一種生物質(zhì)天然氣制備方法
【專利摘要】一種生物質(zhì)天然氣及其制備方法，屬于天然氣合成領(lǐng)域。本發(fā)明生物質(zhì)天然氣的合成方法，具有原料來源廣泛、投資低、環(huán)保性能好、能源轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點；使用氧化鋁和氧化鎂為載體的鎳催化劑，甲烷化轉(zhuǎn)化率高。采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，得到的主要成分甲烷含量高。本發(fā)明生物質(zhì)天然氣的合成方法，工藝簡便，易于操作。
【專利說明】一種生物質(zhì)天然氣制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)天然氣制備方法，屬于天然氣制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的推進(jìn)，具有優(yōu)質(zhì)潔凈和環(huán)保特點的天然氣需求急劇攀升，其在能源結(jié)構(gòu)中的比例也迅速增加。天然氣是一種高熱值易輸送的潔凈燃料，在各國一次能源消費中比例越來越高，預(yù)計到2020年我國對天然氣的需求缺口可能達(dá)到1000億立方米。我國雖然先后實施了西氣東輸、川氣東送以及通過與俄羅斯、土庫曼斯坦、澳大利亞等簽署天然氣供給協(xié)議的戰(zhàn)略舉措，但天然氣仍面臨著嚴(yán)重的供需矛盾。
[0003]合成天然氣技術(shù)是根據(jù)甲烷化反應(yīng)原理，利用相應(yīng)的設(shè)備將含碳資源轉(zhuǎn)化為甲烷的技術(shù)。自20世紀(jì)30年代出現(xiàn)以來，其發(fā)展一度停滯，但在70年代的石油危機(jī)以后重新被人們所重視，現(xiàn)階段已進(jìn)入高速發(fā)展時期。美國、英國、德國等發(fā)達(dá)國家都在進(jìn)行合成天然氣技術(shù)的研宄，但他們主要將其作為激素儲備。我國從20世紀(jì)80年代以來，主要根據(jù)城市煤氣發(fā)展的實際情況，對合成天然氣技術(shù)進(jìn)行了研宄，開發(fā)了許多合成工藝和相關(guān)催化劑，這些前期的研宄開發(fā)工作，為今后進(jìn)一步加速合成天然氣的制備奠定了基礎(chǔ)。
[0004]我國的能源資源特點是少油、貧氣、富煤。煤炭資源相對豐富，充分利用廉價的煤炭資源生產(chǎn)天然氣，其能源利用率高、單位熱值耗水量低，是解決我國天然氣供需矛盾的重要途徑。此外利用二氧化碳和生物質(zhì)資源生產(chǎn)天然氣，不僅可以拓寬二氧化碳和生物質(zhì)的利用方式，同時也將大大減少溫室氣體的排放。另外，我國焦化企業(yè)每年副產(chǎn)大量焦?fàn)t氣，其中很大部分被燃燒，利用率低下，因此利用甲烷化反應(yīng)，從煉焦?fàn)t等碳?xì)湮矚鈦碇迫『铣商烊粴獾募夹g(shù)也受到廣泛關(guān)注。以上合成天然氣技術(shù)不但可以緩解我國天然氣的市場需求，降低進(jìn)口天然氣市場給我國帶來的潛在風(fēng)險，而且對推進(jìn)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、保障國家能源安全也具有重要的戰(zhàn)略意義。
[0005]但是利用煤制天然氣、焦?fàn)t氣制天然氣均存在投資成本高、規(guī)模較大等缺點，而由生物質(zhì)制備的天然氣被認(rèn)為是一種綠色燃?xì)猓梢曰烊氍F(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)中運輸使用，其應(yīng)用前景十分可觀。
[0006]生物質(zhì)經(jīng)過氣化技術(shù)制備得到的天然氣被稱為生物質(zhì)合成天然氣，也叫做代用天然氣，被認(rèn)為是“第二代生物燃料”技術(shù)。該技術(shù)對于生物質(zhì)原料適用范圍較大，氣化過程中碳轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)氣較快，適合大規(guī)模利用。
[0007]生物質(zhì)氣化合成是一個相對較新的技術(shù)，目前僅有奧地利、荷蘭等國家進(jìn)行了實驗室與中試規(guī)模裝置的驗證，商業(yè)化規(guī)模裝置正在建設(shè)之中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種工藝簡單、易于操作、效率高的，利用秸桿等生物原料，進(jìn)行了天然氣制備的方法。
[0009]本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)如下:
[0010](1)將秸桿等生物原料加入氣化爐，在氧濃度為53.5-98.6%的氣氛下，加壓至0.5-1.51%，通溫度為200-2801:的蒸汽，使得生物原料氣化為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷的粗合成氣；
[0011](2)粗合成氣經(jīng)離心、過濾，除去氣體中的顆粒物，再經(jīng)負(fù)載有2=0和的固定床，將粗合成氣中的$3等酸性氣體吸收除去；
[0012](3)除酸后的粗合成氣預(yù)熱至280-3601 ；
[0013](4)凈化后的粗合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，溫度升至360-400 1，壓力為
3.0-5.01%，采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，在鎳系催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，段間回收的熱量用于生產(chǎn)高壓蒸汽，通入氫氣，調(diào)整氫氣丨一氧化碳比值=2.5-3，出口溫度為320-3501，反應(yīng)4-61！后，得到的主要成分為甲烷、二氧化碳、水及雜質(zhì)成分的變換混合氣；
