[发明专利]合成天然气的产生系统和有关方法

说明书

                     发明的背景

1.发明领域

本发明涉及生产合成天然气的方法和设备，更确切地说，是涉及使用合成气生产合成天然气的方法和设备。

2.有关技术的描述

人们对使用合成气来生产合成天然气的方法已经进行了广泛的研究和开发。

美国专利4011058公开了一种由煤炭汽化生产合成天然气的方法。在空气和二氧化碳的存在下将碳质物质如煤炭气化生成含有一氧化硫，二氧化碳和氮气的工艺物流。采用这样的气化方法，需要使用复杂的步骤和使用各种各样的吸收剂体系来生产合成气，这样将使得生产合成气的成本提高。另一个缺点是生产合成气的设备尺寸变大和制造费用非常高。

美国专利4160649公开了一种由煤油沸程烃生产合成天然气的多步骤水蒸气转化方法。该方法需要在不同反应条件下的许多复杂步骤，这就要求对这些不同的反应条件要熟练地操作和控制。这使得生产合成天然气的费用提高。

美国专利4209305还公开了一种由矿物燃料如原油组成的原料生产合成天然气的方法。该方法具有在美国专利4160649中遇到的相同问题，此外，因为粗气体是硫污染的，因此，必须要设有复杂的脱硫步骤，这样就使得纯化产品气体的费用大大提高。

美国专利4239499公开了由甲醇和水蒸汽生产合成天然气的单步骤催化方法。使用甲醇和水蒸汽作为原料大大地增加了原料的费用，从而难以减少合成天然气的生产费用。

                      发明的概述

所以，本发明的目的是提供一种非常低成本的由固体碳物质和进料水高质量地生产合成天然气的方法和设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种生产合成天然气的方法，该方法包括步骤：准备一个热等离子体反应器，该反应器具有热反应室和位于该反应室中的电弧放电电极；将固体碳物质放入反应室，并在固体碳物质中形成许许多多细小的电弧通道；给电弧极分别供电以在细小的电弧通道中产生电弧放电等离子体；将水蒸汽通过细小的电弧通道产生电弧放电等离子体，以使水蒸汽与固体碳物质反应生成含有H₂和CO的合成气；将合成气通入甲烷化反应器的甲烷化催化剂中以合成合成天然气。

根据本发明的另一个方面，提供了一种生产合成天然气的方法，该方法包括步骤：准备一个热等离子体反应器，该反应器具有热反应室和位于该反应室中的电弧放电电极；将固体碳物质放入反应室，并在固体碳物质中形成许许多多细小的电弧通道；给电弧电极分别供电以在细小的电弧通道中产生电弧放电等离子体；将由水蒸汽组成的等离子气体通过细小的电弧通道产生电弧放电等离子体，以使水蒸汽与固体碳物质反应生成含有H₂和CO的合成气；测定H₂和CO的浓度以产生H₂和CO的检测信号；由H₂和CO检测信号计算H₂/CO比以生产电弧电流控制信号；为了控制其电弧放电电流，根据电弧电流控制信号调节供给电弧电极的电能，以控制电弧放电等离子体的温度，从而调节H₂/CO比在一给定值；将合成气通入甲烷化反应器的甲烷化催化剂中以合成合成天然气。

根据本发明的另一个方面，提供了一种合成天然气的生产设备，该设备包括：具有固体碳供给口、进料水供给口，具有合成气出口的绝缘套管，在绝缘套管中形成的电弧等离子体室，位于电弧等离子体室中的电弧放电电极，和在电弧等离子体室中装有的固体碳物质形成的许多的细小的电弧通道的电弧等离子体反应器；将进料水供给进料水供给口以使进料水变为水蒸汽的进料水供给泵；将电能供给电弧电极的电弧电源，使电弧放电等离子体在细小的电弧通道中产生，从而使水蒸汽与固体碳物质反应产生含有H₂和CO的合成气；和具有将合成气转化为合成天然气的甲烷化催化剂的甲烷化反应器。

              附图简要说明

通过参考下列对优选实施方案和附图的描述可以更好地理解本发明、及其目的和优点，其中：

图1是进行本发明方法的本发明优选实施方案的合成天然气生产系统的示意图；

图2是作为图1所示的合成气生产系统一部分的电弧等离子体反应器的横剖面视图；

图3是图1所示的控制器的方框图；和

图4是说明图1所示的合成天然气生产系统的操作的基本顺序流程图。

                  优选实施方案的详述