一种二氧化碳加氢制甲醇系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种二氧化碳加氢制甲醇系统，包括甲醇反应器、膜分离器、降温换热器一、气液分离器和进料管，所述进料管用于向甲醇反应器的进料口输入二氧化碳和氢气的混合气体，所述甲醇反应器的产物出口通过管路连接到所述膜分离器的入口，所述膜分离器用于将甲醇从混合产物中分离出来，所述膜分离器的第一出口向外输出分离得到的甲醇，所述分离器的第二出口经所述降温换热器一连接到气液分离器，所述降温换热器一用于将所述混合物中的水冷却为液态，所述气液分离器的液体出口向外排出水，所述气液分离器的气体出口通过原料回收管连接到所述进料管。本实用新型专利技术不需要对输出的物质进行加热，因此大大降低了能耗，并能保证对甲醇的分离效果。对甲醇的分离效果。对甲醇的分离效果。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳加氢制甲醇系统


[0001]本技术属于二氧化碳资源化利用
，具体涉及一种二氧化碳加氢制甲醇系统。

技术介绍

[0002]二氧化碳的资源化利用方法之一是将二氧化碳加氢，在催化剂作用下反应制备甲醇，在实现减排二氧化碳的同时，将二氧化碳资源化，转变为甲醇后既能作为化工原料也能作为化学能源使用。目前的二氧化碳加氢制甲醇工艺，将二氧化碳和氢气输送到甲醇反应器中，在高温高压条件下合成甲醇和水，但由于单程转化率较小，原料尤其是氢气在反应后还有不少残留，因此反应器出口的气体成分由氢气、二氧化碳、甲醇（气态）、水（气态）等组成。为了获得纯度较高的反应产物，并对残留原料进行回收利用，上述混合气体会再经换热器冷却，通过气液分离，将产物（甲醇和水）与原料气（氢气和二氧化碳）进行分离。分离得到的原料气被循环利用，而含水的粗甲醇产物则进入精馏系统提纯。
[0003]目前上述技术存在以下问题。
[0004]1.二氧化碳的单程转化率通常小于30%，因此需要将产物与未反应完全的原料气进行分离。通常采用冷却后气液分离器的方法。该法将产物冷却，但后续精馏与需要加热，因此需要配置多个换热器。反复升降温也导致了较多的能量损耗。
[0005]2.相较已经工业化的一氧化碳加氢制甲醇，二氧化碳加氢制甲醇会产生大量的水，导致后续精馏提纯的能耗大大增加。