[0014](5)將得到的變換混合氣通過冷凝器冷卻至0-101，并向其噴入甲醇，以避免水蒸氣冷凝結(jié)冰堵塞管道，經(jīng)氣液分離器除去水份；
[0015](6)將除去水份的變換混合器通入分餾塔，分離即得甲烷濃度為95-99%的合成天然氣。
[0016]其中所述的鎳系催化劑是指以氧化鋁和氧化鎂為載體的鎳催化劑，優(yōu)選以氧化鋁為載體的鎳催化劑。
[0017]本發(fā)明所具有的有益效果是:
[0018](1)本發(fā)明生物質(zhì)天然氣的合成方法，具有原料來源廣泛、投資低、環(huán)保性能好、能源轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點；
[0019](2)本發(fā)明生物質(zhì)天然氣的合成方法，使用氧化鋁和氧化鎂為載體的鎳催化劑，甲烷化轉(zhuǎn)化率高；
[0020](3)本發(fā)明生物質(zhì)天然氣的合成方法，采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，得到的主要成分甲烷含量高；
[0021](4)本發(fā)明生物質(zhì)天然氣的合成方法，工藝簡便，易于操作。
【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，具體實施例不限制本發(fā)明。
[0023]實施例1:本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)天然氣及其制備方法，是通過以下工藝實現(xiàn)的:
[0024](1)將秸桿等生物原料加入氣化爐，在氧濃度為53.5%的氣氛下，加壓至0.51%，通溫度為2001:的蒸汽，使得生物原料氣化為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷的粗合成氣；
[0025](2)粗合成氣經(jīng)離心、過濾，除去氣體中的顆粒物，再經(jīng)負(fù)載有2=0和的固定床，將粗合成氣中的$3等酸性氣體吸收除去；
[0026](3)除酸后的粗合成氣預(yù)熱至2801 ；
[0027](4)凈化后的粗合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，溫度升至3601，壓力為3.01即，采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，在鎳系催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，段間回收的熱量用于生產(chǎn)高壓蒸汽，通入氫氣，調(diào)整氫氣/ 一氧化碳比值=2.5，出口溫度為3201，反應(yīng)處后，得到的主要成分為甲烷、二氧化碳、水及雜質(zhì)成分的變換混合氣；
[0028](5)將得到的變換混合氣通過冷凝器冷卻至0。〇，并向其噴入甲醇，以避免水蒸氣冷凝結(jié)冰堵塞管道，經(jīng)氣液分離器除去水份；
[0029](6)將除去水份的變換混合器通入分餾塔，分離即得甲烷濃度為95%的合成天然氣。
[0030]其中所述的鎳系催化劑是指以氧化鋁和氧化鎂為載體的鎳催化劑，優(yōu)選以氧化鋁為載體的鎳催化劑。
[0031]實施例2:本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)天然氣及其制備方法，是通過以下工藝實現(xiàn)的:
[0032](1)將秸桿等生物原料加入氣化爐，在氧濃度為55.8%的氣氛下，加壓至0.81%，通溫度為2401:的蒸汽，使得生物原料氣化為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷的粗合成氣；
[0033](2)粗合成氣經(jīng)離心、過濾，除去氣體中的顆粒物，再經(jīng)負(fù)載有2=0和的固定床，將粗合成氣中的$3等酸性氣體吸收除去；
[0034](3)除酸后的粗合成氣預(yù)熱至3001:；
[0035](4)凈化后的粗合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，溫度升至3701，壓力為3.01即，采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，在鎳系催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，段間回收的熱量用于生產(chǎn)高壓蒸汽，通入氫氣，調(diào)整氫氣/ 一氧化碳比值=2.6，出口溫度為3301，反應(yīng)處后，得到的主要成分為甲烷、二氧化碳、水及雜質(zhì)成分的變換混合氣；
[0036](5)將得到的變換混合氣通過冷凝器冷卻至51，并向其噴入甲醇，以避免水蒸氣冷凝結(jié)冰堵塞管道，經(jīng)氣液分離器除去水份；
[0037](6)將除去水份的變換混合器通入分餾塔，分離即得甲烷濃度為96%的合成天然氣。
[0038]其中所述的鎳系催化劑是指以氧化鋁和氧化鎂為載體的鎳催化劑；
[0039]實施例3:本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)天然氣及其制備方法，是通過以下工藝實現(xiàn)的:
[0040](1)將秸桿等生物原料加入氣化爐，在氧濃度為77.2%的氣氛下，加壓至1.21即，通溫度為2701:的蒸汽，使得生物原料氣化為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷的粗合成氣；
[0041](2)粗合成氣經(jīng)離心、過濾，除去氣體中的顆粒物，再經(jīng)負(fù)載有2=0和的固定床，將粗合成氣中的$3等酸性氣體吸收除去；
[0042](3)除酸后的粗合成氣預(yù)熱至320。〇；
