一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法技术

本发明专利技术公开了一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，属于清洁燃料技术领域。本发明专利技术工艺过程简单，以生物质炭为碳源，调节合成气反应管外的供热气体，使之转化生成富含一氧化碳、氢气的气体，进一步合成低碳醇醚燃料。本发明专利技术能有效地利用资源，降低生产成本。

A method for the preparation of low carbon alcohol ether by natural gas and biomass carbon

The invention discloses a method for the preparation of low carbon alcohol ether by natural gas making gas and biomass carbon, which belongs to the technical field of clean fuel. The process of the invention is simple, and biomass carbon is used as carbon source to regulate the heating gas outside the synthesis gas reaction tube, so as to transform it into a gas rich in carbon monoxide and hydrogen, and further synthesize low carbon alcohol ether fuel. The invention can effectively utilize the resources and reduce the production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法
本专利技术涉及清洁燃料
，具体是一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法。
技术介绍
能源是人类生存和社会发展的基础，随着全球经济的高速发展，传统化石燃料的资源枯竭和全球变暖等环境问题日趋严重，开发利用清洁的可再生能源逐渐成为能源利用可持续发展的重要途径。生物质资源以其可再生、产量丰富、环境友好等优点，具有很广阔的应用前景。以甲醇、二甲醚为代表的低碳醇醚不但是化工基础原料，也可用于车用燃料或燃料添加剂，目前我国合成低碳醇醚的原料仍为化石能源，主要有：煤、天然气和石脑油。以天然气原料的甲醇生产工艺因生产清洁、对环境影响小、输送方便等优势在富产天然气地区或铺设输送管路地区得到了普便采用，在该工艺中，天然气通过与水蒸气在具有催化剂的列管中，在750℃-900℃温度范围内反应得到合成气，有时为了增加体系的碳利用率，造气过程中添加一定比例二氧化碳，得到的合成气含有相当量一氧化碳、氢气、二氧化碳、水蒸气和未反应的甲烷。通过吸收去除二氧化碳，再经过组分调节手段，经过压缩进入到甲醇或二甲醚反应器中，由于生产合成气的造气过程是吸热过程，整个过程中，原料天然气的消耗是整个产品生产成本的主体。随着国外低成本页岩气的普及及低成本天然气，国内的生产企业的竞争力和抗市场波动能力都不是很强，因此降低天然气消耗，对于构建适合我国国情的可持续发展的能源化工产业体系具有重要的战略意义和现实意义。降低对化石能源的依赖，减少生产过程碳排放，引入可再生生物质资源制备低碳醇醚的研究已经引起世界范围的广泛关注。生物质中的碳可以通过热解炭化、水热炭化、酸水解再缩聚炭化等方式以炭的形式固定下来，是一种生产低碳醇醚的可再生炭原料来源。目前已有生物质炭合成低碳醇醚的报导，专利CN102557869A以生物质炭为原料，通过生物质炭水蒸气分解反应制备合成气，进而制备甲醇；“生物质炭和富二氧化碳合成气制取二甲醚”[ActaPhys.⁃Chim.Sin.2011,27(8),1926-1932]一文中介绍了一种用富二氧化碳合成气和生物质炭联合制取二甲醚的方法，大大提高了二甲醚产率。在诸多研究中引入了催化剂进行组分转化，对于炭及内部的杂质对催化剂性能、寿命的影响，研究欠缺，因此仍有待于进一步验证。造气工段中，为合成气催化反应管供热的管外天然气燃烧生成相当比例的二氧化碳和水蒸气，由于催化反应管内温度要求，整个管外燃烧空间内烟气温度很高，甚至高于1100度，目前生产是经过系列换热就去排放，如果将燃烧得到的高温碳源利用，则可以很系统的降低整个生产成本，因此在本专利技术中，通过流程下游的引风设备将合成气反应管供热的管外天然气与助燃气体混合燃烧后的高温气体通入有炭粒的炭转化反应器内，在高温下发生生物质炭溶损反应和水蒸气分解反应制备合成气（H2/CO），高温气体经过热回收利用和必要的组分调节，得到合成低碳醇醚的气体原料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，使合成气催化反应管外的供热气体得到进一步利用，从而降低整个生产成本。