合成氣的制備方法及其制備系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種合成氣的制備方法及其制備系統(tǒng)，特別涉及一種關(guān)于使用金屬氧 化物的還原態(tài)制備合成氣的方法及其制備系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成氣（synthesis gas、syngas),-般是指一氧化碳與氫氣的混合氣體。在各種 化工工藝中，合成氣均扮演了重要的角色。
[0003] 舉例來說，一氧化碳與氫氣可以用來合成甲醇，反應(yīng)如下：
[0004] C0+2H2 - CH3OH
[0005] 甲醇除了是常見的溶劑以外，還可應(yīng)用于抗凍劑、燃料等領(lǐng)域中。隨著直接甲醇燃 料電池 （Direct methanol fuel cells, DMFC)的發(fā)展，甲醇的來源已成為重要的課題。 [0006] 再者，一氧化碳與氫氣還可以通過費(fèi)托合成（Fischer Tropsch process)來制備 發(fā)電機(jī)、引擎等裝置所使用的燃料。又或者，一氧化碳與氫氣可藉由氫甲?；院铣啥∪?、 丁醇、辛酸…等。
[0007] 如上所述，一氧化碳與氫氣的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，因而如何制備合成氣已成為各 界關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0008] 目前常見的方法是通過高溫、高壓氣化煤炭，藉以制備合成氣。然而，若是使用空 氣氣化煤炭，由于空氣中含有大量氮?dú)?，?huì)于工藝中吸收熱能，造成大量能量損耗。另一方 面，若使用純氧來氣化煤炭，則需要額外的空氣分離系統(tǒng)。這除了增加工藝整體的復(fù)雜性， 還提高了合成氣的生產(chǎn)成本。再者，高溫、高壓的工藝的反應(yīng)條件并不容易控制。綜上所述， 合成氣的工藝尚有需要改善的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一合成氣的制備方法及其制備系統(tǒng)，藉以改善合成氣的工 藝。
[0010] 本發(fā)明一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備方法，包含以下步驟。將一燃料與一含鐵 氧化物反應(yīng)，得到一金屬鐵。將金屬鐵還原一合成氣前驅(qū)物，得到一合成氣。
[0011] 本發(fā)明一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備系統(tǒng)，包含一鐵氧化物還原單元以及一金 屬鐵氧化單元。鐵氧化物還原單元包含一第一反應(yīng)器。第一反應(yīng)器具有一第一進(jìn)料口、一 第一進(jìn)樣口、一第一出料口以及一第一出樣口。第一進(jìn)料口用以接收一含鐵氧化物。第一 進(jìn)樣口用以接收一燃料。第一出料口用以輸出一金屬鐵。金屬鐵氧化單元包含一第二反應(yīng) 器。第二反應(yīng)器具有一第二進(jìn)料口、一第二進(jìn)樣口、一第二出料口以及一第二出樣口。第二 進(jìn)料口串接于第一出料口。第二進(jìn)料口用以接收第一出料口所輸出的金屬鐵。第二進(jìn)樣口 用以接收一合成氣前驅(qū)物。第二出樣口用以輸出一合成氣。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所揭露的合成氣的制備方法及其制備系統(tǒng)，由于是將含鐵氧化 物與燃料反應(yīng)形成金屬鐵，再通過金屬鐵還原合成氣前驅(qū)物而制備合成氣。因此，在制備合 成氣的過程中，并不會(huì)因?yàn)榧訜峥諝庵械牡獨(dú)舛速M(fèi)熱能，也不需要額外的空氣分離系統(tǒng) 來分離氧氣，工藝也較為簡(jiǎn)化。
[0013] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0014] 圖IA為本發(fā)明一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備方法的流程圖；
[0015] 圖IB為本發(fā)明另一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備方法的流程圖；
[0016] 圖2A為本發(fā)明一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備系統(tǒng)的示意圖；