技术实现思路

[0006]本技术提供了一种二氧化碳加氢制甲醇系统，用于解决现有技术中反应器得到的混合产物在分离提纯及回收残留原料的过程中由于需要反复升降温，因此导致较多的能源消耗，以及反应产物中含水量较多，加热提纯能耗较大的技术问题。
[0007]所述的一种二氧化碳加氢制甲醇系统，包括甲醇反应器、膜分离器、降温换热器一、气液分离器和进料管，所述进料管用于向所述甲醇反应器的进料口输入二氧化碳和氢气的混合气体，所述甲醇反应器的产物出口通过管路连接到所述膜分离器的入口，所述膜分离器用于将甲醇从混合产物中分离出来，所述膜分离器的第一出口向外输出分离得到的甲醇，所述分离器的第二出口经所述降温换热器一连接到气液分离器，所述降温换热器一用于将所述混合物中的水冷却为液态，所述气液分离器的液体出口向外排出水，所述气液分离器的气体出口通过原料回收管连接到所述进料管。
[0008]优选的，所述膜分离器中设有气体分离膜，是气体分离膜依据物质的动力学直径不同对气体的混合产物进行分离。
[0009]优选的，所述二氧化碳加氢制甲醇系统还包括连接二氧化碳气源的第一进气管和连接氢气气源的第二进气管，所述第一进气管和第二进气管分别经过对应的压缩机并联到所述进料管。
[0010]优选的，所述进料管的支路到所述进料管的出口间设有检测支路，所述检测支路连接到气体检测仪器，所述气体检测仪器用于检测原料气中二氧化碳与氢气的占比。
[0011]优选的，所述第一出口还可以依次连接干燥装置和冷却装置，所述冷却装置用于将分离的甲醇气体液化。
[0012]优选的，所述甲醇反应器的产物出口经降温换热器二连接到所述膜分离器。
[0013]本技术具有以下优点：本专利技术能调节原料气中二氧化碳和氢气占比，从而保证二氧化碳在反应中较高的转化率。而甲醇反应器输出的物质在气体膜分离、换热冷却以及气液分离等步骤都不需要再次对反应或分离输出的物质进行加热，因此大大降低了能耗，膜反应器能保证对甲醇的分离效果，分离结构和原料回收管的连接结构则实现分离后残余原料的回收。
附图说明
[0014]图1为本技术一种二氧化碳加氢制甲醇系统的结构示意图。
[0015]附图中的标记为：1、压缩机，2、进料管，3、甲醇反应器，4、膜分离器，5、原料回收管，6、降温换热器二，7、气液分离器，8、气体检测仪器，9、第一进气管，10、第二进气管,11、降温换热器一。
具体实施方式
[0016]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本技术具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0017]如图1所示，本技术提供了一种二氧化碳加氢制甲醇系统，包括甲醇反应器3、膜分离器4、降温换热器一11、气液分离器7和进料管2，所述进料管2用于向所述甲醇反应器3的进料口输入二氧化碳和氢气的混合气体，所述甲醇反应器3用于实现二氧化碳加氢气制成甲醇和水的反应，所述甲醇反应器3的产物出口通过管路连接到所述膜分离器4的入口，所述膜分离器4用于将甲醇从混合产物中分离出来，所述膜分离器4的第一出口向外输出分离得到的甲醇，所述分离器的第二出口经所述降温换热器一11连接到气液分离器7，所述降温换热器一11用于冷却膜分离器4分离出的混合物，所述混合物中的水被降温换热器一11冷却为液态，所述气液分离器7将冷却后的所述混合物进行气液分离，所述气液分离器7的液体出口向外排出水，所述气液分离器7的气体出口通过原料回收管5连接到所述进料管2。
[0018]所述膜分离器4中设有气体分离膜，是气体分离膜依据物质的动力学直径不同对气体的混合产物进行分离。该分离方法无需反复加热冷却产物，分离效果可靠，能有效避免甲醇泄漏或混杂在安全物质中被回收或泄漏。如此能避免甲醇这种有毒物质对周围环境和操作人员的危害，同时还具有分离效率高，无需加热的优点。具体来说，气体分离膜采用有机高分子膜，主要的成分为聚酰亚胺、聚砜、纤维素、聚苯胺、含硅聚合物等有机高分子物质中的一种。
[0019]所述甲醇反应器3的产物出口经降温换热器二6连接到所述膜分离器4。由于膜分离器4中的气体分离膜耐热性较差，经过反应得到的气体产物温度过高，需要经过降温换热器二6冷却到较低温度，才适合输入膜分离器4进行分离。同时应控制气体分离膜两侧压差
不超过1MPa，保证膜分离器4的正常使用。
[0020]所述二氧化碳加氢制甲醇系统还包括连接二氧化碳气源的第一进气管9和连接氢气气源的第二进气管10，所述第一进气管9和第二进气管10分别经过对应的压缩机1并联到所述进料管2，所述进料管2包括有连接所述原料回收管5的回收支路。通过该结构，本系统将加压后的二氧化碳和氢气混合送入甲醇反应器3，满足甲醇反应器3所需的压力，并实现对产物中残留原料的回收。
[0021]所述进料管2的支路到所述进料管2的出口间设有检测支路，所述检测支路连接到气体检测仪器8，所述气体检测仪器8用于检测原料气中二氧化碳与氢气的占比。甲醇反应器3中在高温高压条件下，经催化剂催化，二氧化碳加氢反应生成甲醇和水，反应式为：CO2+ 3H2→
CH3OH+ H2O。传统的二氧化碳与氢气摩尔比为1:3，但这样输入甲醇反应器3中得到的二氧化碳转化率仅为37%，其中甲醇选择性为72%（即有37%的二氧化碳发生反应，反应的部分有72%变成了甲醇）。当氢气分压进一步增加到二氧化碳与氢气摩尔比为1∶10时，观察到二氧化碳转化率和甲醇选择性这两个数值都急剧上升，在这个比率下二氧化碳转化率很高，达到95%。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳加氢制甲醇系统，其特征在于：包括甲醇反应器(3)、膜分离器(4)、降温换热器一(11)、气液分离器(7)和进料管(2)，所述进料管(2)用于向所述甲醇反应器(3)的进料口输入二氧化碳和氢气的混合气体，所述甲醇反应器(3)的产物出口通过管路连接到所述膜分离器(4)的入口，所述膜分离器(4)用于将甲醇从混合产物中分离出来，所述膜分离器(4)的第一出口向外输出分离得到的甲醇，所述分离器的第二出口经所述降温换热器一(11)连接到气液分离器(7)，所述降温换热器一(11)用于将膜分离器(4)分离出的混合物中的水冷却为液态，所述气液分离器(7)的液体出口向外排出水，所述气液分离器(7)的气体出口通过原料回收管(5)连接到所述进料管(2)。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳加氢制甲醇系统，其特征在于：所述膜分离器(4)中设有气体分离膜，是气体分离膜依据物质的动力学直径不同对气体的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤驰洲，徐晓亮，晋川川，
申请(专利权)人：三碳安徽科技研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：