[發明專利]一種天然氣造氣與生物質炭聯產制備低碳醇醚的方法

在審

• 申請號: 201710837225.6
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107487761A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 楊曉曉;韓多多;李瑞
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及清潔燃料技術領域，具體是一種天然氣造氣與生物質炭聯產制備低碳醇醚的方法。

背景技術

能源是人類生存和社會發展的基礎，隨著全球經濟的高速發展，傳統化石燃料的資源枯竭和全球變暖等環境問題日趨嚴重，開發利用清潔的可再生能源逐漸成為能源利用可持續發展的重要途徑。生物質資源以其可再生、產量豐富、環境友好等優點，具有很廣闊的應用前景。

以甲醇、二甲醚為代表的低碳醇醚不但是化工基礎原料，也可用于車用燃料或燃料添加劑，目前我國合成低碳醇醚的原料仍為化石能源，主要有：煤、天然氣和石腦油。以天然氣原料的甲醇生產工藝因生產清潔、對環境影響小、輸送方便等優勢在富產天然氣地區或鋪設輸送管路地區得到了普便采用，在該工藝中，天然氣通過與水蒸氣在具有催化劑的列管中，在750℃-900℃溫度范圍內反應得到合成氣，有時為了增加體系的碳利用率，造氣過程中添加一定比例二氧化碳，得到的合成氣含有相當量一氧化碳、氫氣、二氧化碳、水蒸氣和未反應的甲烷。通過吸收去除二氧化碳，再經過組分調節手段，經過壓縮進入到甲醇或二甲醚反應器中，由于生產合成氣的造氣過程是吸熱過程，整個過程中，原料天然氣的消耗是整個產品生產成本的主體。隨著國外低成本頁巖氣的普及及低成本天然氣，國內的生產企業的競爭力和抗市場波動能力都不是很強，因此降低天然氣消耗，對于構建適合我國國情的可持續發展的能源化工產業體系具有重要的戰略意義和現實意義。

降低對化石能源的依賴，減少生產過程碳排放，引入可再生生物質資源制備低碳醇醚的研究已經引起世界范圍的廣泛關注。

生物質中的碳可以通過熱解炭化、水熱炭化、酸水解再縮聚炭化等方式以炭的形式固定下來，是一種生產低碳醇醚的可再生炭原料來源。目前已有生物質炭合成低碳醇醚的報導，專利CN102557869A以生物質炭為原料，通過生物質炭水蒸氣分解反應制備合成氣，進而制備甲醇；“生物質炭和富二氧化碳合成氣制取二甲醚”[Acta Phys. ?Chim. Sin. 2011,27 (8), 1926-1932]一文中介紹了一種用富二氧化碳合成氣和生物質炭聯合制取二甲醚的方法，大大提高了二甲醚產率。在諸多研究中引入了催化劑進行組分轉化，對于炭及內部的雜質對催化劑性能、壽命的影響，研究欠缺，因此仍有待于進一步驗證。

造氣工段中，為合成氣催化反應管供熱的管外天然氣燃燒生成相當比例的二氧化碳和水蒸氣，由于催化反應管內溫度要求，整個管外燃燒空間內煙氣溫度很高，甚至高于1100度，目前生產是經過系列換熱就去排放，如果將燃燒得到的高溫碳源利用，則可以很系統的降低整個生產成本，因此在本發明中，通過流程下游的引風設備將合成氣反應管供熱的管外天然氣與助燃氣體混合燃燒后的高溫氣體通入有炭粒的炭轉化反應器內，在高溫下發生生物質炭溶損反應和水蒸氣分解反應制備合成氣（H₂/CO），高溫氣體經過熱回收利用和必要的組分調節，得到合成低碳醇醚的氣體原料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種天然氣造氣與生物質炭聯產制備低碳醇醚的方法，使合成氣催化反應管外的供熱氣體得到進一步利用，從而降低整個生產成本。

為了解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種天然氣造氣與生物質炭聯產制備低碳醇醚的方法，為天然氣轉化合成氣反應管供熱的管外天然氣與助燃氣體混合燃燒后（下稱燃燒尾氣），在流程下游的引風機作用下，進入有炭粒的炭轉化反應器內進一步進行轉化生成富含一氧化碳、氫氣的氣體。

上述助燃氣體在目前工業上采用的是空氣，里面含有的大量氮氣不但會降低對合成氣催化反應管供應的熱量還會稀釋本發明所述的下游炭轉化反應器原料和產品，因此助燃氣體也可以采用利用變壓吸附等手段得到的富氧氣體。

在炭轉化反應器中，燃燒尾氣中的二氧化碳、水分、一氧化碳以及未反應甲烷在高溫下與炭完成還原反應及水煤氣等系列反應，具體方程式如下：

（1）

（2）

（3）

（4）