一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺，包括转化工艺；所述转化工艺包括步骤S1：将低浓度瓦斯通入盛装有催化剂的床层中反应；步骤S2：所述低浓度瓦斯中的氧气与甲烷在催化剂的作用下持续反应；步骤S3：所述步骤S2持续反应获取产物一氧化碳和氢气涉及低浓度瓦斯直接转化利用技术领域。本申请所述的低浓度瓦斯直接转化利用工艺中反应物是低浓度瓦斯，利用低浓度瓦斯中固有的氧气与甲烷进行反应，在生成一氧化碳和氢气的同时将低浓度瓦斯中的氧气全部消耗。另外，本发明专利技术所用催化剂具有操作简单、成本低和反应物来源广等特点，有利于工业化大规模应用。利于工业化大规模应用。利于工业化大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺


[0001]本专利技术涉及低浓度瓦斯直接转化利用
，具体是一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺。

技术介绍

[0002]近年来，寻找洁净低碳能源，降低污染物排放，已成为全球热点问题。瓦斯是与煤伴生的非常规天然气，其主要成分是甲烷。由于我国的煤炭资源非常丰富，因此存在大量的瓦斯。虽然储量丰富，但利用率较低。目前瓦斯按照甲烷含量可分为高浓度瓦斯(甲烷含量大于30％)、低浓度瓦斯(甲烷含量5％
‑
30％)和矿井乏风(甲烷含量小于0.8％)。高浓度瓦斯可经过简单处理后并入管道加以利用，而低浓度瓦斯中由于混入了大量空气而导致品质较低，煤矿多将其排空。低浓度瓦斯的排空不仅造成了资源的浪费，而且引起了严重的环境问题。甲烷提浓可以解决低浓度瓦斯难以利用的问题，常用方法有变压吸附和水合物技术。由于高压下甲烷爆炸极限扩大，因此在氧气存在的情况下，变压吸附有爆炸危险，工业上不宜使用；水合物技术中甲烷富集速率慢，且需要多次相变，耗能较大。
[0003]现有技术中，低浓度瓦斯所利用的技术方法主要有深冷分离、变压吸附、催化燃烧除氧、水合物技术、弱氧吸附负压脱氧等。其中：
[0004]一步法直接富集甲烷通常采用变压吸附和水合物技术，由于高压下甲烷爆炸极限扩大，因此氧气存在下的变压吸附存在爆炸的危险，工业上不宜使用；
[0005]水合物技术中甲烷富集速率慢，且需要多次相变，耗能较大；
[0006]两步法一般采用催化燃烧脱氧技术，目前的主要利用方式是燃烧发电，但甲烷燃烧过程中会产生的大量二氧化塔，不符合环保要求。
[0007]如：中国专利CN111285327B公布了一种甲烷化学链部分氧化制合成气的方法，虽然能有效抑制甲烷裂解产生积碳但该催化剂制备工艺较复杂，成本较高，经济效应不足；中国专利CN110257848A公开了一种中低温氧化甲烷为氢气和一氧化碳的熔盐电化学方法，虽然提供了一条新的技术路线但经济性较差，制备方法较为复杂，稳定性也较差。
[0008]因此如果能利用低浓度瓦斯中的甲烷和氧气发生部分氧化而非燃烧，则能在完全除去氧气，保证下游操作安全的同时进一步减少温室气体排放。与此同时，甲烷部分氧化的主要产物为一氧化碳和氢气，二者是费托合成的重要原料。在这种背景条件下，开展低浓度瓦斯直接转化利用技术不仅具有较高的经济价值，而且对保障能源安全具有重要的战略意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺，针对现有技术中存在的低浓度瓦斯难以高效利用，危险性较大等不足，构建一种低浓度瓦斯直接转化工艺模型，并提供具有良好反应活性和选择性的催化剂制备方法，以解决上述
技术介绍
中的问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺，
包括转化工艺；所述转化工艺包括
[0011]步骤S1：将低浓度瓦斯通入盛装有催化剂的床层中反应；
[0012]步骤S2：所述低浓度瓦斯中的氧气与甲烷在催化剂的作用下持续反应；
[0013]步骤S3：所述步骤S2持续反应获取产物一氧化碳和氢气。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，包括制作工艺，所述制作工艺包括
[0015]步骤S4：将载体原料放入马弗炉中反应获取载体；
[0016]步骤S5：将改性活性金属加入所述载体中反应并获取金属氧化物改性的催化剂；
[0017]步骤S6：将所述金属氧化物改性的催化剂还原并获取金属改性的催化剂。
[0018]作为本专利技术再进一步的方案：一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，所述载体包括二氧化钛、二氧化铈、氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝的氧化物，所述改性活性金属包括铁、钴和镍。
[0019]作为本专利技术再进一步的方案：一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，所述步骤S4包括
[0020]步骤S41：将作为所述载体原料的二氧化钛、二氧化铈、氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝的氧化物加入马弗炉中；
[0021]步骤S42：将所述马弗炉通入空气，温度控制在450
