[發(fā)明專利]一種天然氣造氣與生物質(zhì)炭聯(lián)產(chǎn)制備低碳醇醚的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710837225.6
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107487761A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊曉曉;韓多多;李瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及清潔燃料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種天然氣造氣與生物質(zhì)炭聯(lián)產(chǎn)制備低碳醇醚的方法。

背景技術(shù)

能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)化石燃料的資源枯竭和全球變暖等環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，開發(fā)利用清潔的可再生能源逐漸成為能源利用可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。生物質(zhì)資源以其可再生、產(chǎn)量豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，具有很廣闊的應(yīng)用前景。

以甲醇、二甲醚為代表的低碳醇醚不但是化工基礎(chǔ)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(chǎn)工藝因生產(chǎn)清潔、對環(huán)境影響小、輸送方便等優(yōu)勢在富產(chǎn)天然氣地區(qū)或鋪設(shè)輸送管路地區(qū)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(nèi)反應(yīng)得到合成氣，有時(shí)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(dāng)量一氧化碳、氫氣、二氧化碳、水蒸氣和未反應(yīng)的甲烷。通過吸收去除二氧化碳，再經(jīng)過組分調(diào)節(jié)手段，經(jīng)過壓縮進(jìn)入到甲醇或二甲醚反應(yīng)器中，由于生產(chǎn)合成氣的造氣過程是吸熱過程，整個(gè)過程中，原料天然氣的消耗是整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)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(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)的競爭力和抗市場波動(dòng)能力都不是很強(qiáng)，因此降低天然氣消耗，對于構(gòu)建適合我國國情的可持續(xù)發(fā)展的能源化工產(chǎn)業(yè)體系具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。

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

生物質(zhì)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(chǎn)低碳醇醚的可再生炭原料來源。目前已有生物質(zhì)炭合成低碳醇醚的報(bào)導(dǎo)，專利CN102557869A以生物質(zhì)炭為原料，通過生物質(zhì)炭水蒸氣分解反應(yīng)制備合成氣，進(jìn)而制備甲醇；“生物質(zhì)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(zhì)炭聯(lián)合制取二甲醚的方法，大大提高了二甲醚產(chǎn)率。在諸多研究中引入了催化劑進(jìn)行組分轉(zhuǎn)化，對于炭及內(nèi)部的雜質(zhì)對催化劑性能、壽命的影響，研究欠缺，因此仍有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

造氣工段中，為合成氣催化反應(yīng)管供熱的管外天然氣燃燒生成相當(dāng)比例的二氧化碳和水蒸氣，由于催化反應(yīng)管內(nèi)溫度要求，整個(gè)管外燃燒空間內(nèi)煙氣溫度很高，甚至高于1100度，目前生產(chǎn)是經(jīng)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(tǒng)的降低整個(gè)生產(chǎn)成本，因此在本發(fā)明中，通過流程下游的引風(fēng)設(shè)備將合成氣反應(yīng)管供熱的管外天然氣與助燃?xì)怏w混合燃燒后的高溫氣體通入有炭粒的炭轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)，在高溫下發(fā)生生物質(zhì)炭溶損反應(yīng)和水蒸氣分解反應(yīng)制備合成氣（H₂/CO），高溫氣體經(jīng)過熱回收利用和必要的組分調(diào)節(jié)，得到合成低碳醇醚的氣體原料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣造氣與生物質(zhì)炭聯(lián)產(chǎn)制備低碳醇醚的方法，使合成氣催化反應(yīng)管外的供熱氣體得到進(jìn)一步利用，從而降低整個(gè)生產(chǎn)成本。

為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種天然氣造氣與生物質(zhì)炭聯(lián)產(chǎn)制備低碳醇醚的方法，為天然氣轉(zhuǎn)化合成氣反應(yīng)管供熱的管外天然氣與助燃?xì)怏w混合燃燒后（下稱燃燒尾氣），在流程下游的引風(fēng)機(jī)作用下，進(jìn)入有炭粒的炭轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)行轉(zhuǎn)化生成富含一氧化碳、氫氣的氣體。

上述助燃?xì)怏w在目前工業(yè)上采用的是空氣，里面含有的大量氮?dú)獠坏珪?huì)降低對合成氣催化反應(yīng)管供應(yīng)的熱量還會(huì)稀釋本發(fā)明所述的下游炭轉(zhuǎn)化反應(yīng)器原料和產(chǎn)品，因此助燃?xì)怏w也可以采用利用變壓吸附等手段得到的富氧氣體。

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

（1）

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（3）

（4）