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，为天然气转化合成气反应管供热的管外天然气与助燃气体混合燃烧后（下称燃烧尾气），在流程下游的引风机作用下，进入有炭粒的炭转化反应器内进一步进行转化生成富含一氧化碳、氢气的气体。上述助燃气体在目前工业上采用的是空气，里面含有的大量氮气不但会降低对合成气催化反应管供应的热量还会稀释本专利技术所述的下游炭转化反应器原料和产品，因此助燃气体也可以采用利用变压吸附等手段得到的富氧气体。在炭转化反应器中，燃烧尾气中的二氧化碳、水分、一氧化碳以及未反应甲烷在高温下与炭完成还原反应及水煤气等系列反应，具体方程式如下：（1）（2）（3）（4）由于过程是气固反应，可以采用固定床或流化床类型，由于过程属于吸热反应，因此可以通过以下方法或组合进行供热：1、将燃烧尾气分成两部分，一部分气体进入炭转化反应器中进行转化得到合成气，另外一部分作为供热气体为反应器提供全部或部分热量；2、利用外来燃料进行供热，如天然气、煤炭等化石能源或生物质；3、向炭反应器内引入空气或富氧气体，通过炭、一氧化碳、氢气的氧化反应进行加热，但由于氢气爆炸极限较广，操作时要格外注意浓度控制；上述1、2条提出的热源提供的热量，可以通过在反应外壁或内部设有的烟管实现。炭可以通过固体加料装置连续加入反应器，也可以通过多台反应器的切换生产、间歇添加的模式实现添加。由于组分调节的需要，炭转化反应器内设有水蒸气、二氧化碳管路，通过增加水蒸气量，增加产品其中的氢气含量，通过加入二氧化碳增加产品中的总碳值。所述的炭粒由生物质热解得到的固体，通过进一步加工得到粒状或粉状，所提到的生物质可以为农林加工剩余物、活性污泥、或以上述原料经过压缩成型得到的物质。所述富含一氧化碳的气体可以通过进一步组分调节手段，如吸收脱除二氧化碳，吸附去除惰性气体等，得到作为低碳醇醚加工的气体原料。本专利技术提供的天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，能有效的利用供热用的管外气体，使用各种生物质炭为原料，具有资源丰富、环境友好和可再生的优势。具体实施方式为了使本说明的技术手段、技术原理、技术特征便于理解，下面结合具体实施例进一步描述本专利技术的技术方案，但不限定本专利技术保护范围，需要说明的是，反应器类型的不同、燃料尾气组成的差异、炭反应中添加不同气体实现组分的调节，不会对本专利技术实施原理有本质的影响。实施例1：某利用一步法生产低碳醚类产品工厂的造气工段，进入造气系统的工艺天然气流量为：530公斤/小时，工艺水：2440公斤/小时，二氧化碳气体1418公斤/小时，上述气体都通过预热加热到800℃，在绝压7.7bar，温度为750℃调节下，催化生产出的合成气体积含量如下，甲烷：2.26%；水：40.9%，二氧化碳14.1%；一氧化碳：9.2%；氢气：33.6%；为了给造气系统供热管外通入250-300公斤/小时的天然气为反应系统供热，助燃空气为空气，得到的燃烧尾气组成分析如下，甲烷：0.4%；水：19.3%，炭氧化物：9.01%；氮气：70.6%；及少量残氧。上述燃烧尾气组成，在768℃与炭发生转化反应，得到的合成气组成为甲烷：微量；水：9.57%，二氧化碳8.67%；一氧化碳：7.44%；氢气：8.8%；氮气：64.8%；及少量残氧。实施例2：按照实施例1所述燃烧尾气组成，按照尾气：水=13:1的质量比加入水蒸气，在768℃于炭发生转化反应，得到的合成气组成为甲烷：微量；水：17.0%，二氧化碳9.44%；一氧化碳：5.05%；氢气：9.58%；氮气：58.3%；及少量残氧。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，其特征在于：为天然气转化合成气反应管供热的管外天然气与助燃气体混合燃烧后进入有炭粒的炭转化反应器内进一步进行转化生成富含一氧化碳、氢气的气体。

【技术特征摘要】
1.一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，其特征在于：为天然气转化合成气反应管供热的管外天然气与助燃气体混合燃烧后进入有炭粒的炭转化反应器内进一步进行转化生成富含一氧化碳、氢气的气体。2.根据权利要求1所述的一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，其特征在于：所述的助燃气体是空气或富氧气体。3.根据权利要求1所述的一种天然气造气与生物质炭联产制备低碳醇醚的方法，其特征在于：所述的炭转化反应器可以是固定床或流化床。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓晓，韩多多，李瑞，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11