‑
600℃；
[0022]步骤S43：所述步骤S2的条件下焙烧4
‑
8小时，获取反应所需的载体。
[0023]作为本专利技术再进一步的方案：一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，所述步骤S5包括
[0024]步骤S51：将作为所述改性活性金属的铁、钴和镍的硝酸盐溶液滴加入氧化物载体中；
[0025]步骤S52：将所述步骤S51中的物料充分搅拌以使表面完全湿润；
[0026]步骤S53：将所述步骤S52中的物料超声震动2
‑
4小时；
[0027]步骤S54：将所述步骤S53中的物料在80
‑
120℃的环境下干燥8
‑
12小时；
[0028]步骤S55：将所述步骤S54中的物料在450
‑
600℃的环境下焙烧5
‑
8小时，获取金属氧化物改性的催化剂。
[0029]作为本专利技术再进一步的方案：一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，所述步骤S6包括
[0030]步骤S61：将所述金属氧化物改性的催化剂置入管式炉中进行氢气还原；
[0031]步骤S62：所述管式炉的还原压力为0.1Mpa，还原温度为550
‑
900摄氏度，还原时间为5
‑
12小时；
[0032]步骤S63：所述步骤S62中氢气充入管式炉的气体流速为0.1
‑
100mL/min；
[0033]步骤S64：综合所述步骤S62和步骤S63的条件制备金属改性的催化剂。
[0034]作为本专利技术再进一步的方案：一种催化剂使用工艺，包括使用工艺，所述使用工艺包括步骤S7，所述步骤S7包括
[0035]步骤S71：将所述金属改性的催化剂压制成片；
[0036]步骤S72：将片状的所述金属改性的催化剂研磨并筛分至40
‑
60目；
[0037]步骤S73：取所述步骤S72中的物料0.5
‑
1g后填充到固定床反应器中；
[0038]步骤S74：所述固定床反应器的环境调节为压力0.1MPa，温度650
‑
900℃。
[0039]作为本专利技术再进一步的方案：一种催化剂使用工艺，所述固定床反应器采用单床层填充方式，并在所述固定床反应器的反应管中部恒温段装填催化剂，其余部分均用磁环填充。
[0040]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0041]本申请所述的低浓度瓦斯直接转化利用工艺中反应物是低浓度瓦斯，利用低浓度瓦斯中固有的氧气与甲烷进行反应，在生成一氧化碳和氢气的同时将低浓度瓦斯中的氧气全部消耗。另外，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺，包括转化工艺；其特征在于：所述转化工艺包括步骤S1：将低浓度瓦斯通入盛装有催化剂的床层中反应；步骤S2：所述低浓度瓦斯中的氧气与甲烷在催化剂的作用下持续反应；步骤S3：所述步骤S2持续反应获取产物一氧化碳和氢气。2.一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，其权利要求引用自权利要求1中，包括制作工艺，其特征在于，所述制作工艺包括步骤S4：将载体原料放入马弗炉中反应获取载体；步骤S5：将改性活性金属加入所述载体中反应并获取金属氧化物改性的催化剂；步骤S6：将所述金属氧化物改性的催化剂还原并获取金属改性的催化剂。3.根据权利要求2所述的一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，其特征在于，所述载体包括二氧化钛、二氧化铈、氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝的氧化物，所述改性活性金属包括铁、钴和镍。4.根据权利要求2所述的一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，其特征在于，所述步骤S4包括步骤S41：将作为所述载体原料的二氧化钛、二氧化铈、氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝的氧化物加入马弗炉中；步骤S42：将所述马弗炉通入空气，温度控制在450
‑
600℃；步骤S43：所述步骤S2的条件下焙烧4
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8小时，获取反应所需的载体。5.根据权利要求2所述的一种低浓度瓦斯直接转化利用工艺用催化剂制作工艺，其特征在于，所述步骤S5包括步骤S51：将作为所述改性活性金属的铁、钴和镍的硝酸盐溶液滴加入氧化物载体中；步骤S52：将所述步骤S51中的物料充分搅拌以使表面完全湿润；步骤S53：将所述步骤S52中的物料超声震动2
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4小时；步骤S54：将所述步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩易，艾泽，梁浩，
申请(专利权)人：上海正厚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：