一种合成气定比生产系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种合成气定比生产系统，其包括：第一电解槽(1)、煤气化单元(2)、酸性气体脱除单元(3)、第二电解槽(4)、气体调节单元(5)。该系统还包括反应单元(6)，所述反应单元(6)为醇类反应单元、烃类反应单元、合成油反应单元。本实用新型专利技术省略掉传统的煤制甲醇系统中的空气分离装置和水气变换装置，利用可再生能源电解水提供绿氢、绿氧；利用可再生能源电解CO2和水提供一氧化碳、氢气和氧气，实现水气变换的效果。本实用新型专利技术无需高能耗的空气分离装置，无需高排放的水气变换装置，能够从电解水、电解CO2和水两个过程中充分利用可再生电能。和水两个过程中充分利用可再生电能。和水两个过程中充分利用可再生电能。

【技术实现步骤摘要】
一种合成气定比生产系统


[0001]本技术属于能源化工与燃料合成，具体的涉及一种合成气定比生产系统。

技术介绍

[0002]甲醇(CH3OH)是一种用途广泛的化学品，截止到2021年底，在中国产能已经接近9000万吨/年，主要原料来自于煤炭等含碳化石原料。
[0003]现有技术中传统的煤制甲醇系统(图1)，通过将煤炭、水、氧气(O2)按一定比例和状态进入气化装置，制成一氧化碳(CO)和氢气(H2)，通常称为合成气(syngas)，副产CO2，并且伴随有硫化氢(H2S)、羰基硫(COS)等含硫化合物生成。
[0004]以上现有技术方案存在的问题是：
[0005]1、氧气的来源是空气分离装置，通过动力煤供应能量并且排放一部分CO2，将空气中23％含量的氧气利用深冷或变压吸附等方法分离出，用作气化的氧化剂原料。氧气从空气分离装置出来后的压力，通常较气化装置压力高出1～2MPa，温度为40℃，纯度为99.5％，同时该步骤中会排放大量二氧化碳。
[0006]2、气化装置操作压力为6.5MPa，反应温度为1450℃。煤气化后的粗合成气产物中，CO与H2的摩尔比通常大于2，然而理想的甲醇合成原料是摩尔比为 2的CO和H2。如果CO含量高，不利于温度控制，同时会应器催化剂积聚羰基铁进而失活。因此需要调节气体组成，使CO和氢气的比例小于等于2。常规的技术手段是通过水气变换反应(CO+H2O
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>CO2+H2)，增加氢气含量、减少CO 含量，达到合适的CO:H2比例。合成气先进入中温换热器，预热至260℃后进入装有一段耐硫催化剂的变换炉中发生水气变换反应，出变换炉的变换气温度约为410～420℃，经中温换热器换热降温，压力约为6.1MPa，同时该步骤中会排放大量二氧化碳。
[0007]由于甲醇合成的过程中只需要CO和H2，并且含硫物质会导致甲醇合成催化剂中毒，因此需要通过酸性气体脱除装置，采用低温甲醇洗等技术手段将CO2、 H2S、COS脱除。其中，CO2分离后通常排放或者存储；H2S和COS分离后转化为硫磺进行回收利用。进入酸性气体脱除装置的温度为40℃，压力为5.6MPa。
[0008]煤制甲醇会排放大量二氧化碳，主要来自于空气分离装置和水气变换反应两个步骤。在碳中和的目标下，现有生产方法无法满足现代化工对于排放的要求，生产的甲醇产品碳足迹高。
[0009]与此同时，中国和全球在大力发展风能、太阳能等可再生能源，可再生能源的成本逐年降低。然而这类能源的问题在于间歇性和波动性，废弃风、光能源严重。如何利用可再生电能成为行业内的重要难题。
[0010]为了解决以上问题，提出本技术。

