一种利用含二氧化碳的非常规甲烷气与水制合成气的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用含二氧化碳的非常规甲烷气与水制合成气的方法。该方法包括以下步骤：将催化剂装填于反应器；将含CO2的非常规甲烷气和水输入反应器与催化剂接触转化为CO和H2的合成气；其中，所述催化剂为双功能催化剂，能够同时催化甲烷蒸汽转化与CO2干重整反应。本发明专利技术开发了一种双功能催化剂，含CO2的非常规甲烷气加水后，进入双功能催化剂床层，在较低温度主要发生甲烷蒸汽转化反应，在高温区甲烷蒸汽转化与CO2干重整反应同时转化，对于非常规天然气就可以把CO2与甲烷转化为CO+H2合成气。本发明专利技术得到的合成气可用于还原铁的生产，也可通过CO交换反应和变压吸附分离出H2。。。

【技术实现步骤摘要】
一种利用含二氧化碳的非常规甲烷气与水制合成气的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用含二氧化碳的非常规甲烷气与水制合成气的方法，属于非常规天然气应用


技术介绍

[0002]人类活动导致CO2大量排放，致使全球气候变暖，极端天气频发，回收利用CO2具有重要意义。
[0003]很多CO2非常规气田所产天然气中含有不同浓度的CO2，有的高达90％以上，这些非常规含CO2气井开采成本越来越具有挑战性。不分离CO2直接利用具有良好的市场机遇，例如采用CO2和CH4生产合成气继而生产甲醇等。
[0004]人们生产的生活垃圾等各种垃圾越来越多，利用人们生活垃圾如污泥、厨余和餐厨及农林废弃物包括秸秆、树叶及畜禽粪便，经厌氧发酵生产沼气，沼气中约55％为甲烷，45％为CO2，也是一种非常规天然气。利用沼气经转化制氢用于城市公共交通及物流具有很好的环境效益及经济效益。因为沼气制氢不仅具有原位优势，即人多的地方必定垃圾多，需求的公共交通及物流也多，而且沼气制H2为绿氢，是可再生氢，与现有加油加气站耦合，形成低碳能源供应站，所供的氢成本低，目前已达12元/kgH2，具有好的经济效益。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种以含二氧化碳的非常规甲烷气为原料制合成气的方法，通过采用具有双功能的催化剂，来制备CO和H2的合成气。
[0006]为达到上述目的，本专利技术还提供了一种利用含二氧化碳的非常规甲烷气与水制合成气的方法，其包括以下步骤：
[0007]将催化剂装填于反应器；
[0008]将含CO2的非常规甲烷气和水输入反应器与催化剂接触转化为CO和H2的合成气；
[0009]其中，所述催化剂为双功能催化剂，能够同时催化甲烷蒸汽转化与CO2干重整反应。
[0010]在上述方法中，优选地，所述反应器为变温床反应器，并且，所述变温床反应器的入口温度为400
‑
750℃，出口温度为700
‑
950℃，压力为常压
‑
1.0MPa，空速为500
‑
4000h
‑1，水碳比为0.5
‑
3:1。
[0011]在上述方法中，优选地，所述反应器为等温床反应器，并且，所述等温床反应器的温度控制为700℃
‑
900℃，压力为常压
‑
1.0MPa，空速为500
‑
4000h
‑1，水碳比为0.5
‑
3:1。
[0012]在上述方法中，优选地，所述催化剂为添加碱金属或/和碱土金属的镍催化剂。其中，作为助剂的碱金属包括K等，碱土金属包括Ca、Mg等。其中，活性组分、助剂均是以氧化物的形式存在于催化剂之中。
[0013]在上述方法中，优选地，在所述催化剂中，碱金属或/和碱土金属的添加量为0.01
‑
10％，镍的含量为1
‑
20％，余量为载体氧化铝。
[0014]在上述方法中，优选地，采用感应线圈为变温床反应器供能，所述感应线圈缠绕在反应管的外部，并且，所述反应管从入口到出口的不同位置所缠绕的感应线圈的匝数不同，以控制不同位置处的温度。
[0015]在上述方法中，优选地，采用感应线圈为等温床反应器供能，所述感应线圈均匀地缠绕在反应管外部。
[0016]根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术采用的等温床反应器和变温床反应器均可以为管式，催化剂装填于反应管内，感应线圈均匀缠绕在反应管的外壁上，在感应线圈通电之后，反应管与感应线圈之间产生电磁感应，反应管生热，从而实现对于反应管内部的原料的加热。其中，反应管与感应线圈之间可以以保温材料(例如水泥、防火材料等)填充。
