【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及甲醇制备，特别涉及一种灵活储碳的甲醇制备系统及甲醇的制备方法。
技术介绍
1、甲醇作为燃料具有燃烧高效、排放清洁、可再生等特点。同时，甲醇在常温常压下为液态，储存、运输、使用等环节更安全便捷，成为业界公认的理想新型清洁可再生燃料。
2、甲醇相比传统汽油燃料，能直接减少二氧化碳排放，并有效降低氮氧化物及颗粒物等污染物，同时，甲醇具有辛烷值高、抗爆性强、资源丰富、碳氢与氧分布均匀、可使发动机工作更加平稳、可提高能源转换效率等特点与功能，在汽车、船舶、航空等领域有着明显优势。甲醇相比新能源氢燃料能源，其具有便于储存、性价比高、储运用便捷、安全性高、可即产即用等特点，利于大规模推广。
3、生物质甲醇则是以农林废弃物为原料，经高温热解、气化等热转化，将生物质原料转化为以co、co2、h2为主的合成气，再由co、co2、h2经甲醇合成塔合成甲醇。生物质原料经热解、气化反应转化产生的合成气组分中作为甲醇合成氢源h2与作为碳源的co、co2的摩尔比仅为0.4～1.0，距离合成甲醇所需的理论最小氢碳比2.2～2.3仍有较大的差距，为解决此问题，通常的做法是通过co与h2o蒸汽的水煤气变换反应，置换出h2o蒸汽中的氢，再将多余的co2作为驰放气放空排掉，这样就大幅降低生物质碳源的利用效率。
4、现阶段的电制甲醇技术路线，以co2和氢作为甲醇合成原料，但由于电制氢成本、co2的稳定来源及碳捕集成本问题，导致该技术路线的经济性较差。最理想的路线就是将生物质气化路线和电制氢路线进行耦合，可同时解决甲醇合成
5、然而，通过对比h2的临界参数-239.9℃、1.29mpa与co2的临界参数31.1℃、7.31mpa可知，co2要比h2更容易实现液化，以常温水作为冷媒，即可实现co2的液化，气存储要求、安全苛刻度也远低于液氢。因此，本专利技术将提供一种通过灵活捕集、液化、储存co2协同储氢合成甲醇的系统及方法，来解决目前常规通过高昂的储电、储氢方式实现生物质耦合风电、光伏电解水制氢合成甲醇工业化应用过程中可再生电力“削峰填谷”所带来的整体能效水平低、成本过度高昂、投资强度极高的瓶颈问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种成本较低的灵活储碳的甲醇制备系统及甲醇的制备方法，以解决现有技术中的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种灵活储碳的甲醇制备系统，包括制氢设备、供电设备、合成气处理设备、二氧化碳处理设备以及合成设备；所述制氢设备用于制备氢气，所述供电设备用于提供电力；
3、所述合成气处理设备包括：
4、气化工段，其用于供反应而产生粗合成气；所述粗合成气包括一氧化碳、二氧化碳和氢气；
5、氢碳比调节工段，其设置于所述气化工段的下游，以接收所述粗合成气并进行水汽变换反应而生成氢气，从而得到第一混合气；
6、所述二氧化碳处理设备包括：
7、捕碳工段，其同时设置于所述气化工段和所述氢碳比调节工段的下游，用于接收所述粗合成气或所述第一混合气并进行捕获二氧化碳而分别得到二氧化碳和第二混合气；
8、储碳工段，其设置于所述捕碳工段的下游，用于接受并储存所述捕碳工段的二氧化碳；
9、所述合成设备用于合成甲醇，其同时设置于所述制氢设备、所述气化工段、所述捕碳工段以及所述储碳工段的下游；
10、其中，依据所述供电设备的出力能力，所述合成设备具有第一合成模式、第二合成模式和第三合成模式；
11、在所述第一合成模式下，所述合成设备接收所述制氢设备的氢气和所述气化工段的粗合成气作为反应气体；
12、在所述第二合成模式下，所述氢碳比调节工段以及所述储碳工段开启，所述合成设备接收所述制氢设备的氢气、所述气化工段的粗合成气、所述氢碳比调节工段的第一混合气作为反应气体，同时所述储碳工段接收所述捕碳工段的二氧化碳以储存；
13、在所述第三合成模式下，所述氢碳比调节工段关闭，所述合成设备接收所述制氢设备的氢气、所述气化工段的粗合成气以及所述储碳工段气化的二氧化碳作为反应气体。
14、在其中一实施方式中，在所述第一合成模式下，还可以开启所述水汽变换设备，以调节所述粗合成气中的氢碳比，所述合成设备接收所述第一混合气和所述氢气作为反应气体。
15、在其中一实施方式中，在所述供电设备的出力值落入预设范围时，所述合成设备在所述第一合成模式下反应；在所述供电设备的出力值小于预设范围时，所述合成设备在第二合成模式下反应；在所述供电设备的出力值大于预设范围时，所述合成设备在第三合成模式下反应。
16、在其中一实施方式中，所述捕碳工段还依据所述供电设备的出力能力而选择捕碳程度，所述捕碳程度与所述供电设备的出力能力成负相关；
17、还依据所述供电设备的出力能力而选择所述储碳工段向所述合成设备补充的二氧化碳的量即补碳程度，所述补碳程度与所述供电设备的出力能力成正相关。
