【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及甲烷和甲醇的制备，具体涉及一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的系统和方法。
技术介绍
1、甲醇(ch3oh)用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料，广泛用于制造燃料、塑料、合成纤维、颜料、香料、溶剂等。传统甲醇的主要原料是煤炭、焦炉气、天然气等。目前常用的天然气制甲醇流程中，天然气中主要成分为甲烷，具体流程中，天然气通过转化工艺制备合成气，再经过脱硫脱碳，送往甲醇合成装置制备甲醇产品。传统的利用甲烷制甲醇生产路线由于其原料来自化石燃料，并非来自可再生资源，其甲醇产品也不是可再生的绿色甲醇。
2、沼气是一种可再生资源，通常是由生物质或垃圾经过厌氧发酵制得，经过脱水和脱硫净化后沼气中甲烷(ch4)体积含量50-70％，co2体积含量30-50％，因此，沼气可通过脱碳装置脱碳后用于制备绿色甲烷，甲烷可直接作为产品，其也可以进一步生产成其他化学品，如制备甲醇。
3、但沼气通过脱碳装置分离出的co2一般得不到充分利用，脱碳装置分离出大量的二氧化碳并排入大气，导致生物碳利用率不高。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中利用沼气生产生物碳利用率不高的缺陷，从而提供解决上述问题且能任意调整甲醇和甲烷生产量的一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的系统和方法。
2、一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的系统，包括：
3、脱碳装置，包括沼气入口、甲烷出口和二氧化碳出口；
4、电解水制
5、甲烷转化装置，包括与氧气出口、甲烷出口连通的转化原料输入口以及合成原料气输出口；
6、甲醇合成装置，包括与合成原料气输出口、二氧化碳出口和氢气出口连通的甲醇原料输入口以及甲醇输出口；
7、二氧化碳制甲烷装置，包括与二氧化碳出口和氢气出口连通的甲烷原料输入口以及甲烷输出口。
8、所述电解水制氢装置与可再生能源发电装置连接；采用可再生能源发电装置为电解水制氢装置提供电能时，可以利用电解水制氢装置制备出绿色氢气和绿色氧气，但可再生能源发电装置产生的电能并不稳定，进而会导致绿色氢气和绿色氧气的供给不稳定，导致影响甲醇或甲烷转化率。
9、本专利技术要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中绿氢的提供不稳定而导致甲醇或甲烷转化率降低的缺陷，从而提供解决上述问题的一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的系统和方法。
10、所述电解水制氢装置的氢气出口上还连接有储氢装置，所述甲醇合成装置的甲醇原料输入口和二氧化碳制甲烷装置的甲烷原料输入口均通过氢气压缩装置与氢气出口连通；
11、当氢气出口中输送的氢气含量过量时，通过储氢装置将过量的氢气进行存储；当氢气出口中输送的氢气含量不足时，通过储氢装置补足氢气出口中输送的氢气。
12、所述可再生能源发电装置上还连接有储能装置；
13、当可再生能源发电装置输出的电能过量时，通过储能装置将过量的电能进行存储；当可再生能源发电装置输出的电能不足时，通过储能装置补足电解水制氢装置所需电能。
14、所述合成原料气输出口上还设置有用于热量回收的余热回收装置。
15、所述脱碳装置的沼气入口与沼气生产系统连通；
16、所述沼气生产系统包括：
17、制沼气装置，用于将生物质转化为沼气，
18、沼气压缩装置，用于连通制沼气装置和沼气入口为脱碳装置提供沼气，
19、储沼气装置，连接在制沼气装置上；
20、当制沼气装置为脱碳装置提供的沼气过量时，通过储沼气装置将过量的沼气进行存储；当制沼气装置为脱碳装置提供的沼气不足时，通过储沼气装置补足脱碳装置所需的沼气。
21、一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的方法，包括：
22、将沼气通过脱碳装置脱碳后分别输出甲烷和二氧化碳；采用电解水制氢装置将水进行转化后分别获取氢气和氧气；脱碳装置分离出的甲烷作为甲烷产品输出和/或作为制备甲醇产品的原料气；脱碳装置分离出的二氧化碳作为制备甲烷产品的原料气和/或作为制备甲醇产品的原料气；
23、所述甲烷产品的合成过程为：将二氧化碳和氢气作为甲烷原料气输入到二氧化碳制甲烷装置中合成甲烷；
24、所述甲醇产品的合成过程为：将甲烷与氧气作为转化原料气通入甲烷转化装置转化成甲醇合成原料气，将甲醇合成原料气与氢气和二氧化碳混合作为甲醇原料气输入到甲醇合成装置中合成甲醇。
25、所述转化原料气进行纯氧催化部分氧化时，装填镍基催化剂，转化原料气中o2/ch4的摩尔比为0.4-0.6，并通入水蒸气，控制h20/ch4的摩尔比为0.4-0.8；所述转化原料气进行非催化部分氧化时，不装填催化剂，转化原料气中o2/ch4的摩尔比为0.6-0.8并通入水蒸气，控制h20/ch4的摩尔比为0.4-0.8；
26、和/或，所述甲醇原料气中(h2-co2)/(c0+co2)摩尔比为2.0-2.3。
