專利名稱：一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法
技術領域：
本發明屬于生物質能應用技術領域，特別涉及一種由秸稈氣為原料來制備合成天然氣的方法。
背景技術：
隨著國家對可再生能源重視程度的日益加深，可再生能源的開發和利用技術也得 到了極大的提高。其中之一就包括將農作物秸稈粉碎后經過氣化熱解制作成秸稈氣作為 可燃氣體的使用。這種秸稈氣的制備技術是公知的，所制備得到的秸稈氣是一種主要含一 氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷等組份的混合氣體，其甲烷含量通常不超過20%，熱值僅在 1000 2000Kcal/Nm3之間，屬低熱值可燃氣。目前這種秸稈氣雖然也已經開始用于供給百姓炊事和采曖，但是這種方式能源利 用效率低，秸稈資源不能被充分開發。也有以秸稈氣代替煤炭進行發電的使用報道，但由于 熱值較低，也有一定的局限性。秸稈氣中的甲烷含量較低嚴重地制約了秸稈氣的利用范圍， 使龐大的秸稈資源難以充分利用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種以秸稈氣為原料制備合成天然氣的方法， 這種方法所得到的合成天然氣可作為天然氣代用品，從而提高對秸稈資源的能源利用效率。本發明解決其技術問題所采取的技術方案是一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，包括以下步驟(a)、加壓將秸稈氣接入壓縮機，加壓至1. 0 2. OMpa ；(b)、加熱將步驟(a)加壓后的秸稈氣通入預熱器，加熱至300 320°C ；(c)、合成甲烷將步驟(b)所得到的秸稈氣輸入到一氧化碳和氫氣的轉化器，在 鎳系催化劑的作用下進行反應，得到主要成份為甲烷、二氧化碳、水及雜質成分的轉化混合 氣；(d)、冷卻將步驟(c)得到的轉化混合氣通過冷凝器冷卻至20 40°C，得到冷卻 后的轉化混合氣；(e)、氣液分離將步驟(d)所得冷卻后的轉化混合氣通入到氣液分離器，得到經 氣液分離處理的混合氣；(f)、凈化將經步驟(e)氣液分離器處理后的混合氣輸入到吸附凈化器中，除去 二氧化碳、水分、氮氣、氧氣、一氧化碳及雜質成分，獲得甲烷含量大于95%的合成天然氣。上述技術方案中，優選的是，所述的鎳系催化劑是以Y-Al2O3和TiO2作為載體、 以NiO與La2O3為助催化劑，其質量成分為A120365 75%，Ti024 8%，NiO 15 25%， La2O3L 0 5%，Cr2O3I 5%。優選的是，所述一段轉換氣氣路管道從轉化器接出后，先接預熱器，再穿過冷凝器與氣液分離器的入口相接，使得預熱器可以回收利用轉化器的熱量。優選的是，壓縮機加壓后的秸稈氣通過秸稈氣氣路管道直接進入轉化器中，并且 所述秸稈氣氣路管道設在預熱器中；轉化器輸出的轉化混合氣通過一段轉換氣氣路管道進 入氣液分離器，并且所述一段轉換氣氣路管道設在冷凝器中；氣液分離器處理后的混合氣 通過二段轉換氣氣路管道進入吸附凈化器；經吸附凈化器處理后，獲得甲烷含量大于95% 的合成天然氣。一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，包括以下步驟(a)、加壓將秸稈氣接入壓縮機，加壓至1. 0 2. OMpa ；(b)、凈化加壓后的秸稈氣通入吸附凈化器凈化；(c)、加熱通入預熱器，加熱至300 320°C ；(d)、合成甲烷將氣體輸入到轉化器，在鎳系催化劑的作用下進行反應；(e)、冷卻將得到的轉化混合氣通過冷凝器冷卻至20 40°C，得到冷卻后的轉化 混合氣；(f)、氣液分離將冷卻后的轉化混合氣通入到氣液分離器，經氣液分離處理后，獲 得甲烷含量大于95 %的合成天然氣。上述技術方案中，所述步驟(a)壓縮機加壓后的秸稈氣通過秸稈氣氣路管道先進 入吸附凈化器，再由凈化氣氣路管道進入轉化器；并且所述凈化氣氣路管道設在步驟(C) 預熱器中；步驟(d)轉化器輸出的轉化混合氣通過轉換氣氣路管道進入步驟(f)的氣液分 離器，并且所述轉換氣氣路管道設在所述步驟(e)的冷凝器中；經所述步驟(f)的氣液分離 器處理后，獲得甲烷含量大于95 %的合成天然氣。優選的是，所述的鎳系催化劑是以Y -Al2O3和TiO2作為載體、以NiO與La2O3為 助催化劑，其質量成分為:A120365 ~ 75%, Ti024 ~ 8%, NiO 15 25%，La2O3L 0 5%， Cr2O3I 5%。