技术实现思路

[0011]本技术方法旨在解决煤制甲醇的碳排放问题，同时解决可再生电能的利用问题。具体的，本技术省略掉传统的煤制甲醇系统中的空气分离装置和水气变换装置，利
用可再生能源电解水提供绿氢、绿氧；利用可再生能源电解CO2和水提供一氧化碳、氢气和氧气，实现水气变换的效果。本技术无需高能耗的空气分离装置，无需高排放的水气变换装置，能够从电解水、电解CO2和水两个过程中充分利用可再生电能。
[0012]本技术提供一种合成气定比生产系统，其包括：第一电解槽1、煤气化单元2、酸性气体脱除单元3、第二电解槽4、气体调节单元5、反应单元6；
[0013]其中所述第一电解槽1、所述煤气化单元2、所述酸性气体脱除单元3和所述第二电解槽4依次连通，且所述第一电解槽1、所述酸性气体脱除单元3和所述第二电解槽4的出料口与所述气体调节单元5进料口连通；
[0014]所述第二电解槽4的出料口与所述煤气化单元2进料口连通。
[0015]优选地，所述第一电解槽1将水电解为氢气和氧气，氧气输送至煤气化单元 2，氢气输送至气体调节单元5；
[0016]所述煤气化单元2以煤炭、水和氧气为原料，生成一氧化碳、氢气、二氧化碳和废酸性气体，并输送至酸性气体脱除单元3；
[0017]所述酸性气体脱除单元3将废酸性气体脱除，并将一氧化碳和氢气输送至气体调节单元5，将二氧化碳输送至所述第二电解槽4；
[0018]所述第二电解槽4将二氧化碳和水电解为一氧化碳、氢气和氧气，并将一氧化碳和氢气输送至气体调节单元5，将氧气输送至所述煤气化单元2；
[0019]所述气体调节单元5中的一氧化碳和氢气进入反应单元6进行反应，生成醇类。
[0020]优选地，合成气定比生产系统还包括反应单元6，所述气体调节单元5出料口与所述反应单元6进料口连通；所述气体调节单元5中的一氧化碳和氢气进入反应单元6进行反应，生成产物；所述反应单元6为醇类反应单元、烃类反应单元、合成油反应单元。也就是说，本技术并不限定后续反应单元所生产的化合物，只要是原料为合成气即可。生产不同化合物时，根据具体选择合成气中一氧化碳和氢气的比例，以及对应反应单元中催化剂及操作条件即可。
[0021]使用本技术所述的系统，合成气定比生产的方法包括以下步骤：
[0022](1)在第一电解槽1中将水电解为氢气和氧气，氧气输送至煤气化单元2，氢气输送至气体调节单元5；
[0023](2)在煤气化单元2中以煤炭、水和氧气为原料，生成一氧化碳、氢气、二氧化碳和废酸性气体，并输送至酸性气体脱除单元3；
[0024](3)在酸性气体脱除单元3中将废酸性气体脱除，并将一氧化碳和氢气输送至气体调节单元5，将二氧化碳输送至所述第二电解槽4；
[0025](4)在第二电解槽4中将二氧化碳和水电解为一氧化碳、氢气和氧气，并将一氧化碳和氢气输送至气体调节单元5，将氧气输送至所述煤气化单元2，在气体调节单元5中将一氧化碳和氢气调节到合适比例。
[0026]优选地，其还包括步骤(5)，将合适比例的一氧化碳和氢气输送至反应单元6进行反应，生成产物；所述反应单元6包括以下中的一种或多种：醇类反应单元、烃类反应单元、合成油反应单元。
[0027]优选地，步骤(1)中，所述第一电解槽1质子交换膜电解槽，工作温度为 20～80℃，工作压力为1.0～1.1bar；该步骤得到的氢气进入所述气体调节单元5 前需要加压至5～
10MPa，优选8.5MPa；该步骤得到的氧气进入所述煤气化单元 2前需要加压至7.5～8.5MPa，优选8.2MPa。
[0028]第一电解槽1的设计方法(氧富余前提)：
[0029]第一电解槽一方面可以为煤气化提供氧气，一方面可以通过调节该步骤中产生氢气含量调节一氧化碳和氢气的摩尔比例。而本技术中提供一氧化碳和氢气的有第二电解槽、第一电解槽1和酸性气体脱除单元3(本质上是煤气化单元 2)三处，其中第二电解槽与煤气化单元2产生的CO含量确定后，估算合成甲醇需要的氢气量，减去粗合成气脱硫后的氢气量，即为第一电解槽1的供氢量，由此反算第一电解槽1的规模和数量，对第一电解槽1进行设计。也就是说，在第一电解槽1进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合成气定比生产系统，其特征在于，其包括：第一电解槽(1)、煤气化单元(2)、酸性气体脱除单元(3)、第二电解槽(4)、气体调节单元(5)；其中所述第一电解槽(1)、所述煤气化单元(2)、所述酸性气体脱除单元(3)和所述第二电解槽(4)依次连通，且所述第一电解槽(1)、所述酸性气体脱除单元(3)和所述第二电解槽(4)的出料口与所述气体调节单元(5)进料口连通；所述第二电解槽(4)的出料口与所述煤气化单元(2)进料口连通。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电解槽(1)将水电解为氢气和氧气，氧气输送至煤气化单元(2)，氢气输送至气体调节单元(5)；所述煤气化单元(2)以煤炭、水和氧气为原料，生成一氧化碳、...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹道帆，丁宇田，吴昌宁，刘科，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：新型
国别省市：