18、在其中一实施方式中，所述合成气设备还包括设置于所述气化工段下游的合成气净化工段，所述合成气净化工段设置于所述合成设备上游，所述合成气净化工段设置于所述氢碳比调节工段和所述捕碳工段之间，所述合成气净化工段用于脱除硫化氢和羰基硫。
19、在其中一实施方式中，所述合成气处理设备包括设置于所述气化工段下游的余热回收工段，所述余热回收工段同时位于所述捕碳工段和所述合成设备的上游，所述余热回收工段包括能够相互进行热交换的第一通道和第二通道，所述气化工段与所述第一通道连通，所述第二通道的入口用于外接供热介质，以吸收所述粗合成气的热量而转换为蒸汽。
20、在其中一实施方式中，所述余热回收工段的下游设置有蒸汽能量利用工段，所述蒸汽能量利用工段与所述第二通道的出口连接以接收蒸汽，并转换为电能，所述蒸汽能量利用工段与所述供电设备连接。
21、在其中一实施方式中，所述制氢设备包括制氢工段和设置于所述制氢工段下游的储氢工段，所述制氢工段用于制备氢气，所述储氢工段用于压缩氢气并储存，所述储氢工段与所述合成设备连接而提供氢气；
22、所述储氢工段与所述合成设备之间还设有氢气膨胀能量利用工段，以用于将氢气膨胀所产生的能量转换为电能，所述氢气膨胀能量利用工段与所述供电设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，包括制氢设备、供电设备、合成气处理设备、二氧化碳处理设备以及合成设备；所述制氢设备用于制备氢气，所述供电设备用于提供电力；
2.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，在所述第一合成模式下，还可以开启所述氢碳比调节工段，以调节所述粗合成气中的氢碳比，所述合成设备接收所述第一混合气和所述氢气作为反应气体。
3.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，在所述供电设备的出力值落入预设范围时，所述合成设备在所述第一合成模式下反应；在所述供电设备的出力值小于预设范围时，所述合成设备在第二合成模式下反应；在所述供电设备的出力值大于预设范围时，所述合成设备在第三合成模式下反应。
4.根据权利要求3所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述捕碳工段还依据所述供电设备的出力能力而选择捕碳程度，所述捕碳程度与所述供电设备的出力能力成负相关；
5.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述合成气设备还包括设置于所述气化工段下游的合成气净化工段，所述合成气净化
6.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述合成气处理设备包括设置于所述气化工段下游的余热回收工段，所述余热回收工段同时位于所述捕碳工段和所述合成设备的上游，所述余热回收工段包括能够相互进行热交换的第一通道和第二通道，所述气化工段与所述第一通道连通，所述第二通道的入口用于外接供热介质，以吸收所述粗合成气的热量而转换为蒸汽。
7.根据权利要求6所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述余热回收工段的下游设置有蒸汽能量利用工段，所述蒸汽能量利用工段与所述第二通道的出口连接以接收蒸汽，并转换为电能，所述蒸汽能量利用工段与所述供电设备连接。
8.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述制氢设备包括制氢工段和设置于所述制氢工段下游的储氢工段，所述制氢工段用于制备氢气，所述储氢工段用于压缩氢气并储存，所述储氢工段与所述合成设备连接而提供氢气；
9.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述制氢设备包括制氢工段、设置于所述制氢工段下游的氢气纯化工段、设置于所述氢气纯化工段下游的储氢工段，所述氢气纯化工段用于纯化所述制氢工段制备的氢气，所述储氢工段包括氢气压缩单元和氢气储罐，所述氢气压缩单元用于压缩纯化后的氢气，所述氢气储罐用于储存压缩后的氢气。
10.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述储碳工段包括设置于所述捕碳工段下游的液化器、设置于所述液化器下游的储存容器以及设置于所述储存容器下游的气化器，所述液化器用于接收所述捕碳工段的二氧化碳并液化处理而得到液态二氧化碳，所述储存容器用于储存液态二氧化碳，所述气化器用于气化二氧化碳而得到二氧化碳气体。
11.根据权利要求10所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述液化器的下游设置有蓄热储罐，所述蓄热储罐的出口与所述气化器连通，和/或，所述气化器的下游设置有蓄冷储罐，所述蓄冷储罐的出口与所述液化器连通。