優選的是，所述轉換氣氣路管道從轉化器接出后，先接預熱器，再穿過冷凝器與氣 液分離器的入口相接。本發明與現有的技術相比具有以下優點(1)甲烷含量高、熱值高常規秸稈氣甲烷含量通常不超過20%，熱值僅在1000 2000Kcal/Nm3之間，而本發明得到的合成天然氣甲烷含量大于95 %的，熱值可提高到 彡 8000Kcal/Nm3。(2)使秸稈資源得到更加充分的利用，提高了能源利用效率。常規秸稈氣熱值較 低，能源利用率不高；通過本發明得到的合成天然氣的能源利用效率得到提高，不僅可以利 用現有的天然氣基礎設施用于民用，也可以做內燃機或小型燃氣輪機的能源供給。(3)通過轉化器可副產大量蒸汽通過生產規模的大小可有效利用副產蒸汽，小 規模生產中(小于1000Nm3/h)蒸汽可用于加熱或采曖用；大規模生產中(大于5000Nm3/h) 可將蒸汽用于發電或蒸汽透平機使用，節約能耗。(4)設備少，效率高，能耗低為提高能源的有效利用，本發明將轉化器合成后高 溫的轉化混合氣對反應前的秸稈氣進行加熱，循環利用熱能，從而可以選擇較低壓力下進 行合成反應。
圖1是本發明實施例2的流程框圖。圖2是本發明實施例2的工藝流程圖。圖3是本發明實施例3的流程框圖。圖4是本發明實施例3的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地的詳細說明，但本發明的實施方式 不限于此。實施例1(1)、將其組成(V % )為:C0 15. 08 %，C0230. 97 %，Η226· 32 %，CH416. 41 %， O2O. 91%, N25. 67%, CxHy 0. 28%的普通秸稈氣通過壓縮機加壓到2. OMpa，然后經過預熱器 加熱到319. 30C ；(2)、將上述溫度和壓力條件下的秸稈氣輸入到轉化器內，在鎳系催化劑的作用 下，CO與H2發生甲烷化反應一體積CO與三體積H2生成一體積甲烷氣體和一體積水(蒸 汽)，轉化器出 口氣體組分為:C0 7. 65%, CO2 37. 97%, H20%, CH4 30. 54%, O2 1. 10%, N2 6. 88%, CxHy 0. 34%，此時壓力為 1. 89Mpa，溫度為 527. 3V ；(3)、將(2)過程輸出的高溫的轉化混合氣先降溫到20 40°C條件下，使其中大部 分氣態水冷凝為液態水。然后經氣液分離器將冷凝下來的液態水分離出去，得到含少量飽 和水份的常溫的轉化混合氣；(4)、將常溫的轉化混合氣輸入到吸附凈化器，本實施例吸附凈化器由多個裝有不 同吸附劑的吸附塔所構成，利用不同吸附劑在不同壓力下對兩種不同物質吸附力的不相同 除去轉化混合氣中的大量二氧化碳及少量水分、氮氣、氧氣和一氧化碳等雜質成分，從吸附 塔出來的產品氣成分組成為=CO2 0. 89%,CH497. 37%, N2 0. 70%, CxHy 0.01%，此時壓力為 1. 80Mpa，溫度為32. 5°C ；此時產品氣符合國家城鎮燃氣標準，獲得其甲烷含量大于97%的 合成天然氣。實施例2參見圖1和圖2，本實施例中，壓縮機Pl加壓后的秸稈氣通過秸稈氣氣路管道1直 接進入轉化器Rl中，并且所述秸稈氣氣路管道1設在預熱器El、E2中；轉化器Rl輸出的 轉化混合氣通過一段轉換氣氣路管道21進入氣液分離器VI，并且所述一段轉換氣氣路管 道21設在冷凝器E3中；氣液分離器Vl處理后的混合氣通過二段轉換氣氣路管道22進入 吸附凈化器；經吸附凈化器處理后，獲得甲烷含量大于97%的合成天然氣。制備合成天然氣時，將其組成(V%)為=CO 15. 08%,CO2 30. 97%,H226. 32%,CH4 16.41%, O2 0.91%, N2 5.67%, CxHy 0. 28%的普通秸稈氣經壓縮機Pl輸入，設置壓縮機 加壓后的壓強為1.5Mpa。加壓后的氣體由壓縮機Pl出口輸出，通過秸稈氣氣路管道1進 入轉化器R1。由于秸稈氣氣路管道1設在預熱器E1、E2中，所以當氣體通過秸稈氣氣路管 道1時，氣體被預熱器E1、E2加熱，設置預熱器E1、E2加熱后氣體溫度為323.7°C。將加壓 和加熱后的氣體輸入到轉化器Rl中后，秸稈氣中的一氧化碳和氫氣在轉化器Rl中合成為 高熱值的甲烷氣體。