[发明专利]一种由炭质材料生产甲烷联产低碳醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炭质材料间接转化的方法，更具体的说，涉及一种炭质材料气化为合成气，合成气转化为甲烷气体并联产低碳醇的方法。

背景技术

基于能源禀赋和国家能源安全考虑，中国正积极推进“煤代石油”战略，将煤炭转化为民用燃气、交通运输燃料、基础化工原料等。其中，煤制天然气技术，是运用低阶褐煤经过气化制合成气，然后转化为甲烷，用作替代传统天然气的气体燃料的过程。

煤制天然气过程能效高、水耗低、技术相对成熟，对于开发中国西部偏远地区的煤炭、提高人民的生活水平、减少污染气体排放有重要意义。

煤制天然气工艺过程的技术经济性是影响该技术开展的重要因素。美国大平原煤制甲烷工艺以褐煤为原料，在褐煤热值为4000kcal/kg，煤价为150元/t时，加上产品输送和城市管理费，甲烷成本价格在2.50元/Nm³左右，目前，美国大平原工程主要依靠销售氨、硫磺、石脑油、焦油、酚类等副产品来降低甲烷的成本，但是并不能从根本上消除经济因素对企业运营的困扰。

此外，我国城市燃气的用气非常不均衡，北方地区冬季用气量大，非采暖季节用气少，调峰问题非常严重。目前，主要采用地下储气库、燃气调峰发电或LNG等调峰手段，此外，也可以用煤制天然气工厂进行调峰，也就是说煤制天然气工厂冬季生产天然气，其他季节可以联产一部分液体燃料、化工品等。

为解决调峰问题，中国科学院大连化学物理研究所提出了一系列用于合成气转化制取甲烷并联产低碳醇的催化剂如CN102553600A、CN102553613A等公开的催化剂，指出当将这些催化剂用于合成气生产甲烷时能够联产低碳醇，因此可以依据需要，通过调节反应条件从而获得以甲烷为主的反应产物或者以低碳醇为主的反应产物。采用这种双功能的催化剂虽然有效解决了调峰问题，但是由于合成气进行甲烷化反应之前，均需经过水气变换调节H₂/CO摩尔比，以适宜发生甲烷化反应，由此增加了能耗，同时有大量的CO₂排放，降低了碳的使用效率。此外，生成低碳醇的反应所需H₂/CO摩尔比与甲烷化反应所需H₂/CO摩尔比不同，使得多联产催化剂无法在其最优的H₂/CO摩尔比操作条件下进行，导致催化剂效率较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种能耗低、二氧化碳排放量少且操作便捷的由炭质材料生产甲烷联产低碳醇的方法。

本发明的发明人研究分析发现，以煤炭等富碳材料为原料经过气化、净化得到的净合成气中的H₂/CO摩尔比较低，在0.5-2.0之间。而净合成气制备天然气，要求净合成气的H₂/CO摩尔比在3.0-3.1之间为宜。因此，为调整净合成气的H₂/CO摩尔比以适宜于甲烷化反应制备天然气，净合成气必须经过水气变换工序进行H₂/CO摩尔比调整，而由H₂/CO摩尔比在0.5-2.0的净合成气水气变换为H₂/CO摩尔比在3.0-3.1的气体的水气变换工序的工作负荷非常大，能耗非常高，经济性很低。

而本发明的发明人研究发现，合成气制备低碳醇的尾气中的H₂/CO摩尔比一般高于原料合成气，在2.0-4.0之间。因此，本发明的发明人设想，对于炭质材料经过气化、净化生产的净合成气，在发生甲烷化反应之前若首先与将合成气转化为低碳醇的催化剂接触，不仅能够生产一部分低碳醇，丰富产品种类，实现多种煤基产品优势互补，有效提高煤制天然气项目的经济效益和整体抵抗风险的能力，并且，能够实现对净合成气H₂/CO摩尔比的调整，从而减小水气变换工序的负荷。基于上述研究发现，完成了本发明。

基于上述发现，为实现本发明的前述目的，本发明提供了一种由炭质材料生产甲烷联产低碳醇的方法，其中，该方法包括：（1）将炭质材料气化后得到的粗合成气进行净化以脱除所述粗合成气中的杂质，得到净合成气；（2）在将合成气转化为低碳醇的条件下，将至少部分所述净合成气与将合成气转化为低碳醇的催化剂接触，并将接触后得到的产物进行气液分离，得到气体产物和液体产物；（3）在甲烷化反应条件下，将甲烷化气体原料与甲烷化催化剂接触，所述甲烷化气体原料含有所述气体产物或者含有所述气体产物经水气变换后的水气变换气，所述甲烷化气体原料中的H₂/CO的摩尔比为2.8-3.5。