12.根据权利要求10所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述气化器与所述合成设备之间设有二氧化碳膨胀能量利用工段，以用于将二氧化碳气化时膨胀的能量转换为电能，所述二氧化碳膨胀能量利用工段与所述供电设备连接。
13.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述合成设备的下游还设有氢回收工段，所述氢回收工段接收合成设备内未反应的氢气，并将氢气输送至所述合成设备的上游。
14.根据权利要求13所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述氢回收工段的下游依次设有甲烷提浓工段和甲烷转化利用工段，所述氢回收工段经脱氢后的剩余气体进入甲烷提浓工段内，所述甲烷提浓工段用于提高甲烷的浓度，所述甲烷转化利用工段用于接收提浓后的甲烷并进行转化利用。
15.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述供电设备包括可再生电力发电设备，所述可再生电力发电设备的输出端连接所述制氢设备和所述储碳工段；
16.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述粗合成气通过生物质气化反应而得到，所述生物质包括林业和农业废弃物及副产品、沼气、污水、城市固体废弃物以及纸浆和造纸行业的黑液；
17.一种甲醇的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：...
【技术特征摘要】
1.一种灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，包括制氢设备、供电设备、合成气处理设备、二氧化碳处理设备以及合成设备；所述制氢设备用于制备氢气，所述供电设备用于提供电力；
2.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，在所述第一合成模式下，还可以开启所述氢碳比调节工段，以调节所述粗合成气中的氢碳比，所述合成设备接收所述第一混合气和所述氢气作为反应气体。
3.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，在所述供电设备的出力值落入预设范围时，所述合成设备在所述第一合成模式下反应；在所述供电设备的出力值小于预设范围时，所述合成设备在第二合成模式下反应；在所述供电设备的出力值大于预设范围时，所述合成设备在第三合成模式下反应。
4.根据权利要求3所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述捕碳工段还依据所述供电设备的出力能力而选择捕碳程度，所述捕碳程度与所述供电设备的出力能力成负相关；
5.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述合成气设备还包括设置于所述气化工段下游的合成气净化工段，所述合成气净化工段设置于所述合成设备上游，所述合成气净化工段设置于所述氢碳比调节工段和所述捕碳工段之间，所述合成气净化工段用于脱除硫化氢和羰基硫。
6.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述合成气处理设备包括设置于所述气化工段下游的余热回收工段，所述余热回收工段同时位于所述捕碳工段和所述合成设备的上游，所述余热回收工段包括能够相互进行热交换的第一通道和第二通道，所述气化工段与所述第一通道连通，所述第二通道的入口用于外接供热介质，以吸收所述粗合成气的热量而转换为蒸汽。
7.根据权利要求6所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述余热回收工段的下游设置有蒸汽能量利用工段，所述蒸汽能量利用工段与所述第二通道的出口连接以接收蒸汽，并转换为电能，所述蒸汽能量利用工段与所述供电设备连接。
8.根据权利要求1所述的灵活储碳的甲醇制备系统，其特征在于，所述制氢设备包括制氢工段和设置于所述制氢工段下游的储氢工段，所述制氢工段用于制备氢气，所述储氢工段用于压缩氢气并储存，所述储氢工段与所述合成设备连接而提供氢气；
9.根据权利要求1所述的灵活储碳的...
【专利技术属性】
技术研发人员：任健，李东，王碧辉，陈伟杰，
申请(专利权)人：中集安瑞科投资控股深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：
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