[發明專利]高熱值合成天然氣的制備方法及其制備裝置

有效

• 申請號: 201880077509.2
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN111511882B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 金峻佑;高東準
• 申請（專利權）人: 浦項產業科學硏究院
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C10L3/10;C10K3/02
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

本發明涉及一種高熱值合成天然氣(Synthetic natural gas)的制備方法及其制備裝置，所述高熱值合成天然氣的制備方法及其制備裝置利用通過煤或生物質等的汽化而獲得、或者在石油化學產業等的副產氣體中產生的合成氣(CO和H₂的混合氣體)來制備高熱值合成天然氣。根據本發明，可以有效地制備具有10200kal/Nm³(±200kal/Nm³)熱值的合成天然氣。

技術領域

本發明涉及一種高熱值合成天然氣(Synthetic natural gas)的制備方法及制備裝置，所述高熱值合成天然氣的制備方法及制備裝置利用通過煤或生物質等的汽化而獲得、或者在石油化學產業等的副產氣體中產生的合成氣(CO和H₂的混合氣體)來制備高熱值合成天然氣。

背景技術

近期，因天然氣價格隨著油價上漲而上漲，對于廉價煤炭的能源清潔化日益受到人們的關注。隨著煤氣化技術的發展，美國、中國等國家近期正在積極推進能夠經濟高效地利用合成氣的合成天然氣生產的商業化。

用煤合成合成天然氣時，其主要成分為甲烷，該合成天然氣的熱值低于普通天然氣的熱值，約為9300kal/Nm³～9500kal/Nm³。尤其，由于在韓國用作城市燃氣的LNG的標準熱值(10200kal/Nm³)高于合成天然氣，因此為了將合成天然氣用作城市燃氣，需要混合使用高熱值的LPG等燃料氣體。通常情況下，LPG的價格與國際油價相聯動，因此價格高于天然氣或煤，所以價格競爭力不及利用煤制備的合成天然氣。

利用合成氣合成C1～C4的碳氫的反應方程式如下。

nCO+(2n+1)H₂→CnH(2n+2)+nH₂O (1)

此外，利用合成氣制備以甲烷為主要成分的合成天然氣的主要反應方程式如以下化學方程式2和化學方程式3所示。

CO+3H₂→CH₄+H₂O(反應熱：206kJ/mol) (2)

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O(反應熱：165kJ/mol) (3)

此外，在所述化學方程式2和化學方程式3中生成的水按照化學方程式4與合成氣中的一氧化碳反應而生成H₂和CO₂(水煤氣變換反應)，此時所生成的CO₂有助于所述化學方程式3的甲烷合成反應。

CO+H₂O→H₂+CO₂(反應熱：41.1kJ/mol) (4)

從熱力學角度分析，在所述甲烷合成反應中，壓力越高或反應溫度越低，甲烷的收率就會越高。但是，由于甲烷合成反應中伴隨有強烈的發熱，因此需要高效驅散和控制反應熱，以便以高收率獲得甲烷。尤其，在甲烷合成反應中，常規使用的Ni基催化劑在高于或等于700℃的溫度下其壽命可能由于燒結現象而被縮短，而且，即使采用改善的供高溫環境使用的Ni基催化劑，也難以在高于或等于800℃的溫度下使用，因而控制催化劑層的溫度至關重要。因此，在常規的商用工藝中，使用多個絕熱反應器，并且通過將從部分反應器中排出的反應后的產物再循環到反應器的前端，使得產物與反應器的流入氣體混合并供應到反應器，以降低反應器的流入氣體中的CO和H₂的濃度，以此控制反應熱。

與此相關的現有技術例如有專利文獻1，其中記載了將合成氣分配并供給到第一絕熱反應器和第二絕熱反應器，并且將從第一絕熱反應器排出的一部分產物進行再循環后重新供給到第一反應器而進行混合以控制反應熱，并且通過使用四個絕熱反應器來獲得甲烷濃度大于或等于90％的產物的技術。