專利名稱：一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法
技術領域：
本發明屬于可再生綠色能源應用領域，特別是涉及一種用植物經碳化后，在氣化爐中燃燒產生混合可燃氣，再經甲烷化合成生產出甲烷類液化氣的方法。
背景技術：
液化氣作為一種燃料型能源已被越來越多地使用于民用或工業領域中，較早的時候，城市的居民先是以木材作為燃料，而后大多采用煤作為燃料，隨著我國森林資源的減少，對木材砍伐的限制，現在在城市中已很難看到使用木材作為燃料了，而使用煤炭作為生活燃料時，由于會產生大量的二氧化碳和一氧化碳，尤其是硫化物氣體，對空氣污染嚴重，導致了居民呼吸系統和心血管系統發病率不斷升高，因而在許多的城市中煤炭的使用已受到相當的限制，被換之使用的是液化氣；雖然在我國農村絕大多數仍使用古老的灶具，使用的燃料還大多是桔桿和木材，但是其熱效率低(只有13％)，而且容易污染環境，因而，也面臨著向使用液化氣的方向轉化，這就使得對液化氣的需求量是越來越大，特別是隨著我國經濟建設的快速發展和人民生活水平大幅提高，我國在能源的消耗上也與日激增，作為生產液化氣的煤、石油、天然氣等化石類能源也日漸枯竭，另一方面，我國的石油資源并不豐富，且人口眾多，人均擁有量極低，加上國際形勢不斷變化，導致石油液化氣的價格一直居高不下，這也嚴重地影響到了居民生活燃料的使用，尋找可再生能源，已成為當今迫切的需求。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，通過將植物碳化后，在氣化爐中燃燒產生混合可燃氣，再經甲烷化合成來生產出甲烷類液化氣，以替代現有的城市燃氣材料，具有工藝簡單、設備投資省、運行費用低、環境污染少的特點。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，它包括如下步驟a.植物碳化處理以植物為原料，將其處理成植物碳；b.氣化處理將植物碳的碳塊或碳粉送入氣化爐中，點火燃燒，并在高溫燃燒的碳層中通入水蒸汽、空氣，形成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣的混合氣；c.氫氣含量調整將混合氣送入燃燒蓄熱室，在燃燒蓄熱室中通入空氣或氧氣，讓部分可燃氣體燃燒使室內溫度升高，然后通入水蒸汽，通過高溫分解水蒸氣調整混合氣中CO2、CO與H2的比例，氫氣、一氧化碳、二氧化碳的相互比例為CO∶H2＝1∶2.5～3.5；CO2∶H2＝1∶3.5～4.5；d.除塵冷卻利用除塵洗氣冷卻塔將燃燒蓄熱室送來的混合氣體，進行除塵和降溫處理；e.儲氣將除塵洗氣冷卻塔除塵、降溫后的混合氣引入可用來調節進出氣差額體積的儲氣柜中臨時存儲起來；f.氣體壓縮將儲氣柜送出的混合氣送至壓縮機進行加壓處理，施加的壓力為2～2.5MPa；g.甲烷化反應將混合氣引入甲烷反應器中通過催化劑的作用使含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的混合氣轉化為甲烷氣，這一過程是在壓力為2～3MPa和溫度為280～500℃范圍內，在含25--30％鎳系摧化劑和3-6％的堿性氧化物的，以硅酸鋁為載體的催化劑作用下完成；
h.甲烷氣冷卻將甲烷氣降至常溫；i.甲烷氣儲存將甲烷氣送入甲烷氣儲柜中；j.高壓液化將甲烷氣儲柜中的甲烷類氣體進行高壓液化處理，施加的壓力為≥10MPa；k.液化氣罐裝將高壓液化氣裝入液化氣儲罐。
所述的植物碳為竹碳和/或木碳和/或桔桿碳。
所述的植物碳制作原料為竹子、木柴，將竹子、木柴等原料直接放到碳窯燒制工序中制出植物碳。
所述的植物碳制作原料為鋸屑、果殼，將鋸屑、果殼等原料經干燥后，用機械加工成鋸屑樣的小顆粒，然后用機械擠壓成條形碎屑棒，再經碳窯高溫燒制成植物碳。
所述的植物碳制作原料為桔桿、樹皮、枝丫，將桔桿、樹皮、枝丫等原料經過切片、干燥、粉碎、擠壓成形后，再進入碳窯燒制成植物碳。
