试论秸秆气制备合成天燃气新工艺.docVIP

　　试论秸秆气制备合成天燃气新工艺 摘要：通过秸秆气合成天然气新工艺解决了秸秆气热值低的难题。在工业规模的生产试验条件下，以镍系催化剂两段催化合成法，采用常规变压吸附方法，将秸秆气的热值由普通秸秆气的2000Kcal/Nm3提高到8000Kcal/Nm3以上。使出口气体达到城市燃气标准，可将利用秸秆气为原料催化合成、净化分离处理后的合成气并入到城市管网作为天燃气使用。该工艺还可副产大量蒸汽、热水可供生活使用。 　　关键词：秸秆气 催化合成 高热值 天燃气 　　 　　秸秆气是指将玉米芯、棉柴、玉米秸、麦秸等干秸秆粉碎后作为原料，经过气化设备(气化炉)热解、氧化和还原反应转化成可燃气体，经净化、除尘、冷却、储存加压，再通过输配系统送往用户，用作燃料或生产动力。秸秆气化集中供气工程一般以自然村为单元，供气规模从数十户至数百户不等。供气半径在1km以内。秸秆燃气已成为继天然气、管道煤气、液化气、沼气后，又一种清洁无污染的农村新能源。秸秆气化技术的推广应用对于增加农村能源供给，改变农村炊事结构，改善农村卫生条件，减轻环境污染，构建节约型社会和社会主义新农村具有重大意义。 　　由于采用不同的气化工艺、不同的原料、得到的秸秆气成份略有不同，典型秸秆气组成如下表1： 　　表1 秸秆气组成 　　因为秸秆气中的杂质是多样的、复杂的，所以也不可能使用单一的方法来净化秸秆。通常是几种净化方法组合在一起使用的。净化秸秆气的主要目的是除去灰分、炭颗粒、水分、焦油及冷却，所采用的技术也是针对这些方面。目前应用最多的、技术较成熟的秸秆气气化工艺是以空气为气化剂对秸秆进行气化。这种秸秆气最主要的特点就是含氮气与二氧化碳的比例较高，因此热值也就偏低。 　　因此，普通的秸秆气经过简单的处理（除尘、除焦、脱硫）后就直接使用，包括百姓家里饮食煮饭、直接燃烧发电、供热取暧、化学品合成等。如果把秸秆气做为燃气直接燃烧，不但热值低、用气量大、而且其组分中含有大量一氧化碳、氢气等有毒、易燃易爆危险气体，无论是储存还是使用都存在一定的安全隐患。 　　为此，四川亚连科技有限责任公司在多年从事催化剂、吸附剂、生物质沼气浓缩天然气研究[1]及工业应用的基础上，开发了以镍系催化剂两段催化合成法，采用常规变压吸附方法，将秸秆气的热值由普通秸秆气的2000Kcal/Nm3提高到8000Kcal/Nm3以上。使出口气体达到城市燃气标准，可将该利用秸秆气为原料催化合成、净化分离处理后的合成气并入到城市管网作为天燃气使用，从生产工艺路线上根本解决秸秆气热值低的问题和通过高效催化合成技术提高生产效率。 　　1 实验材料与方法 　　1.1 催化剂 催化剂是以γ-Al2O3和少量TiO2作为载体、以NiO与La2O3为助催化剂，其质量成分为：Al2O3 65~75%，TiO2 4~8%，NiO 15~25%，La2O3 1.0~5%，Cr2O3 1~5%采用如下方法制得： 　　①载体的制备：将Al2O3和TiO2按照一定的比例混合均匀，然后在1300℃条件下煅烧4~5小时，然后滚压成圆球； 　　②活性组分负载：将活性组分镍，助剂镧与铬以离子态的形式存在于硝酸溶液中，加热至60~70℃，然后将①过程的载体放入到溶液中浸渍0.5~1.5小时，使活性组分与助剂负载于载体之上，得初产品； 　　③催化剂的烧制：将②制得的初产品在110~130℃条件下干燥4-5小时，然后在600℃-650条件下煅烧4-5小时即得。 　　1.2 秸秆气制备合成天然气条件 实验在400Nm3/h的工业规模中进行，流程简要说明见图1。 　　由储气柜送过来的秸秆气经过压缩机加压后，通过预热器加热到一定温度进入催化合成器，催化合成器内装有实验催化剂，经过催化剂作用后，秸秆气中的氢气与一氧化碳转化合成为甲烷气体，温度进一步升高后输出催化合成器，经过冷凝器将气体冷凝到常温后进入气液分离器，将秸秆气中原有的水分以及催化合成过程中产生的水分在气液分离器中分离除去，气体部分进入到吸附净化器，吸附净化器的作用是分离除去转化气体中的二氧化碳气体及少量一氧化碳气体与原秸秆气中带有的少量氮气，最后得到甲烷浓度在97%以上的合成天然气。 　　1.3 试验数据记录 　　表2 压缩机前秸秆气参数 　　表3 催化合成器前的秸秆气参数 　　表4 催化合成后的秸秆气参数 　　表5 吸附净化后秸秆气参数 　　2 数据分析与讨论 　　2.1 整个催化合成过程温度的影响 首先，在触媒的作用下，发生了以下反应过程： 　　CO+3H2→CH4+H2O（汽）△H0298=+206.14KJ/mol（1） 　　CO2+4H2→CH4+2H2O（汽） △H0298=+163.08KJ/mol（2） 　　CO+H2O→CO2+H2△H0