本實施例中，在轉化器Rl中設置有鎳系催化劑，所述的鎳系催化劑是以Y-Al2O3和TiO2作為載體、以NiO與La2O3為助催化劑，其質量成分為=Al2O3 65 75%， Ti024 8%，Ni0 15 25%，La2O3 1.0 5%,Cr2O3 1 5%。在鎳系催化劑的作用下，CO與H2發生甲烷化反應一體積CO與三體積H2生成一體 積甲烷氣體和一體積水(蒸汽)，從而使混合氣中甲烷含量升高。轉化器Rl出口輸出的轉化 混合氣氣體組分為:C0 7. 89%, CO2 38. 24%, H2 0%, CH4 29. 74%, O2 1. 17%, N2 7. 02%, CxHy 0.38%，此時壓力為 1.4Mpa，溫度為 521. 7°C。轉化器Rl輸出的轉化混合氣通過一段轉換氣氣路管道21進入的氣液分離器VI， 由于所述一段轉換氣氣路管道21設在冷凝器E3中，所以當轉化器Rl出來的高溫的轉化混 合氣在經過一段轉換氣氣路管道21時，被預熱器El、E2和冷凝器E3冷卻至20 40°C條 件下。本實施例中，所述一段轉換氣氣路管道21從轉化器Rl接出后，先接預熱器E1、E2， 再穿過冷凝器E3與氣液分離器Vl的入口相接，使得預熱器可以回收利用轉化器的熱量。冷卻后的轉化混合氣通入到氣液分離器VI，在氣液分離器Vl中完成氣、液分離， 得到含少量飽和水份的混合氣；經氣液分離處理的混合氣通過二段轉換氣氣路管2道進入 吸附凈化器。本實施例吸附凈化器由三個吸附塔Tl、T2、T3及其程序控制閥2a、2b、2c、3a、3b、 3C、4a、4b、4C、5a、5b、5C構成。吸附凈化器及程序控制閥均可沿用現有設備，利用不同吸附 劑在不同壓力下對兩種不同物質吸附力的不相同除去轉化氣中的大量二氧化碳及少量水 分、氮氣、氧氣和一氧化碳等雜質成分，從吸附塔組出來的產品氣成分組成為C021.21%， CH497. 07%, N2O. 77%, CxHyO. 01%，此時壓力為1. 30Mpa，溫度為30. 4°C ；此時產品氣符合國 家城鎮燃氣標準，即獲得其甲烷含量大于97%的合成天然氣。實施例3參見圖3和圖4，本實施例與實施例2流程基本相同，不同點僅在于對氣體的凈化 步驟在通入轉化器合成反應之前進行。其組成(V%)為CO18. 24%,CO2 29. 05%,H2 23. 71%,CH4 18. 41%,O2 0. 45%, N2 5.32 %, CxHy 0.30%的普通秸稈氣經壓縮機Pl加壓，設置壓縮機加壓后的壓強為 2. OMpa0加壓后的秸稈氣氣路管道1進入吸附凈化器，在吸附凈化器內除去二氧化碳和少 量氮氣后獲得一種主要含一氧化碳、氫氣、甲烷三種成份的凈化氣體。本實施例中吸附凈化 器由三個吸附塔T1、T2、T3和程序控制閥2a、2b、2c、3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b、5c構成。吸附凈化器處理后的凈化氣體由凈化氣氣路管道3送入轉化器Rl ；并且所述凈化 氣氣路管道3設在預熱器E1、E2中；因此，當凈化氣體通過凈化氣氣路管道3時，被預熱器 El、E2加熱，設定加熱溫度為317. 79°C。轉化器Rl輸出的轉化混合氣通過轉換氣氣路管道2進入氣液分離器VI，并且所 述轉換氣氣路管道2設在冷凝器E3中；高溫的轉化混合氣在通過轉換氣氣路管道2時被 冷卻；再經氣液分離器Vl完成氣、液分理后，獲得甲烷含量大于97%的合成天然氣。此方 法獲得的合成天然氣組分為:C0 12. 28%, C0234. 50%, H2 0%, CH4 31. 25%, O2 0. 53%, N2 6.21%, CxHy 0. 35%,此產品氣符合國家城鎮燃氣標準，即獲得其甲烷含量大于97 %的合成 天然氣。
本實施例中，所述轉換氣氣路管道2從轉化器Rl接出后，先接預熱器E1、E2，再穿 過冷凝器E3與氣液分離器Vl的入口相接，使得預熱器可以回收利用轉化器的熱量。如上所述，便可很好地實現本發明。
權利要求
一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于，包括以下步驟(a)、加壓將秸稈氣接入壓縮機，加壓至1.0～2.0Mpa；(b)、加熱將步驟(a)加壓后的秸稈氣通入預熱器，加熱至300～320℃；(c)、合成甲烷將步驟(b)所得到的秸稈氣輸入到一氧化碳和氫氣的轉化器，在鎳系催化劑的作用下進行反應，得到主要成份為甲烷、二氧化碳、水及雜質成分的轉化混合氣；(d)、冷卻將步驟(c)得到的轉化混合氣通過冷凝器冷卻至20～40℃，得到冷卻后的轉化混合氣；(e)、氣液分離將步驟(d)所得冷卻后的轉化混合氣通入到氣液分離器，得到經氣液分離處理后的混合氣；(f)、凈化將經步驟(e)氣液分離器處理后的混合氣輸入到吸附凈化器中，除去二氧化碳、水分、氮氣、氧氣、一氧化碳及雜質成分，獲得甲烷含量大于95％的合成天然氣。
