一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统技术方案

本技术涉及一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，属于能源低碳利用技术领域。所述系统包括第一混合器、重整反应器、热交换器、汽水分离器、第二混合器、电解水制氢装置、费托合成反应器、液体燃料收集器、三相分离器及燃烧炉。本技术提供的系统通过管道将第一混合器的进气口与所述燃烧炉的尾气出口连接，将第一混合器的进气口连接沼气供应管道，通过管道将燃烧炉所排尾气和沼气输入第一混合器中混合，无需预先对沼气进行甲烷和二氧化碳的分离，以便甲烷与充足的二氧化碳进行甲烷二氧化碳重整反应；本技术通过电解水制氢装置向费托合成反应器及时补充氢气参与费托合成反应，有利于提高反应中一氧化碳的转化率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及能源低碳利用，尤其涉及一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统。

技术介绍

1、沼气作为一种可再生的生物质能源，与传统化石能源相比，其在利用过程中可显著降低碳排放，沼气的主要成分是50～70％的甲烷和30～40％的二氧化碳，此外，还含有少量的硫化氢和氢气。传统的沼气利用方式主要包括燃烧供热发电、净化分离后注入天然气管网、压缩液化用于交通运输，上述沼气利用方式的价值都相对较低，且其中的二氧化碳作为杂质气体都将排入大气，带来较强的温室效应。

2、甲烷二氧化碳重整反应可产生的合成气，其主要组分是氢气和一氧化碳，是降低沼气利用过程中温室气体排放的重要途径。现有专利提出制备液体燃料的系统以沼气为单一原料，沼气进入重整反应器后，沼气中甲烷与二氧化碳在催化剂的催化下发生重整反应生成合成气，主要包含以下反应：ch4+co2＝2co+2h2；由于沼气中甲烷与二氧化碳的摩尔比远大于1，与重整反应中甲烷与二氧化碳之间化学计量数之比相差较大，导致甲烷的转化率较低，部分未反应的甲烷需与合成气进行分离，重新返回重整反应器循环，增加了系统运行成本和操作难度；合成气进入费托合成反应器后，由于合成气中氢气的量相对不足，一氧化碳的转化率较低，未反应的一氧化碳需从产物中分离出后，循环通入费托合成反应器，将导致费托反应物中的氢碳比进一步下降，严重影响费托合成的产物分布。

3、因此，十分有必要设计出一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，既能补充二氧化碳参与甲烷二氧化碳重整反应，又能及时补充氢气参与费托合成反应。

技术实现思路

1、本技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，该系统通过管道将燃烧炉所排尾气和沼气输入第一混合器中混合，以便甲烷与充足的二氧化碳进行甲烷二氧化碳重整反应，又能通过电解水制氢装置向费托合成反应器及时补充氢气参与费托合成反应。

2、为实现上述目的，本技术采取的技术方案为：

3、一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，包括第一混合器、重整反应器、热交换器、汽水分离器、第二混合器、电解水制氢装置、费托合成反应器、液体燃料收集器、三相分离器及燃烧炉；所述第一混合器的进气口与所述燃烧炉的尾气出口通过管道连接，所述第一混合器的进气口还连接有沼气供应管道；所述热交换器配备有通过混合气的第一流动通路和通过合成气的第二流动通路；所述第一混合器的出气口与所述第一流动通路的入口通过管道连接，所述第一流动通路的出口与所述重整反应器的进气口通过管道连接，所述重整反应器的出气口与所述第二流动通路的入口连接，所述第二流动通路的出口与所述汽水分离器的进气口通过管道连接，所述汽水分离器的出气口与所述第二混合器的进气口通过管道连接，所述第二混合器的出气口与所述费托合成反应器的进气口通过管道连接，所述电解水制氢装置的氢气出口与所述第二混合器的进气口通过管道连接，所述费托合成反应器的液体燃料出口与所述液体燃料收集器的燃料进口通过管道连接，所述费托合成反应器的气相出口与所述三相分离器的进口通过管道连接，所述三相分离器的气相出口与所述燃烧炉的进口通过管道连接。

4、本技术的系统通过管道将第一混合器的进气口与所述燃烧炉的尾气出口连接，将第一混合器的进气口连接有沼气供应管道，通过管道将燃烧炉所排尾气和沼气输入第一混合器中混合，既无需预先对沼气进行甲烷和二氧化碳的分离，又无需通过碳捕集获取尾气中的二氧化碳，可灵活调整重整反应器内反应物的比例，提高沼气中甲烷的转化率，降低反应过程中积碳的产生，又避免尾气直接排放而带来温室效应，且经济效益高；

