[发明专利]一种烟道气直接加氢的方法及系统

说明书

本发明提供一种烟道气直接加氢的方法及系统，所述方法包括对脱硫精制后的烟道气进行压缩升压，使升压后的烟道气进入合成甲醇反应器并与电解水制取的绿氢进行合成甲醇反应，反应结束后，所得混合气体经冷却后分离得到液态的甲醇和水，其余混合气体经压缩后进入合成氨反应器并与电解水制取的绿氢进行合成氨反应，反应结束后，所得混合气体经冷却后分离得到液态氨及气体组分；或者使升压后的烟道气进入合成氨反应器并与电解水制取的绿氢进行合成氨反应，反应结束后，所得混合气体经冷却后分离得到液态氨，其余混合气体经压缩后进入合成甲醇反应器并与绿氢进行合成甲醇反应，反应结束后，所得混合气体经冷却后分离得到液态的甲醇和水以及气体组分。

技术领域

本发明涉及一种烟道气直接加氢的方法及系统，属于烟气处理技术领域。

背景技术

人类活动对化石能源的巨大消耗导致了温室气体CO₂向大气层中巨量排放，目前全球每年向大气中排放的CO₂高达400亿吨，并不断积聚在大气层中，造成了温室效应并引起了气温逐年上升。为此，联合国气候组织给气温增加幅度(相对于工业化前气候温度)制定出了极限值，即最好不要超过1.5℃，绝对不能超过2℃。如果不立即采取有效的减缓CO₂排放的政策和行动，到2100年全球平均表面温度相对工业化前将升高3.7～4.8℃，海平面将上升0.6～0.8m，从而造成不可逆转的全球性生态灾难。举例说明，如果要实现2℃的温控目标，剩余碳排放空间约为1万亿吨CO₂，全球按目前水平只能继续排放20多年。如果要实现1.5℃的温控目标，剩余碳排放空间约为4200～7700万亿吨CO₂，也就只能允许全球10～20年继续排放CO₂。因此，需要全世界各方进行快速、深远和前所未有的变革，将2030年全球人为二氧化碳净排放量比2010年降低45％，并在2050年实现净零排放。

几十年来，学术界和工业界一直在积极探索降低CO₂排放的措施和技术路线，概况起来不外乎两大方面，一是降低化石能源诸如煤炭和石油的消耗，主要措施是通过可再生能源如太阳能、风能、水力发电、核能、氢能和生物基燃料代替化石能源；二是先对化石能源消耗过程中形成的CO₂进行捕集，再对其进行加工利用或储存，即所谓的CCUS技术路线，该CCUS技术路线可以避免CO₂排放进入大气层中，从而实现零排放的目标。

可再生能源中的太阳能和风能受地理位置和气候条件影响较大，使得其产生的电不稳定和难以储存，即所谓的弃电。为了充分利用弃电，一些储能技术不断被开发出来，主要划分为三类，即储热、蓄冷和储电。例如，通过太阳能或风能进行电解水制取绿氢，再对绿氢进行气态、液态或固态储存。其中，液态储氢是一条绿色零碳排放的能源产生与利用的较好路径。

另外一条非常理想的储氢路径就是利用空气中丰富的N₂加氢合成氨。氨不仅是制备肥料和药品的重要化工原材料，而且也是一种零碳燃料，其能量密度(4.32kWh/L) 大且氢含量(17.8w％)高。氨具有极易溶于水和容易液化等特点，使得氨的运输成本很低。利用N₂加氢合成氨是一种历史悠久且比较成熟的工业技术，即哈伯-博施法 (Haber-Bosch，HB法)，其是于1918年提出的方法。该方法中的N₂来源于空气分离工艺，H₂来源于煤或天然气等化石能源制取。但是HB法合成氨过程中不仅排放出大量的CO₂，而且合成氨反应条件苛刻，温度高(约500℃)、压力高(约20MPa)。为了克服传统合成氨的缺点，本领域技术人员对具有CO₂零排放且反应条件温和的电催化合成氨和光催化合成氨进行了大量的研究。