2.根據權利要求1所述的一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于所述 的鎳系催化劑是以Y-Al2O3和TiO2作為載體、以NiO與La2O3為助催化劑，其質量成分為 Al2O3 65 75%，TiO2 4 8%，NiO 15 25%，La2O3 1. 0 5%，Cr2O3I 5%。
3.根據權利要求1所述的一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于所述 步驟(a)壓縮機加壓后的秸稈氣通過秸稈氣氣路管道直接進入步驟(c)的轉化器中，并且 所述秸稈氣氣路管道設在步驟(b)預熱器中；所述步驟(c)轉化器輸出的轉化混合氣通過 一段轉換氣氣路管道進入所述步驟(e)的氣液分離器，并且所述一段轉換氣氣路管道設在 所述步驟(d)的冷凝器中；所述步驟(e)氣液分離器處理后的混合氣通過二段轉換氣氣路 管道進入步驟(f)的吸附凈化器；經吸附凈化器處理后，獲得甲烷含量大于95%的合成天 然氣。
4.根據權利要求3所述的一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于一段 轉換氣氣路管道從轉化器接出后，先接預熱器，再穿過冷凝器與氣液分離器的入口相接。
5.一種權利要求1所述的一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于，包括 以下步驟(a)、加壓將秸稈氣接入壓縮機，加壓至1.0 2. OMpa ；(b)、凈化加壓后的秸稈氣通入吸附凈化器凈化；(c)、加熱通入預熱器，加熱至300 3200C；(d)、合成甲烷將氣體輸入到轉化器，在鎳系催化劑的作用下進行反應；(e)、冷卻將得到的轉化混合氣通過冷凝器冷卻至20 40°C，得到冷卻后的轉化混合氣；(f)、氣液分離將冷卻后的轉化混合氣通入到氣液分離器，經氣液分離處理后，獲得甲 烷含量大于95 %的合成天然氣。
6.根據權利要求5所述的一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于所述 步驟(a)壓縮機加壓后的秸稈氣通過秸稈氣氣路管道先進入吸附凈化器，再由凈化氣氣路 管道進入轉化器；并且所述凈化氣氣路管道設在所述步驟(c)預熱器中；所述步驟(d)轉 化器輸出的轉化混合氣通過轉換氣氣路管道進入步驟(f)的氣液分離器，并且所述轉換氣 氣路管道設在所述步驟(e)的冷凝器中；經所述步驟(f)的氣液分離器處理后，獲得甲烷含 量大于95%的合成天然氣。
7.根據權利要求5所述的一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于所述 的鎳系催化劑是以Y-Al2O3和TiO2作為載體、以NiO與La2O3為助催化劑，其質量成分為 Al2O3 65 75%，TiO2 4 8%，NiO 15 25%，La2O3 1. 0 5%，Cr2O3I 5%。
8.根據權利要求5所述的一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于所述 轉換氣氣路管道從轉化器接出后，先接預熱器，再穿過冷凝器與氣液分離器的入口相接。
全文摘要
本發明公開了一種利用秸稈氣制備合成天然氣的方法，其特征在于，包括以下步驟將常規的秸稈氣加壓，加熱后，輸入到一氧化碳和氫氣的轉化器，在鎳系催化劑的作用下進行反應，得到主要成份為甲烷、二氧化碳、水及雜質成分的轉化混合氣；再經過冷卻、氣液分離及凈化處理后獲得甲烷含量大于95％的合成天然氣。通過本發明得到的合成天然氣的能源利用效率得到提高，不僅可以利用現有的天然氣基礎設施用于民用，也可以做內燃機或小型燃氣輪機的能源供給。
文檔編號C10L3/08GK101993748SQ20101053383
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者曾啟明, 鐘婭玲, 鐘雨明, 陳天洪 申請人:四川亞連科技有限責任公司