【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源与化工的交叉领域，涉及直接空气碳捕集与二氧化碳加氢制备绿色甲醇以及能量的梯级利用，具体为一种耦合直接空气碳捕集与利用的绿色甲醇制备系统及方法。
技术介绍
1、过去，人们的各类生产活动很大程度依赖于化石燃料的使用，这导致了大量温室气体的排放，世界正经历着以全球变暖、极端天气气候事件趋多为特征的气候变化。据ipcc第六次评估报告报道，自第一次工业革命以来，全球累积二氧化碳排放量已达到24000亿吨。为实现2℃目标，当前全球co2可排放预算仅仅剩余不到12000亿吨。
2、气候变化是全人类的共同挑战，为实现碳中和目标，二氧化碳捕集利用与封存技术(ccus)得到了大力支持。
3、其中，直接空气碳捕集(dac)，以其灵活性高，易于广泛布置得到较多的关注。且直接空气碳捕集技术相较于传统火电厂和工业碳捕集装置来说，受nox、sox等气体杂质的影响较小。除此以外，直接空气碳捕集技术还可以与其他较低品味的热源集成，如太阳能、地热能等，实现能量的梯级利用。
4、目前，ccus技术中的二氧化碳资源化、高值化利用正在受到广泛的关注，其中二氧化碳合成甲醇最受瞩目。据国际可再生能源署(irena)分类，以ccus技术捕集的co2同绿氢一同为原料所生产的甲醇属于“可再生甲醇”，也称为绿色甲醇，是全球公认的低碳原料及低碳燃料。
5、现阶段，国内外均已开展了众多二氧化碳加氢制甲醇项目，冰岛国际碳循环公司(cri)首次将该项技术应用于商业生产。利用emissions-to-liquids(etl)技
6、因此，进一步优化二氧化碳加氢制甲醇技术，提高该技术的经济性，使其大规模工业化应用，对工业和交通运输行业的脱碳具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于耦合直接空气碳捕集系统、绿氢制备系统与绿色甲醇制备系统，提供一种能量梯级利用的系统，该系统可使整体的能量利用较分开的孤立系统更高效，投资运行成本更小。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种耦合直接空气碳捕集与利用的绿色甲醇制备系统，包括直接空气碳捕集单元、电解水单元、绿色甲醇制备单元以及能量梯级利用控制单元；
3、所述直接空气碳捕集单元主要包括依次连接的空气接触器、颗粒反应器、煅烧反应器和冷凝器，所述冷凝器的气相出口连接至混合压缩机，所述燃烧反应器液相出口连接至石灰消化器，所述冷凝器液相出口连接至石灰消化器，所述石灰消化器的出口连接至所述颗粒反应器；
4、所述电解水单元主要设备有碱性电解槽，所述碱性电解槽的气相出口分流成两路分别连接至所述燃烧反应器和混合压缩机；
5、所述能量梯级利用控制单元主要有循环压缩机，三通控制阀；
6、所述绿色甲醇制备单元的主要包括依次连接的混合压缩机、换热器和甲醇反应器；所述甲醇反应器通过换热器换热后连接至闪蒸器，所述闪蒸器依次连接一级蒸馏塔和二级蒸馏塔；所述闪蒸器气相出口通过循环压缩机和三通控制阀后分流成两路分别连接至所述燃烧反应器和所述混合压缩机。
7、本专利技术的第二个技术方案是采用上述耦合直接空气碳捕集与利用的绿色甲醇制备系统的方法，包括以下步骤：
8、空气通入直接空气碳捕集单元，由直接空气碳捕集单元的空气接触器对空气中的二氧化碳进行吸收，所使用的是强碱性溶液；此时吸收二氧化碳的强碱性溶液，称为富液，经过颗粒反应器进行进一步的反应，所吸收的二氧化碳以碳酸根离子形式与钙离子结合形成碳酸钙；碳酸钙再被运送至煅烧反应器，煅烧反应器中的燃料来源取自电解水单元和能量梯级利用控制单元，在此二氧化碳被解吸出来；随后以原料形式进入绿色甲醇制备单元；
9、将水通入电解水单元，电解水单元所使用的是碱性电解槽工艺，所利用的电能来自取光伏发电、风电等可再生能源，部分氢气与二氧化碳混合进入绿色甲醇制备单元，其余的氢气与氧气进入直接空气碳捕集单元的煅烧反应器作为燃料燃烧提供能量；
10、通过直接空气碳捕集单元提供的二氧化碳与电解水单元提供的氢气，在混合压缩机的混合下，进入甲醇反应器制备绿色甲醇,绿色甲醇制备反应条件为温度200～350℃，压力1.5～5mpa；
11、甲醇反应器出口的气体经过闪蒸器进行气液分离，所得的液相为粗甲醇，需要经过两级蒸馏塔的蒸馏提纯，得到绿色精甲醇；气相为未完全反应的原料气，再回到混合压缩机前与原料气一同进入混合压缩机，回收部分原料气继续进行绿色甲醇的制备；
