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一种绿色甲醇生产系统及方法技术方案

技术编号：37642303 阅读：12 留言：0更新日期：2023-05-25 10:09
本发明专利技术公开了一种绿色甲醇生产系统及方法，其中绿色甲醇生产系统，其包括制氢单元、甲醇合成单元和催化剂再生单元，所述制氢单元用于获得氢气和氧气；所述甲醇合成单元的具有第一氢气入口、二氧化碳入口、催化剂入口和催化剂出口，所述第一氢气入口连通所述制氢单元的氢气出口；所述催化剂再生单元具有第二氢气入口、再生催化剂入口、再生催化剂出口和第二氢气出口，所述第二氢气入口连通所述制氢单元的氢气出口，所述再生催化剂入口连通所述催化剂出口，所述再生催化剂出口连通所述催化剂入口。本发明专利技术所述绿色甲醇生产系统，可降低绿色甲醇生产过程中的能耗，提高绿色甲醇的经济性，解决甲醇生产与波动性可再生能源的匹配性问题。问题。问题。

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【技术实现步骤摘要】
一种绿色甲醇生产系统及方法


[0001]本专利技术属于有机物合成
，尤其是一种绿色甲醇生产系统及方法。

技术介绍

[0002]氢能被认为是未来能够与电并行的二次能源。然而，氢能的存储和运输目前仍然面临着耗能大、成本高、危险性高的问题。
[0003]针对氢能存储和运输的问题，将氢转化为甲醇，然后进行运输和利用是一种具有前景的解决方案。甲醇是一种成熟的工业产品，可直接应用在燃料电池中，也可作为其他有机产品的转化前体，能够作为一种储氢载体，间接实现氢能的时空配置，从而满足新型能源系统灵活性的要求。并且以二氧化碳和氢气为原料的甲醇生产还能够实现碳的捕集和利用，是一种具有碳减排效益的技术手段。
[0004]然而，目前以绿氢为原料的绿色甲醇的生产仍然处于前期阶段，受限于利用绿氢进行甲醇生产的经济性，甲醇合成过程的高温高压条件也限制了甲醇的灵活生产和与波动性可再生能源的匹配。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提出一种绿色甲醇生产系统，可降低绿色甲醇生产过程中的能耗，提高绿色甲醇的经济性，解决甲醇生产与波动性可再生能源的匹配性问题。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提出一种绿色甲醇生产方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种绿色甲醇生产系统，包括：
[0008]制氢单元，所述制氢单元用于获得氢气和氧气；
[0009]甲醇合成单元，所述甲醇合成单元的具有第一氢气入口、二氧化碳入口、催化剂入口和催化剂出口，所述第一氢气入口连通所述制氢单元的氢气出口；
[0010]催化剂再生单元，所述催化剂再生单元具有第二氢气入口、再生催化剂入口、再生催化剂出口和第二氢气出口，所述第二氢气入口连通所述制氢单元的氢气出口，所述再生催化剂入口连通所述催化剂出口，所述再生催化剂出口连通所述催化剂入口，所述第二氢气出口连通所述第一氢气入口。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述的绿色甲醇生产系统，还包括锅炉；所述锅炉的燃料入口连通所述制氢单元的氧气出口，所述锅炉的蒸汽出口连通所述甲醇合成单元的第一蒸汽入口和所述催化剂再生单元的第二蒸汽入口。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述制氢单元采用电解水制氢系统或光解水制氢系统。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述电解水制氢系统电连接可再生能源发电系统。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述电解水制氢系统为碱性电解水制氢系统、质子交换膜电解水制氢系统、碱性离子膜电解水制氢系统或高温固体氧化物电解水制氢系统中的
一种或几种。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂为二氧化碳加氢制甲醇催化剂。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂为在碳基或金属氧化物基载体表面分散的金属。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂为Cu/ZnO/Al2O3、Cu/CeO2、Cu/ZnO/SiO2中的一种。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述甲醇合成单元和所述催化剂再生单元均为气固反应设备；所述气固反应设备包括反应器；所述反应器为固定床反应器、流化床反应器或间歇式全混釜反应器。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述甲醇合成单元中的反应器具有所述第一氢气入口、所述二氧化碳入口、所述催化剂入口和所述催化剂出口；所述催化剂再生单元中的反应器具有所述第二氢气入口、所述再生催化剂入口、所述再生催化剂出口和所述第二氢气出口。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂出口位于所述甲醇合成单元中的反应器的上端，所述再生催化剂入口位于所述催化剂再生单元中的反应器的下端。
[0021]为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种绿色甲醇生产方法，应用于本专利技术实施例的绿色甲醇生产系统，包括
[0022]制氢单元产生的氢气一部分作为原料气进入甲醇合成单元与二氧化碳在催化剂的作用下反应生成甲醇，另一部分进入催化剂再生单元参与来自甲醇合成单元的失活催化剂的再生；
[0023]催化剂再生单元流出的氢气及获得的再生催化剂重新进入甲醇合成单元，参与甲醇合成反应。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述的绿色甲醇生产方法，还包括：制氢单元产生的氧气进入锅炉助燃产生蒸气，蒸气作为换热介质辅助产生甲醇合成和催化剂再生所需的温度。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，所述甲醇合成单元和所述催化剂再生单元的反应温度均为200
‑
400℃。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，所述甲醇合成单元的反应压力为1
‑