所述的除塵冷卻工藝過程還包括將燃燒蓄熱室送來的混合氣體送入熱交換器進行熱交換式降溫，熱交換器產生的水蒸汽供給各道工序使用。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，是以植物為原料，并對植物進行碳化處理，這種將植物碳化后制成的碳稱為植物碳。對不同的植物原料，可采用不同的方法和工序燒制成植物碳對采用竹子、木柴等為原料生產植物碳時，只需將原料直接放到碳窯燒制工序中即可生產出植物碳；對采用鋸屑、果殼類為原料生產植物碳時，需先經干燥后，用機械加工成鋸屑樣的小顆粒，然后用機械擠壓成條形碎屑棒，再經碳窯高溫燒制成碳，即目前普遍稱為的機制碳；對采用桔桿、樹皮、枝丫等為原料生產植物碳時，則需經過切片、干燥、粉碎、擠壓成形后，再進入碳窯燒制成植物碳，這也是一種機制碳。這些植物碳，以竹碳(包括毛竹、各種大小竹子、竹頭、竹根、竹枝燒制的碳)為佳，次之木碳(以柴片、鋸屑為主燒制的碳)，較差的是桔桿碳(以桔桿、谷皮、果殼為主燒制的碳)，尤以煙桿、果殼、谷皮燒制的碳差，主要是灰份大，可燃氣轉化率低、而且對甲烷化催化劑活性也有影響。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，氣化處理是將植物碳的碳塊或碳粉送入氣化爐中，點火燃燒，依采用的氣化爐型不同來確定投加碳的形狀大小和粒度。氣化爐分移動床和沸騰床(也稱流化床)，對移動床氣化爐而言，要求進爐的碳以大顆粒碳塊粒度10～60mm為宜，對沸騰床氣化爐而言，則要求進爐的碳粒度在3～5mm間為宜。在氣化爐的生產操作中爐溫與水蒸汽的投加，以及空氣的進氣量應按產生的氣體組分來調整，這里以氫氣、一氧化碳、二氧化碳的相互比例來調整。當調整達不到工藝要求時，可在下道工序進行。理想的比值為一氧化碳/氫氣＝1/3；二氧化碳/氫氣＝1/4。以移動床氣化爐為例，氣化強度200～300M3/M2.H之間，進氣風壓3～6KPa為宜。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，采用了燃燒蓄熱室調整來自氣化爐混合氣中CO2、CO與H2的比例，利用來自氣化爐的高溫(500～900℃)可燃氣體，在燃燒蓄熱室中通入空氣或氧氣，讓部分可燃氣體燃燒使室內溫度升至900～1000℃或更高，然后通入水蒸汽，水蒸汽只有在900℃以上的溫度下才能發生熱分解，產生出氧氣和氫氣。這道工序主要是為了調整產氣工藝中氫氣的組分比例。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，采用了除塵洗氣冷卻塔將燃燒蓄熱室送來的混合氣體進行除塵和降溫處理，以便后續工藝混合氣體的安全儲存，這道工序還包含了熱交換器，熱交換器是利用來自燃燒蓄熱室的高溫氣體生產蒸汽的裝置，同時也對高溫氣體進行降溫。原理是高溫氣體首先經過密閉管道，管道外也是一個能承受壓力的密閉系統，內充冷卻水，實際上這里的冷卻水由于高溫，相當部分己變成帶壓力的水蒸汽，這里產生的水蒸汽可通過現行的常規系統供應到各道工序使用。在經過熱交換器后，此時系統中的氣體溫度基本上已降到300℃以下，再進入密閉的常壓洗氣冷卻塔，在這里采用噴淋工藝，將氣體中的灰塵洗去，同時也使塔內氣體溫度降到45℃以下，以備后續工藝使用。噴淋冷卻塔可以分級設置。對冷卻洗氣污水的處理和循環使用，可采用現有的工藝技術。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，采用了儲氣柜來存儲混合氣，在這里儲氣柜的作用在于，一是儲存氣體；二是為壓縮機能正常工作提供穩定的氣源和工況；三是調節進氣量與出氣量的差額體積；四是可以進一步沉淀氣體中的灰塵和雜質以及調整儲氣柜中的CO、CO2、H2的比例。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，采用了可用于壓縮CO、CO2、H2等可燃易爆氣體的壓縮機對混合氣進行壓縮，為后道工序進行工藝增壓。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，采用了甲烷反應器將混合氣轉化為甲烷氣，由于甲烷氣既沒有氫的寬爆炸極限，又沒有一氧化碳的毒性，而且比一氧化碳、氫的混合氣體的燃燒熱值要高，所以要將一氧化碳、二氧化碳和氫氣轉化為甲烷氣，生產出代用天然氣。