12、通过直接空气碳捕集收集二氧化碳作为甲醇制备的原料之一；通过可再生能源电解水获得氢气作为另外一种原料；将上述两种原料以h2/co2＝1-5的摩尔比混合后，通过直接催化转化，直接制备生成绿色甲醇。
13、进一步，二氧化碳原料来源于直接空气碳捕集技术，以koh和ca(oh)2为核心构建的k-ca循环吸收工艺。
14、进一步，氢气原料来源于以可再生能源作为电能，电解水所得，电解所得的多余氢气与氧气，将一同汇入直接空气碳捕集单元，作为燃料为直接空气碳捕集技术中的解吸过程提供热量。
15、进一步，所述直接催化转化制备甲醇单元，其所使用的原料分别为绿氢和可再生二氧化碳，所生产的甲醇为irena所定义的绿色甲醇。
16、进一步，绿色甲醇反应器出口的气体经过闪蒸器气液分离后，得到粗甲醇和未完全反应气，粗甲醇经过两级蒸馏塔的蒸馏后得到质量浓度为99％的精甲醇。
17、进一步，绿色甲醇制备，所使用的催化剂为cu/zno/al2o3催化剂。
18、进一步，所述h2/co2的摩尔比为3。
19、与现有技术相比，本专利技术的积极效果体现在：
20、本专利技术直接空气碳捕集单元为绿色甲醇制备单元提供原料co2；电解水单元为直接空气碳捕集单元提供部分燃料及氧气，为绿色甲醇制备单元提供原料h2；绿色甲醇制备单元利用直接空气碳捕集单元及电解水单元所提供的原料进行粗甲醇的合成及精甲醇的提纯制备，粗甲醇经过两级蒸馏塔的蒸馏后得到质量浓度为99％的精甲醇。过程中的原料气部分用于再循环以提高产品产率，部分原料气为直接空气碳捕集单元提供燃料。
21、耦合直接空气碳捕集系统、电解水系统与绿色甲醇制备系统，实现热量的梯级利用，不需要外部多余热量的投入即可实现能量的自给自足。同时部分原料气循环生产，提高了原料的利用率。
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1.一种耦合直接空气碳捕集与利用的绿色甲醇制备系统，其特征在于，包括直接空气碳捕集单元、电解水单元、绿色甲醇制备单元以及能量梯级利用控制单元；
2.采用权利要求1所述的系统的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，二氧化碳原料来源于直接空气碳捕集技术，以KOH和Ca(OH)2为核心构建的K-Ca循环吸收工艺。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氢气原料来源于以可再生能源作为电能，电解水所得，电解所得的多余氢气与氧气，将一同汇入直接空气碳捕集单元，作为燃料为直接空气碳捕集技术中的解吸过程提供热量。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述直接催化转化制备甲醇单元，其所使用的原料分别为绿氢和可再生二氧化碳，所生产的甲醇为IRENA所定义的绿色甲醇。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，绿色甲醇反应器出口的气体经过闪蒸器气液分离后，得到粗甲醇和未完全反应气，粗甲醇经过两级蒸馏塔的蒸馏后得到质量浓度为99％的精甲醇。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述H2/CO2的摩尔比为3。
...【技术特征摘要】
1.一种耦合直接空气碳捕集与利用的绿色甲醇制备系统，其特征在于，包括直接空气碳捕集单元、电解水单元、绿色甲醇制备单元以及能量梯级利用控制单元；
2.采用权利要求1所述的系统的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，二氧化碳原料来源于直接空气碳捕集技术，以koh和ca(oh)2为核心构建的k-ca循环吸收工艺。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氢气原料来源于以可再生能源作为电能，电解水所得，电解所得的多余氢气与氧气，将一同汇入直接空气碳捕集单元，作为燃料为直接空气碳捕集技术中的解吸过...
【专利技术属性】
技术研发人员：王珺瑶，陈润楷，何松，李双俊，田志鹏，雷励斌，刘建平，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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