[0017]根据本专利技术的具体实施方案，采用感应线圈为等温床反应器供能时，所述感应线圈均匀地缠绕在反应管外部。常规的CO2甲烷化装置、CH4蒸汽转化装置是通过燃油、燃气的燃烧提供热量，通过燃烧室内的烧嘴进行燃烧供热，然后通过与反应管换热实现对于反应管的加热，进而加热反应管中的原料，然而由于燃烧室内不同区域的温度不均匀，导致这种换热往往都不均匀，热量会在局部区域集中，无法实现催化剂各部分的温度均能够均匀控制，转化反应也不均匀。而本专利技术通过感应线圈对反应管进行加热，加热效率高，而且感应线圈在反应管均匀分布，能够使反应管均匀地产生电磁感应，能够真正实现等温反应。
[0018]根据本专利技术的具体实施方案，采用感应线圈为变温床反应器供能时，所述感应线圈缠绕在反应管的外部，并且，所述反应管从入口到出口的不同位置所缠绕的感应线圈的匝数不同，以控制不同位置处的温度，入口处的温度较低，感应线圈的匝数可以少一些，随着由入口向出口的逐渐过渡，温度逐渐升高，感应线圈的匝数也逐渐增加。由于常规装置存在的问题，虽然能够使反应管的不同位置具有不同的温度，但是由于燃烧是不可控的，因此，无法真正实现对于反应管的不同位置的温度控制，无法控制变温床反应器的变温程度。而本专利技术通过控制感应线圈在反应管外部缠绕的方式就可以控制电磁感应加热的程度，由此可以相对准确地控制反应管内部不同位置处的催化剂的温度，实现对于变温程度的控制。而且，本专利技术的技术方案可以同时采用多根反应管，并且对于不同的反应管可以实现不同的温度控制，进而控制不同反应管内部的反应过程以及反应结果，这是现有的加热设备所无法实现的。
[0019]在上述方法中，优选地，输入所述感应线圈的电流的频率为中频或高频，其中，所述高频为5
‑
20KHz，优选为8
‑
16KHz，更优选为10
‑
15KHz，进一步优选为12
‑
14KHz，具体可以为8KHz、8.5KHz、9KHz、9.5KHz、10KHz、10.5KHz、11KHz、11.5KHz、12KHz、12.5KHz、13KHz、13.5KHz、14KHz、14.5KHz、15KHz、15.5KHz、16KHz，也可以是上述范围的端点以及所列举的具体频率值相互组合得到的范围，例如5
‑
16KHz、5
‑
15KHz、5
‑
10KHz、8
‑
20KHz、8
‑
15KHz、8
‑
10KHz、10
‑
20KHz、10
‑
16KHz、10
‑
12KHz、9
‑
20KHz、9
‑
15KHz、12
‑
15KHz、12
‑
14KHz、12
‑
20KHz；所述中频为50
‑
3000Hz，优选300
‑
2000Hz，更优选为600
‑
1500Hz，具体可以为300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz、1000Hz、1100Hz、120本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用含二氧化碳的非常规甲烷气与水制合成气的方法，其包括以下步骤：将催化剂装填于反应器；将含CO2的非常规甲烷气和水输入反应器与催化剂接触转化为CO和H2的合成气；其中，所述催化剂为双功能催化剂，能够同时催化甲烷蒸汽转化与CO2干重整反应。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应器为变温床反应器，并且，所述变温床反应器的入口温度为400
‑
750℃，出口温度为700
‑
950℃，压力为常压
‑
1.0MPa，空速为500
‑
4000h
‑1，水碳比为0.5
‑
3:1。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应器为等温床反应器，并且，所述等温床反应器的温度控制为700℃
‑
900℃，压力为常压
‑
1.0MPa，空速为500
‑
4000h
‑1，水碳比为0.5
‑
3:1。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化剂为添加碱金属或/和碱土金属的镍催化剂；优选地，所述碱金属包括K，所述碱土金属包括Mg和/或Ca。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述催化剂中，碱金属或/和碱土金属的添加量为0.01
‑
10％，镍的含量为1
‑
20％，余量为载体氧化铝。...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红军，吴全贵，徐春明，
申请(专利权)人：北京碳零氢电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：