7MPa，所述催化剂再生单元的反应压力为0.1
‑
10MPa。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，所述甲醇合成单元的催化剂载量按下式计算：
[0028]m1＝SQ
1，H2
/nR
com
[0029]式中：
[0030]m1——甲醇合成单元的催化剂载量，kg；
[0031]Q
1，H2
——制氢单元的氢气产量，mol/h；
[0032]S——目标甲醇合成转化率，％；
[0033]n——进入甲醇合成单元的所有氢气与二氧化碳的流量比；
[0034]R
com
——甲醇合成单元的反应速率，mol/kg/h。
[0035]在本专利技术的一些实施例中，所述目标甲醇合成转化率按下式计算：
[0036]S＝[N(in)
‑
N(out)]/N(in)
[0037]式中：
[0038]N(in)——进入甲醇合成单元的二氧化碳摩尔流量，mol/h；
[0039]N(out)——流出甲醇合成单元的二氧化碳摩尔流量，mol/h；
[0040]在本专利技术的一些实施例中，所述甲醇合成单元的反应速率为单位时间内每千克催化剂颗粒表面产生的甲醇的摩尔数。
[0041]在本专利技术的一些实施例中，进入甲醇合成单元的氢气与二氧化碳的流量比为3
‑
10，优选3
‑
4；
[0042]在本专利技术的一些实施例中，所述目标甲醇合成转化率为10
‑
30％。
[0043]在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂再生单元的催化剂载量按下式计算：
[0044]m2＝m1*Q
1,H2
/Q
3,H2
*R
d
/R
g
[0045]式中：
[0046]m2——催化剂再生单元的催化剂载量，kg；
[0047]m1——甲醇合成单元的催化剂载量，kg；
[0048]Q
1,H2
——制氢单元的氢气产量，mol/h
[0049]Q
3,H2
——进入催化剂再生单元的氢气流量，mol/h；
[0050]R
d...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色甲醇生产系统，其特征在于，包括：制氢单元，所述制氢单元用于获得氢气和氧气；甲醇合成单元，所述甲醇合成单元的具有第一氢气入口、二氧化碳入口、催化剂入口和催化剂出口，所述第一氢气入口连通所述制氢单元的氢气出口；催化剂再生单元，所述催化剂再生单元具有第二氢气入口、再生催化剂入口、再生催化剂出口和第二氢气出口，所述第二氢气入口连通所述制氢单元的氢气出口，所述再生催化剂入口连通所述催化剂出口，所述再生催化剂出口连通所述催化剂入口，所述第二氢气出口连通所述第一氢气入口。2.根据权利要求1所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，还包括锅炉；所述锅炉的燃料入口连通所述制氢单元的氧气出口，所述锅炉的蒸汽出口连通所述甲醇合成单元的第一蒸汽入口和所述催化剂再生单元的第二蒸汽入口。3.根据权利要求1或2所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述制氢单元采用电解水制氢系统或光解水制氢系统。4.根据权利要求1或2所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述电解水制氢系统电连接可再生能源发电系统；所述电解水制氢系统为碱性电解水制氢系统、质子交换膜电解水制氢系统、碱性离子膜电解水制氢系统或高温固体氧化物电解水制氢系统中的一种或几种。5.根据权利要求1或2所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述催化剂为二氧化碳加氢制甲醇催化剂。6.根据权利要求5所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述催化剂为在碳基或金属氧化物基载体表面分散的金属。7.根据权利要求5所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述催化剂为Cu/ZnO/Al2O3、Cu/CeO2、Cu/ZnO/SiO2中的一种。8.根据权利要求1或2所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述甲醇合成单元和所述催化剂再生单元均为气固反应设备；所述气固反应设备包括反应器；所述反应器为固定床反应器、流化床反应器或间歇式全混釜反应器。9.根据权利要求8所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述甲醇合成单元中的反应器具有所述第一氢气入口、所述二氧化碳入口、所述催化剂入口和所述催化剂出口；所述催化剂再生单元中的反应器具有所述第二氢气入口、所述再生催化剂入口、所述再生催化剂出口和所述第二氢气出口。10.根据权利要求9所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，所述催化剂出口位于所述甲醇合成单元中的反应器的上端，所述再生催化剂入口位于所述催化剂再生单元中的反应器的下端。11.一种绿色甲醇生产方法，应用于如权利要求1至10任意一项所述的绿色甲醇生产系统，其特征在于，包括制氢单元产生的氢气一部分作为原料气进入甲醇合成单元与二氧化碳在催化剂的作用下反应生成甲醇，另一部分进入催化剂再生单元参与来自甲醇合成单元的失活催化剂的再生；催化剂再生单元流出的氢气及获得的再生催化剂重新进入甲醇合成单元，参与甲醇合
成反应。12.根据权利要求11所述的绿色甲醇生产方法，其特征在于，还包括：制氢单元产生的氧气进入锅炉助燃产生蒸汽，蒸汽作为换热介质辅助产生甲醇合成和催化剂再生所需的温度。13.根据权利要求11或12所述的绿色甲醇生产方法，其特征在于，所述制氢单元的额定产氢量与所述甲醇合成单元在设计工况下的氢气消耗量相等。14.根据权利要求11或12所述的绿色甲醇生产方法，其特征在于，所述甲醇合成单元和所述催化剂再生单元的反应温度均为200
‑
400℃；所述甲醇合成单元的反应压力为1
‑
7MPa，所述催化剂再生单元的反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张畅，王金意，郭海礁，潘龙，徐显明，
申请(专利权)人：四川华能氢能科技有限公司华能集团技术创新中心有限公司四川华能太平驿水电有限责任公司四川华能宝兴河水电有限责任公司四川华能嘉陵江水电有限责任公司四川华能东西关水电股份有限公司四川华能康定水电有限责任公司四川华能涪江水电有限责任公司华能明台电力有限责任公司，
类型：发明
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