27、所述甲烷原料气中h2/co2的摩尔比≥4。
28、所述二氧化碳制甲烷装置的反应温度250-500℃，反应压力0.5-2.5mpa；
29、所述甲烷转化装置中的反应为纯氧催化部分氧化时，反应温度为800-1100℃；所述甲烷转化装置中的反应为非催化部分氧化时，反应温度为1200-1400℃；
30、所述甲醇合成装置的合成的压力5-10mpa，合成温度为220-280℃。
31、所述甲醇合成原料气通过余热回收装置回收热量后再输入到甲醇合成装置中，余热回收装置副产的过热蒸汽作为其余装置及伴热用汽；
32、和/或，所述电解水制氢装置的电能来自可再生能源发电装置，所述可再生能源发电装置供给电解水制氢装置后剩余的电能，用于供给其余装置使用和/或输送到储能装置储存；
33、和/或，所述沼气采用生物质进行厌氧发酵制备得到。
34、本专利技术技术方案，具有如下优点：
35、1.本专利技术提供的一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的系统，通过沼气与电解水制氢装置制备的氢气和氧气联合可以最大化的提高沼气中生物炭(绿碳)的利用率，通过脱碳装置、甲烷转化装置、甲醇合成装置以及二氧化碳制甲烷装置相互配合，可以有效将从沼气中分离出的二氧化碳进行利用，进而生产出甲醇和/或甲烷；例如：可以将脱碳装置脱出的二氧化碳直接与绿氢结合在二氧化碳制甲烷装置中直接制备成绿色甲烷；或者，可以将绿氧与脱碳装置分离出的甲烷在甲烷转化装置中转化成合成气，再将合成气、脱碳装置分离出的二氧化碳、绿氧混合输入到甲醇合成装置中制备成甲醇。因此，本专利技术的整体系统几乎可以有效利用原料中的全部成分，基本不排放二氧化碳，沼气以及电解水制氢装置制备的氢气和氧气能充分利用，本专利技术系统具有较高的经济性和可操作性；
36、同时，本专利技术中的系统，其可以根据生产本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电解水制氢装置(2)与可再生能源发电装置(6)连接；所述电解水制氢装置(2)的氢气出口上还连接有储氢装置(7)，所述甲醇合成装置(4)的甲醇原料输入口和二氧化碳制甲烷装置(5)的甲烷原料输入口均通过氢气压缩装置(8)与氢气出口连通；
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可再生能源发电装置(6)上还连接有储能装置(9)；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述合成原料气输出口上还设置有用于热量回收的余热回收装置(10)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述脱碳装置(1)的沼气入口与沼气生产系统连通；
6.一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转化原料气进行纯氧催化部分氧化时，装填镍基催化剂，转化原料气中O2/CH4的摩尔比为0.4-0.6，并通入水蒸气，控制H20/CH4的摩尔比为
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述甲烷原料气中H2/CO2的摩尔比≥4。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳制甲烷装置(5)的反应温度250-500℃，反应压力0.5-2.5MPa；
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述甲醇合成原料气通过余热回收装置(10)回收热量后再输入到甲醇合成装置(4)中，余热回收装置(10)副产的过热蒸汽作为其余装置及伴热用汽；
...【技术特征摘要】
1.一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电解水制氢装置(2)与可再生能源发电装置(6)连接；所述电解水制氢装置(2)的氢气出口上还连接有储氢装置(7)，所述甲醇合成装置(4)的甲醇原料输入口和二氧化碳制甲烷装置(5)的甲烷原料输入口均通过氢气压缩装置(8)与氢气出口连通；
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可再生能源发电装置(6)上还连接有储能装置(9)；
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述合成原料气输出口上还设置有用于热量回收的余热回收装置(10)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述脱碳装置(1)的沼气入口与沼气生产系统连通；
6.一种沼气耦合电解水制氢联合制备甲醇和甲烷的方法，其特征在于，包括：
7...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈源，俎宇，郭利鑫，朱芙蓉，袁军，
申请(专利权)人：浙江绿色智行科创有限公司，
类型：发明
国别省市：
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