可减少CO2排放和提高能量效率的垃圾填埋气制甲醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种可减少CO2排放和提高能量效率的垃圾填埋气制甲醇的方法。垃圾填埋气和水蒸气调至适当比例，混合后在重整反应器中制得贫氢合成气，利用可再生能源电解水制得绿色H2，调节合成气中氢碳比至最佳氢碳比[H2/(2CO+3CO2)＝0.9

【技术实现步骤摘要】
可减少CO2排放和提高能量效率的垃圾填埋气制甲醇的方法

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[0001]本专利技术涉及一种通过垃圾填埋气重整获得的合成气来合成甲醇，同时实现CO2排放最小化以及能量效率最大化的甲醇合成方法。

技术介绍
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[0002]目前全世界每年都会产生数十亿吨的城市垃圾，这些垃圾大部分都是不经过任何处理，直接填埋。中国的城市垃圾填埋量从2013年的3.65亿吨已经大幅度增长到了2019年的5.84亿吨，这便带来了与垃圾填埋气有关的各种环境问题。垃圾填埋气是填埋场中的垃圾被厌氧生物降解得到一种气体混合物。垃圾填埋气中包括温室气体CH4(50
‑
60mol％)和CO2(40
‑
50mol％)，除此之外，还有少部分的N2，O2，H2S以及挥发性有机物。如果垃圾填埋气不经过任何处理，直接排放到大气中，不仅会造成大量温室气体排放，而且CH4是易燃气体，可能会带来安全问题，因此加强对于垃圾填埋气的收集和利用是很有必要的。目前垃圾填埋气的大部分是作为燃料，用于供热或者发电，这种途径确实实现了垃圾填埋气的再次利用。但是不容忽视的是，无论是供热还是发电，都会产生大量的CO2，这不利于减缓温室效应。将垃圾填埋气中的CO2和CH4重整获得合成气，由合成气合成甲醇是一种很有前途的选择。这种方法既降低了CO2排放，同时也获得了高附加值的甲醇。
[0003]甲醇是一种重要的平台化学品，以甲醇为原料，可以生产各种高附加值化学品，比如醋酸、甲醛、低碳烯烃等。同时甲醇也可以作为燃料电池或者和汽油混合使用。目前大部分甲醇是以天然气为碳源进行生产，所以甲醇的价格受天然气价格影响较大。本专利技术提出的使用垃圾填埋气制甲醇这一工艺可以解决这一问题。不过直接使用垃圾填埋气制甲醇仍然面临着一定的挑战，垃圾填埋气经过重整得到的合成气的氢碳比往往达不到甲醇合成所需要的最佳氢碳比[H2/(2*CO+3CO2)＝0.9
‑
1.1]，因此为了调节氢碳比，本专利技术提出了一种通过补充额外的H2调节氢碳比以生产甲醇的工艺路线，其中H2通过可再生能源电解水制得。本专利技术通过对尾气循环和工艺内部能量综合利用，以实现垃圾填埋气制甲醇工艺流程的CO2排放最小化以及能量效率最大化。
[0004]在重整反应器中涉及到的反应如下：
[0005][0006][0007][0008]在甲醇反应器中涉及到的反应如下：
[0009][0010][0011]
技术实现思路
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[0012]本专利技术的目的在于提出一种垃圾填埋气制甲醇的新工艺，使得垃圾填埋气得到有效回收利用。通过对尾气循环和工艺内部能量综合利用，使得垃圾填埋气制甲醇工艺过程的能量效率以及CO2减排率得到有效提升。
[0013]为实现本专利技术的上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种垃圾填埋气制甲醇的方法，其步骤包括：
[0014]第一步：垃圾填埋气和水蒸气在装有重整催化剂的重整反应器中通过重整反应制备贫氢合成气；
[0015]第二步：通过外加氢气对进行合成气调比，然后在装有甲醇合成催化剂的甲醇反应器中，通过甲醇合成反应制备甲醇；
[0016]第三步：将甲醇与未反应的合成气分离，一部分未反应的合成气循环至甲醇反应器，另一部分未反应的合成气被作为驰放气，和外加天然气、空气混合后送至燃烧器。
[0017]优选第一步中重整反应器操作温度为700
‑
900℃；重整反应器操作压力为0.3
‑
0.7MPa；CH4/CO2/H2O的摩尔比为1:(0.5
‑
0.9):(1
‑
1.5)。
