[发明专利]一种利用铁氧化物与天然气制备碳氢比可调的合成气的装置和方法

说明书

本发明公开了一种利用铁氧化物与天然气制备碳氢比可调的合成气的装置和方法，该装置包括重整反应器和还原反应器，还原反应器的底部通过下料管连通在重整反应器内，还原反应器的顶部设有固体进料口和还原排气口，还原反应器的底部设有锥形的气室，气室上设有燃料进气口，重整反应器的上侧设有成品排气口，重整反应器的外侧设有固体排料口，重整反应器的底部设有重整进气口；该方法通过燃料气将铁氧化物深度还原为FeO或Fe单质，再利用Fe单质的催化性能，将天然气与CO₂、水蒸气重整为合成气，调整CO₂、水蒸气、天然气比例可制备H₂/CO比可调的合成气；具有零排放和高效率的特点。

技术领域

本发明涉及新能源气体的生产技术领域，尤其涉及一种利用铁氧化物与天然气制备碳氢比可调的合成气的装置和方法。

背景技术

随着石油资源的枯竭和环境保护及调整能源结构力度的不断加大，迫切需要开发新的可再生能源。合成气是以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气；一般由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气、污泥和生物质等转化而得；合成气的来源肯多，城市垃圾、农业废弃物、食物废弃物等发酵产生的沼气中富含甲烷和CO₂，特别适合采用重整制合成气。

合成气的原料范围极广，生产方法甚多，用途不一，组成有很大差别，诸如：H₂ 32~67、CO 10~57、CO₂ 2~28、CH₄ 0.1~14、N₂ 0.6~23；制造合成气的原料含有不同的H/C摩尔比，由不同原料所制得的合成气，其组成比例也各不相同，气体内部的H₂与CO不同，因此单种类型的合成气通常不能直接满足多种不同合成产品的需要。

合成气是合成某些化工常用化合物和环境清洁燃料（如氨、甲醇、醋酸、甲酸甲酯、二甲醚、合成油等）的重要原料；采用天然气与CO₂、水蒸气重整的制合成气技术不仅可大幅度降低能耗，更能将CO₂这种温室气体加以利用，具有环境与经济的双重效益。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种利用铁氧化物中的氧传递特性和单质Fe高温区间的高催化活性和制氢能力，使用燃料气自身产生的水和CO₂作为重整过程的反应气，最终得到H₂与CO比例可调的合成气的装置和方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用铁氧化物与天然气制备碳氢比可调的合成气的装置，所述的装置包括重整反应器和还原反应器，还原反应器的底部通过下料管连通在重整反应器内，所述的还原反应器的顶部设有固体进料口和还原排气口，还原反应器的底部设有锥形的气室，气室上设有燃料进气口，所述的重整反应器的上侧设有成品排气口，重整反应器的外侧设有固体排料口，重整反应器的底部设有重整进气口。

本发明的还原反应器优选为气相逆流移动床。由于反应热力学限制，反应平衡时，铁氧化物深度还原的同时不足以将燃料完全氧化，因此选择气相逆流移动床；气相逆流移动床内包括多个反应平衡，有利于燃料完全氧化。

本发明的重整反应器优选为鼓泡流化床；鼓泡流化床中颗粒被反应气体流化，有利于实现颗粒在重整反应器与其他反应器联合流动，并降低颗粒烧结、团聚可能性。

本发明的重整反应器底部设有布风板；对于传统的鼓泡流化床，布风板是必须的装置。

本发明提供的一种制备碳氢比可调的合成气的方法，所述的方法如下：

1）燃料气从还原反应器的气室通入，铁氧化物从还原反应器的顶部流入，在还原反应器内，铁氧化物被燃料气深度还原为FeO和Fe，燃料气转化为CO₂和水蒸气。