二氧化碳重量的1～15％。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。其中，生成气体在反应炉内滞留时间会因所用的催化剂的属性的不同而改变，但一般应介于1～15秒之间。
通过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)，又在附着于载体上的催化剂氧化锑催化下，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94.5％，合成燃气的燃烧热值为7850kcal/M3，合成燃气的组成测试值(重量％)如下：CH4：83.6％；H2：5.2％；CO：9.8％；C2～C4：1.1％；其他气体：0.3％。其中，在此步骤中催化剂最优选用纳米化催化剂，即该催化剂的粒径应在0.1～100纳米之间。如前所述，该载体可以为碳纳米管，也可以是管壁附有纳米化碳粉的碳管或管壁附有非纳米化碳粉的碳管。本实施例中的载体选用的是碳纳米管。
实施例2
将由发电厂、钢铁工厂等排放出来的二氧化碳废气，经过实施例1中的分离过滤处理步骤得到纯度为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，将二氧化碳气加压到5kg/cm2后，进入内径为5尺长为40尺的卧式反应炉，控制二氧化碳气体流速为2米/秒。在二氧化碳与碳纳米管发生还原反应生成一氧化碳的同时，将由流量计计量，按所需的克分子比例的水加压到5kg/cm2后，经喷嘴在反应其中形成水雾。
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和碳纳米管1.08kg。在反应温度为900℃，压力为5kg/cm2条件下，并采用纳米氧化钼300克作为催化剂。该纳米氧化钼附着在载体上。该载体可以为碳纳米管，也可以是管壁附有纳米化碳粉的碳管或管壁附有非纳米化碳粉的碳管。本实施例仍选用碳纳米管作为载体。
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，生成的气体得过滤纯化同实施例1，就得到高纯度的合成燃气，生成率为93.5％，合成燃气的燃烧热值为7450kcal/M3，合成燃气的组成测试值(重量％)如下：CH4：76.6％；H2：8.7％；CO：12.6％；C2～C4：1.6％；其他气体：0.5％。

Claims (10)

1.一种合成燃气的制造方法，其包括如下步骤：提供二氧化碳气，将该预定量的二氧化碳气加压引入置有催化剂及催化剂载体的反应器，将水加压引入该反应器并在催化剂催化下发生反应生成合成燃气，其特征在于该反应的反应温度为700～1500℃，反应压力为1～90kg/cm2，该催化剂的载体为碳纳米管，含有纳米化碳粉的碳管或含有非纳米化碳粉的碳管。
2.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于该所述催化剂的加入量为二氧化碳气重量的1～15％。
3.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于二氧化碳、水和碳的克分子比例为：60～100∶5～15∶5～25。
4.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于所述的二氧化碳气在反应器内的流速为0.5～35米/秒。
5.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于所述的合成燃气在反应器内的滞留时间为1～15秒。
6.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于所述的催化剂为纳米化催化剂，其粒径为0.1～100纳米。
7.如权利要求6所述的合成燃气的制造方法，其特征在于所述的催化剂为氧化钨、氧化钼、氧化铜、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钾、氧化镧、氧化钇或氧化硅中之至少一种。
8.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于在反应过程中水的状态为临界于气化和汽化间的水的状态，汽化态或气化态之一。
9.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于该方法进一步包括过滤和纯化所述的合成燃气。
10.如权利要求1所述的合成燃气的制造方法，其特征在于所提供的二氧化碳气纯度不小于80％。
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