[0017] 圖2B為本發(fā)明另一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備系統(tǒng)的示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備系統(tǒng)的示意圖；
[0019] 圖4A為本發(fā)明實(shí)施例一的時(shí)間與氣體濃度的關(guān)系圖；
[0020] 圖4B為本發(fā)明實(shí)施例二的時(shí)間與氣體濃度的關(guān)系圖。
[0021] 其中，附圖標(biāo)記
[0022] 10、10a、IOb合成氣的制備系統(tǒng)
[0023] 11 鐵氧化物還原單元
[0024] 110第一反應(yīng)器
[0025] 111 第一進(jìn)料口
[0026] 112 第一進(jìn)樣口
[0027] 113 第一出料口
[0028] 114 第一出樣口
[0029] 12 金屬鐵氧化單元
[0030] 120第二反應(yīng)器
[0031] 121 第二進(jìn)料口
[0032] 122 第二進(jìn)樣口
[0033] 123 第二出料口
[0034] 124 第二出樣口
[0035] 13 第一運(yùn)送裝置
[0036] 14 第一連通裝置
[0037] 15 第二連通裝置
[0038] 16 鐵氧化物再生單元
[0039] 160第三反應(yīng)器
[0040] 比1第三進(jìn)料口
[0041] 162第三進(jìn)樣口
[0042] 163第三出料口
[0043] 164第三出樣口
[0044] 165分離裝置
[0045] 17 第二運(yùn)送裝置
[0046] 18 第三運(yùn)送裝置
【具體實(shí)施方式】
[0047] 以下在實(shí)施方式中詳細(xì)敘述本發(fā)明的詳細(xì)特征以及優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)容足以使任何熟習(xí) 相關(guān)技術(shù)者了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，且根據(jù)本說明書所揭露的內(nèi)容、權(quán)利要求 范圍及附圖，任何熟習(xí)相關(guān)技術(shù)者可輕易地理解本發(fā)明相關(guān)的目的及優(yōu)點(diǎn)。以下的實(shí)施例 是進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的觀點(diǎn)，但非以任何觀點(diǎn)限制本發(fā)明的范疇。
[0048] 請(qǐng)參閱圖1A，圖IA為本發(fā)明一實(shí)施例所揭露的合成氣的制備方法的流程圖。
[0049] 首先，提供一燃料（S101)。燃料例如為液化石油氣、碳?xì)浠衔?、化石燃料、生質(zhì)固 體燃料、塑膠廢棄物或揮發(fā)性有機(jī)氣體等。燃料可以是氣體燃料、液體燃料或者固體燃料。 亦即，燃料的種類并非用以限定本發(fā)明。
[0050] 接著，提供一含鐵氧化物（S102 )。含鐵氧化物例如為氧化鐵（Fe2O3)、四氧化三鐵 (Fe30 4)、氧化亞鐵（FeO)或氧化鐵、四氧化三鐵、氧化亞鐵的組合，但并不以此為限。在本實(shí) 施例中，含鐵氧化物是擔(dān)載于一氧化鋁（Al 2O3)上。
[0051] 然后，將燃料與含鐵氧化物反應(yīng)，得到一金屬鐵（S103)。詳細(xì)來說，是將反應(yīng)溫度 提升至600°C至1300°C之間，使燃料與含鐵氧化物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。在部分實(shí)施例中，反 應(yīng)溫度介于800°C至900°C之間。藉此，以將含鐵氧化物還原成金屬鐵。另一方面，燃料則 被氧化成二氧化碳及水。在燃料被氧化的過程中，氧的來源是來自于含鐵氧化物。
[0052] 最后，將金屬鐵還原一合成氣前驅(qū)物，得到一合成氣（S104)。合成氣前驅(qū)物例如 為二氧化碳及水。詳細(xì)來說，是將反應(yīng)溫度提升至600°C至1300°C之間，使合成氣前驅(qū)物與 金屬鐵進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。在本發(fā)明部分實(shí)施例中，反應(yīng)溫度是介于900°C至IKKTC之間。 藉此，以將合成氣前驅(qū)物還原成合成氣。亦即，將二氧化碳還原成一二氧化碳，而將水還原 成氫氣。另一方面，金屬鐵則被氧化。在本實(shí)施例中，金屬鐵是被氧化成氧化亞鐵，但不限 于此。在其他實(shí)施例中，可以通過調(diào)整步驟（S102)的含鐵氧化物所具有的孔洞的大小，以 選擇金