所采用的催化劑，以液相催化為例，是把顆粒狀的鎳系催化劑按一定的體積比，浸沒在礦物油冷劑浴罐塔內；而固相是將顆粒狀的鎳系催化劑也是按一定的體積比，拌均在石英砂或陶瓷粒中，使混合氣體穿過含催劑的反應層，合成甲烷(CH4)氣。催化劑的放置，以反應器內部容積來定體積比以60％～70％為宜，在實際生產中催化劑也會有消耗應定期補充或更換。催化劑在高壓流動的氣體中體積會膨脹。氣體的壓力與流量應視工況來確定。由于甲烷化反應是放熱反應，在甲烷化反應器中，應注意控制反應溫度，控制進氣比例和總量，以及冷卻劑的循環降溫，防止過熱，燒壞催化劑和反應器，在甲烷化反應器中都配有相應的控溫冷卻系統。
本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，采用了甲烷氣儲柜來存儲甲烷氣，為后續的加壓液化提供氣源和工況保證，也為在此添加泄漏氣味指示劑提供條件。
本發明的有益效果是，由于采用了以植物碳化后的植物碳為原料，將這種植物碳放在氣化爐中通過高溫燃燒，并在高溫燃燒的碳層中通入空氣、水蒸汽使其產生CO、CO2和H2等混合氣體，氣體經除塵、冷卻、凈化后，再由甲烷轉換工序合成甲烷氣體，然后再經高壓液化，生產出以甲烷氣為主的且帶有少量CO、H2等的混合燃料氣體，即甲烷類液化氣。植物碳化后的植物碳，遠比煤的來源更廣泛、更經濟、更環保，其品質也比煤要好，其揮發份，灰份都比煤小，硫化物的含量在植物碳中大都小于0.1mg/kg，這在采用植物碳為原料生產甲烷類液化氣的工藝中，對氣體的凈化工序得以簡化，在投資上也就比用煤要省，而且生產出來的甲烷類液化氣也更純凈。用這種可再生的植物碳生產甲烷類液化氣，以替代目前廣泛使用的石化類天然液化氣，比用煤生產水煤氣或液化氣，在整個生產工藝過程中的排污、排渣以及空氣污染都要小。用可再生的植物碳生產甲烷類液化氣不但環保、原料易得，而且工藝簡單易于掌握。由于植物碳原料成份比煤單純，所以生產出來的甲烷類液化氣品質，比用煤為原料生產的液化氣要好，成本也低，而且這種甲烷類液化氣的燃燒熱值也高，其熱值在30～36MJ/M3。該方法具有工藝簡單、設備投資省、運行費用低、環境污染少的特點。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細說明；但本發明的一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法不局限于實施例。
本發明的一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，它包括如下步驟步驟a.植物碳化處理以植物為原料，將其處理成植物碳；其中，植物碳可以是竹碳、木碳、桔桿碳。對采用竹子、木柴等為原料生產植物碳時，只需將原料直接放到碳窯燒制工序中即可生產出植物碳；對采用鋸屑、果殼類為原料生產植物碳時，需先經干燥后，用機械加工成鋸屑樣的小顆粒，然后用機械擠壓成條形碎屑棒，再經碳窯高溫燒制成碳；對采用桔桿、樹皮、枝丫等為原料生產植物碳時，則需經過切片、干燥、粉碎、擠壓成形后，再進入碳窯燒制成植物碳。這些植物碳，以竹碳(包括毛竹、各種大小竹子、竹頭、竹根、竹枝燒制的碳)為佳，次之為木碳(以柴片、鋸屑為主燒制的碳)，較差的是桔桿碳(以桔桿、谷皮、果殼為主燒制的碳)，尤以煙桿、果殼、谷皮燒制的碳差，主要是灰份大，可燃氣轉化率低、而且對甲烷化催化劑活性也有影響。
步驟b.氣化處理將植物碳的碳塊或碳粉送入氣化爐中，點火燃燒，并在高溫燃燒的碳層中通入水蒸汽、空氣，形成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣的混合氣；氣化處理是將植物碳的碳塊或碳粉送入氣化爐中，點火燃燒，依采用的氣化爐型不同來確定投加碳的形狀大小和粒度。氣化爐分移動床和沸騰床(也稱流化床)，對移動床氣化爐而言，要求進爐的碳以大顆粒碳塊粒度10～60mm為宜，對沸騰床氣化爐而言，則要求進爐的碳粒度在3～5mm間為宜。在氣化爐的生產操作中爐溫與水蒸汽的投加，以及空氣的進氣量應按產生的氣體組分來調整，這里以氫氣、一氧化碳、二氧化碳的相互比例來調整。當調整達不到工藝要求時，可在下道工序進行。理想的比值為一氧化碳/氫氣＝1/3；二氧化碳/氫氣＝1/4。以移動床氣化爐為例，氣化強度200～300M3/M2.H之間，進氣風壓3～6KPa為宜。