[0043](4)凈化后的粗合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，溫度升至390 X:，壓力為4.61即，采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，在鎳系催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，段間回收的熱量用于生產(chǎn)高壓蒸汽，通入氫氣，調(diào)整氫氣/ 一氧化碳比值=2.9，出口溫度為3401，反應(yīng)5卜后，得到的主要成分為甲烷、二氧化碳、水及雜質(zhì)成分的變換混合氣；
[0044](5)將得到的變換混合氣通過冷凝器冷卻至81，并向其噴入甲醇，以避免水蒸氣冷凝結(jié)冰堵塞管道，經(jīng)氣液分離器除去水份；
[0045](6)將除去水份的變換混合器通入分餾塔，分離即得甲烷濃度為98%的合成天然氣。
[0046]其中所述的鎳系催化劑是指以氧化鋁和氧化鎂為載體的鎳催化劑，優(yōu)選以氧化鋁為載體的鎳催化劑。
[0047]實施例4:本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)天然氣及其制備方法，是通過以下工藝實現(xiàn)的:
[0048](1)將秸桿等生物原料加入氣化爐，在氧濃度為98.6%的氣氛下，加壓至1.51%，通溫度為2801:的蒸汽，使得生物原料氣化為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷的粗合成氣；
[0049](2)粗合成氣經(jīng)離心、過濾，除去氣體中的顆粒物，再經(jīng)負(fù)載有2=0和的固定床，將粗合成氣中的$3等酸性氣體吸收除去；
[0050](3)除酸后的粗合成氣預(yù)熱至3601:；
[0051](4)凈化后的粗合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，溫度升至4001，壓力為5.01即，采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，在鎳系催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，段間回收的熱量用于生產(chǎn)高壓蒸汽，通入氫氣，調(diào)整氫氣/ 一氧化碳比值=3，出口溫度為3501，反應(yīng)6卜后，得到的主要成分為甲烷、二氧化碳、水及雜質(zhì)成分的變換混合氣；
[0052](5)將得到的變換混合氣通過冷凝器冷卻至10。〇，并向其噴入甲醇，以避免水蒸氣冷凝結(jié)冰堵塞管道，經(jīng)氣液分離器除去水份；
[0053](6)將除去水份的變換混合器通入分餾塔，分離即得甲烷濃度為99%的合成天然氣。
[0054]其中所述的鎳系催化劑是指以氧化鋁和氧化鎂為載體的鎳催化劑，優(yōu)選以氧化鋁為載體的鎳催化劑。
【權(quán)利要求】
1.一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于: 1)將秸桿等生物原料加入氣化爐，在有氧條件下加壓，通高溫蒸汽，使得生物原料氣化為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲燒的粗合成氣； 2)粗合成氣經(jīng)離心、過濾，除去氣體中的顆粒物，再經(jīng)固定床將粗合成氣中的H2S等酸性氣體吸收除去； 3)除酸后的粗合成氣預(yù)熱至280-360°C; 4)凈化后的粗合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，采用三段絕熱固定床反應(yīng)器，在催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，段間回收的熱量用于生產(chǎn)高壓蒸汽，通入氫氣，調(diào)整氫氣/ 一氧化碳比值，反應(yīng)4-6h后，得到的主要成分為甲烷、二氧化碳、水及雜質(zhì)成分的變換混合氣； 5)將得到的變換混合氣通過冷凝器冷卻至0-10°C，并向其噴入甲醇，以避免水蒸氣冷凝結(jié)冰堵塞管道，經(jīng)氣液分離器除去水份； 6)將除去水份的變換混合器通入分餾塔，分離即得甲烷濃度為95-99%的合成天然氣。
2.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于:步驟I)中在有氧條件下加壓，氧濃度為53.5-98.6%，加壓至0.5-1.5Mpa。
3.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于:步驟I)中通入的高溫蒸汽溫度為200-280 °C。
4.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于:步驟2)中所述的固定床為負(fù)載有ZnO和CuO的固定床。
5.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于:步驟4)中凈化后的粗合成氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，溫度升至360-400 °C，壓力為3.0-5.0Mpa。
6.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于:步驟4)中調(diào)整氫氣/一氧化碳比值=2.5-3 ο
7.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于:步驟4)中所述的催化劑是指以氧化鋁或氧化鎂為載體的鎳催化劑。
8.權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)天然氣制備方法，其特征在于:步驟4)中調(diào)整氫氣/一氧化碳比值出口溫度為320-350 °C。
【文檔編號】C10K1/32GK104449921SQ201410657486
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】尤曉明, 王顯濤, 李洋, 遲文泉, 鄧世海 申請人:山東永泰化工有限公司