[0018]优选在第二步中外加氢气的量为调节合成气的氢碳摩尔比[H2/(2CO+3CO2)]为0.9
‑
1.1。
[0019]优选第三步中甲醇反应器的操作温度为230
‑
280℃，操作压力为4
‑
6MPa。
[0020]优选第三步中未反应气体的循环比为0.6
‑
0.95(循环比＝循环的未反应气体/总的未反应气体)。
[0021]优选第一步中高温贫氢合成气含有水蒸气，需冷凝到10
‑
20℃，在第一闪蒸罐去除水分。优选高温贫氢合成气在冷凝过程中至少经过两级换热。
[0022]优选重整反应器出口的高温贫氢合成气和重整反应器进口的混合气在第一换热器中进行换热，其中，第一换热器应位于重整反应器下游，第二加热器上游。在重整反应器得到的高温贫氢合成气和第一工艺水在第二换热器中进行换热，加热后的工艺水将送至汽包。其中，第二换热器位于第一换热器下游，第一冷却器的上游。
[0023]优选第二步中甲醇反应器的高温出口气体需要冷凝到10
‑
20℃，在第二闪蒸罐中实现未反应气体和甲醇的分离。优选甲醇反应器出口的高温气体在冷凝过程中至少经过两级换热。
[0024]优选甲醇反应器出口的高温气体和进入反应器的混合气在第三换热器中进行换热，其中，第三换热器应位于第二混合器下游，甲醇反应器上游。优选甲醇反应器出口的高温气体和工艺水在第四换热器中进行换热，加热后的工艺水将送至汽包。其中，第四换热器位于第三换热器下游，第二冷却器上游。
[0025]优选驰放气、空气和外加天然气在燃烧器中燃烧得到900
‑
1000℃的高温尾气。优选高温尾气在降温过程中至少经过三级换热。
[0026]优选高温尾气与进入重整反应器的混合气在第五换热器中进行换热。其中，第五换热器位于第一换热器下游，重整反应器上游。
[0027]优选高温尾气通过第六换热器为重整反应器提供热量。其中，第六换热器位于第五换热器下游，重整反应器上游。
[0028]优选高温尾气和空气在第七换热器中进行换热。其中第七换热器位于第六换热器
下游，空气进料气上游。
[0029]优选第二步中，甲醇反应释放的热量在第八换热器中与汽包分离得到的液态水进行换热，得到中压蒸汽。
[0030]优选第一步中作为反应原料的水蒸气，来自于汽包提供的中压蒸汽。
[0031]将垃圾填埋气送至重整反应器，同时向重整反应器中补充水蒸气，在重整反应器中，垃圾填埋气和水蒸气发生重整，获得贫氢合成气。贫氢合成气经降温冷凝以后，进行闪蒸除去水分，获得合成气。通过外加H2，调节合成气中氢碳比至甲醇合成所需要的最佳氢碳比，所得的合成气在甲醇反应器中反应生成甲醇，将未反应的气体和粗甲醇经降温冷凝以后，进行闪蒸分离，将未反应的气体一部分循环至甲醇反应器，另一部分则作为驰放气，驰放气送燃烧器。本专利技术提出了尾气循环和工艺内部能量综合利用的方案，将重整反应器出口的高温气体预热其进料气，将甲醇反应器出口的高温气体预热其进料气，利用燃烧器出口得到的高温气体二次预热重整反应器的进料气，至进料气温度达到700
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900℃。将工艺水分别与重整反应器出口的高温气体、甲醇反应器出口的高温气体以及甲醇反应器换热，最终得到中压蒸汽，中压蒸汽可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垃圾填埋气制甲醇的方法，其步骤包括：第一步：垃圾填埋气和水蒸气在装有重整催化剂的重整反应器中通过重整反应制备贫氢合成气；第二步：通过外加氢气对进行合成气调比，然后在装有甲醇合成催化剂的甲醇反应器中，通过甲醇合成反应制备甲醇；第三步：将甲醇与未反应的合成气分离，一部分未反应的合成气循环至甲醇反应器，另一部分未反应的合成气被作为驰放气，和外加天然气、空气混合后送至燃烧器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一步中重整反应器操作温度为700
‑
900℃；重整反应器操作压力为0.3
‑
0.7MPa；CH4/CO2/H2O的摩尔比为1:(0.5
‑
0.9):(1
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【专利技术属性】
技术研发人员：张春冬，高如星，张磊玉，王磊，王强，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：