步驟c.氫氣含量調整將混合氣送入燃燒蓄熱室，在燃燒蓄熱室中通入空氣或氧氣，讓部分可燃氣體燃燒使室內溫度升高，然后通入水蒸汽，通過高溫分解水蒸氣調整混合氣中CO2、CO與H2的比例，氫氣、一氧化碳、二氧化碳的相互比例為CO∶H2＝1∶2.5～3.5；CO2∶H2＝1∶3.5～4.5；燃燒蓄熱室的作用是調整來自氣化爐混合氣中CO2、CO與H2的比例，利用來自氣化爐的高溫(500～900℃)可燃氣體，在燃燒蓄熱室中通入空氣或氧氣，讓部分可燃氣體燃燒使室內溫度升至900～1000℃或更高，然后通入水蒸汽，水蒸汽只有在900℃以上的溫度下才能發生熱分解，產生出氧氣和氫氣。這道工序主要是為了調整產氣工藝中氫氣的組分比例。
步驟d.除塵冷卻利用除塵洗氣冷卻塔將燃燒蓄熱室送來的混合氣體，進行除塵和降溫處理；采用除塵洗氣冷卻塔將燃燒蓄熱室送來的混合氣體進行除塵和降溫處理，以便后續工藝混合氣體的安全儲存，這道工序還包含了熱交換器，熱交換器是利用來自燃燒蓄熱室的高溫氣體生產蒸汽的裝置，同時也對高溫氣體進行降溫。原理是高溫氣體首先經過密閉管道，管道外也是一個能承受壓力的密閉系統，內充冷卻水，實際上這里的冷卻水由于高溫，相當部分己變成帶壓力的水蒸汽，這里產生的水蒸汽可通過現行的常規系統供應到各道工序使用。在經過熱交換器后，此時系統中的氣體溫度基本上已降到300℃以下，再進入密閉的常壓洗氣冷卻塔，在這里采用噴淋工藝，將氣體中的灰塵洗去，同時也使塔內氣體溫度降到45℃以下，以備后續工藝使用。噴淋冷卻塔可以分級設置。對冷卻洗氣污水的處理和循環使用，可采用現有的廢水凈化處理工藝進行循環使用。
步驟e.儲氣將除塵洗氣冷卻塔除塵、降溫后的混合氣引入可用來調節進出氣差額體積的儲氣柜中臨時存儲起來；在這里儲氣柜主要有三種作用一是儲存氣體；二是為壓縮機能正常工作提供穩定的氣源和工況；三是調節進氣量與出氣量的差額體積；四是可以進一步沉淀氣體中的灰塵和雜質以及調整儲氣柜中的CO、CO2、H2的比例。
步驟f.氣體壓縮將儲氣柜送出的混合氣送至壓縮機進行加壓處理，施加的壓力為2～2.5MPa；采用了專用于壓縮CO、CO2、H2等可燃易爆氣體的壓縮機對混合氣進行壓縮，為后道工序進行工藝增壓。
步驟g.甲烷化反應將混合氣引入甲烷反應器中通過催化劑的作用使含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的混合氣轉化為甲烷氣，這一過程是在壓力為2～3MPa和溫度為280～500℃范圍內，在含25--30％鎳系摧化劑和3-6％的堿性氧化物的，以硅酸鋁為載體的催化劑作用下完成；采用甲烷反應器將混合氣轉化為甲烷氣，由于甲烷氣既沒有氫的寬爆炸極限，又沒有一氧化碳的毒性，而且比一氧化碳、氫的混合氣體的燃燒熱值要高，所以要將一氧化碳、二氧化碳和氫氣轉化為甲烷氣，生產出代用天然氣。所采用的催化劑，以液相催化為例，是把顆粒狀的鎳系催化劑按一定的體積比，浸沒在礦物油冷劑浴罐塔內；而固相是將顆粒狀的鎳系催化劑也是按一定的體積比，拌均在石英砂或陶瓷粒中，使混合氣體穿過含催劑的反應層，合成甲烷(CH4)氣。催化劑的放置，以反應器內部容積來定體積比以60％～70％為宜，在實際生產中催化劑也會有消耗應定期補充或更換。催化劑在高壓流動的氣體中體積會膨脹。氣體的壓力與流量應視工況來確定。由于甲烷化反應是放熱反應，在甲烷化反應器中，應注意控制反應溫度，控制進氣比例和總量，以及冷卻劑的循環降溫，防止過熱，燒壞催化劑和反應器，在甲烷化反應器中都配有相應的控溫冷卻系統。
步驟h.甲烷氣冷卻將甲烷氣降至常溫；可以在冷卻管中將甲烷氣降至常溫以便后續的儲氣工序更安全。
步驟i.甲烷氣儲存將甲烷氣送入甲烷氣儲柜中；甲烷氣儲柜的作用是為后續的加壓液化提供氣源和工況保證，也為在此添加泄漏氣味指示劑提供條件。