5、本技术通过电解水制氢装置向费托合成反应器及时补充氢气参与费托合成反应，有利于提高反应中一氧化碳的转化率。

6、作为本技术的优选实施方式，所述电解水制氢装置的氧气出口与所述燃烧炉的氧气进口通过管道连接。

7、作为本技术的优选实施方式，所述电解水制氢装置由风电发电机组或光伏电源供电。

8、本技术利用可再生能源进行水电解产生氧气和氢气，氧气用于尾气燃烧的助燃剂，并将燃烧产物用作合成气的原料，实现了氧气的有效利用，有利于提高系统运行的经济效益。

9、作为本技术的优选实施方式，所述三相分离器的液体燃料出口与所述液体燃料收集器的燃料进口通过管道连接。

10、作为本技术的优选实施方式，所述重整反应器为固定床反应器，内配备有传热管，所述燃烧炉的供热口与所述传热管的入口通过管道连接。

11、作为本技术的优选实施方式，在各管道上设置有流量计和控制阀。

12、与现有技术相比，本技术的有益效果在于：

13、本技术的系统通过管道将第一混合器的进气口与所述燃烧炉的尾气出口连接，将第一混合器的进气口连接有沼气供应管道，通过管道将燃烧炉所排尾气和沼气输入第一混合器中混合，既无需预先对沼气进行甲烷和二氧化碳的分离，又无需通过碳捕集获取尾气中的二氧化碳，又方便灵活调整重整反应器内反应物的比例，提高沼气中甲烷的转化率，降低反应过程中积碳的产生，又避免尾气直接排放而带来温室效应，且经济效益高；

14、本技术可通过电解水制氢装置向费托合成反应器及时补充氢气参与费托合成反应，有利于提高反应中一氧化碳的转化率。

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【技术保护点】

1.一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，其特征在于，包括第一混合器、重整反应器、热交换器、汽水分离器、第二混合器、电解水制氢装置、费托合成反应器、液体燃料收集器、三相分离器及燃烧炉；所述第一混合器的进气口与所述燃烧炉的尾气出口通过管道连接，所述第一混合器的进气口还连接有沼气供应管道；所述热交换器配备有通过混合气的第一流动通路和通过合成气的第二流动通路；所述第一混合器的出气口与所述第一流动通路的入口通过管道连接，所述第一流动通路的出口与所述重整反应器的进气口通过管道连接，所述重整反应器的出气口与所述第二流动通路的入口连接，所述第二流动通路的出口与所述汽水分离器的进气口通过管道连接，所述汽水分离器的出气口与所述第二混合器的进气口通过管道连接，所述第二混合器的出气口与所述费托合成反应器的进气口通过管道连接，所述电解水制氢装置的氢气出口与所述第二混合器的进气口通过管道连接，所述费托合成反应器的液体燃料出口与所述液体燃料收集器的燃料进口通过管道连接，所述费托合成反应器的气相出口与所述三相分离器的进口通过管道连接，所述三相分离器的气相出口与所述燃烧炉的进口通过管道连接。

2.如权利要求1所述沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，其特征在于，所述电解水制氢装置的氧气出口与所述燃烧炉的氧气进口通过管道连接。

3.如权利要求1所述沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，其特征在于，所述电解水制氢装置由风电发电机组或光伏电源供电。

4.如权利要求1所述沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，其特征在于，所述三相分离器的液体燃料出口与所述液体燃料收集器的燃料进口通过管道连接。

5.如权利要求1所述沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，其特征在于，所述重整反应器为固定床反应器，固定床反应器内配备有传热管，所述燃烧炉的供热口与所述传热管的入口通过管道连接。

6.如权利要求1所述沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，其特征在于，在各管道上设置有流量计和控制阀。

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【技术特征摘要】

1.一种沼气与绿氢互补制液体燃料的系统，其特征在于，包括第一混合器、重整反应器、热交换器、汽水分离器、第二混合器、电解水制氢装置、费托合成反应器、液体燃料收集器、三相分离器及燃烧炉；所述第一混合器的进气口与所述燃烧炉的尾气出口通过管道连接，所述第一混合器的进气口还连接有沼气供应管道；所述热交换器配备有通过混合气的第一流动通路和通过合成气的第二流动通路；所述第一混合器的出气口与所述第一流动通路的入口通过管道连接，所述第一流动通路的出口与所述重整反应器的进气口通过管道连接，所述重整反应器的出气口与所述第二流动通路的入口连接，所述第二流动通路的出口与所述汽水分离器的进气口通过管道连接，所述汽水分离器的出气口与所述第二混合器的进气口通过管道连接，所述第二混合器的出气口与所述费托合成反应器的进气口通过管道连接，所述电解水制氢装置的氢气出口与所述第二混合器的进气口通过管道连接，所述费托合成反应器的液体燃料出口与所述液体燃料收集器的燃料进口通过管...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少杰，张小霓，冉真真，许旭斌，孙明坤，冯斌，杨硕，
申请(专利权)人：润电能源科学技术有限公司，
类型：新型
国别省市：