步驟j.高壓液化將甲烷氣儲柜中的甲烷類氣體進行高壓液化處理，以便儲存運輸和使用，施加的壓力為≥10MPa；步驟k.液化氣罐裝將高壓液化氣裝入液化氣儲罐。
上述實施例僅用來進一步說明本發明的植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，但本發明并不局限于實施例，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，其特征在于它包括如下步驟a.植物碳化處理以植物為原料，將其處理成植物碳；b.氣化處理將植物碳的碳塊或碳粉送入氣化爐中，點火燃燒，并在高溫燃燒的碳層中通入水蒸汽、空氣，形成含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣的混合氣；c.氫氣含量調整將混合氣送入燃燒蓄熱室，在燃燒蓄熱室中通入空氣或氧氣，讓部分可燃氣體燃燒使室內溫度升高，然后通入水蒸汽，通過高溫分解水蒸氣調整混合氣中CO2、CO與H2的比例，氫氣、一氧化碳、二氧化碳的相互比例為CO∶H2＝1∶2.5～3.5；CO2∶H2＝1∶3.5～4.5；d.除塵冷卻利用除塵洗氣冷卻塔將燃燒蓄熱室送來的混合氣體，進行除塵和降溫處理；e.儲氣將除塵洗氣冷卻塔除塵、降溫后的混合氣引入可用來調節進出氣差額體積的儲氣柜中臨時存儲起來；f.氣體壓縮將儲氣柜送出的混合氣送至壓縮機進行加壓處理，施加的壓力為2～2.5MPa；g.甲烷化反應將混合氣引入甲烷反應器中通過催化劑的作用使含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的混合氣轉化為甲烷氣，這一過程是在壓力為2～3MPa和溫度為280～500℃范圍內，在含25--30％鎳系摧化劑和3-6％的堿性氧化物的，以硅酸鋁為載體的催化劑作用下完成；h.甲烷氣冷卻將甲烷氣降至常溫；i.甲烷氣儲存將甲烷氣送入甲烷氣儲柜中；j.高壓液化將甲烷氣儲柜中的甲烷類氣體進行高壓液化處理，施加的壓力為≥10MPa；k.液化氣罐裝將高壓液化氣裝入液化氣儲罐。
2.根據權利要求1所述的一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，其特征在于所述的植物碳為竹碳和/或木碳和/或桔桿碳。
3.根據權利要求1所述的一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，其特征在于所述的植物碳制作原料為竹子、木柴，將竹子、木柴等原料直接放到碳窯燒制工序中制出植物碳。
4.根據權利要求1所述的一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，其特征在于所述的植物碳制作原料為鋸屑、果殼，將鋸屑、果殼等原料經干燥后，用機械加工成鋸屑樣的小顆粒，然后用機械擠壓成條形碎屑棒，再經碳窯高溫燒制成植物碳。
5.根據權利要求1所述的一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，其特征在于所述的植物碳制作原料為桔桿、樹皮、枝丫，將桔桿、樹皮、枝丫等原料經過切片、干燥、粉碎、擠壓成形后，再進入碳窯燒制成植物碳。
6.根據權利要求1所述的一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，其特征在于所述的除塵冷卻工藝過程還包括將燃燒蓄熱室送來的混合氣體送入熱交換器進行熱交換式降溫，熱交換器產生的水蒸汽供給各道工序使用。
全文摘要
本發明公開了一種植物碳化生產甲烷類液化氣的方法，是以植物碳化后的植物碳為原料，將這種植物碳放在氣化爐中通過高溫燃燒，并在高溫燃燒的碳層中通入空氣、水蒸汽使其產生CO、CO
文檔編號C10B53/02GK1966627SQ20061006981
公開日2007年5月23日 申請日期2006年8月4日 優先權日2006年8月4日
發明者張家彪, 林自強 申請人:張家彪, 林自強