[发明专利]基于沼气干湿重整耦合甲醇裂解制备合成气系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于沼气干湿重整耦合甲醇裂解制备合成气系统与方法，其中，系统包括分流器、二氧化碳分离器、第一混合器、第二混合器、第三混合器、第四混合器、干重整反应器、湿重整反应器、甲醇裂解反应器、汽化器和太阳能集热器，本发明通过先将沼气分成干湿重整两部分，再将湿重整部分的二氧化碳分离到干重整部分，随后在太阳能集热器的驱动下，分别单独发生甲烷干重整和甲烷湿重整反应生成合成气，先利用甲烷干重整生成的合成气所携带的余热为甲醇汽化提供热源，再利用甲烷湿重整生成的合成气驱动甲醇裂解反应生成合成气。本发明实现了沼气双级转化耦合甲醇裂解制备合成气，与常规的制备合成气的方法相比，具有更高的二氧化碳转化率。

技术领域

本发明属于沼气、甲醇制备合成气领域，具体地涉及一种基于沼气干湿重整耦合甲醇裂解制备合成气系统与方法。

背景技术

目前我国制备合成气的主要方式为甲烷干湿重整和甲醇裂解、重整。传统的甲醇裂解、重整制备合成气需要额外化石燃料为反应提供热源，导致额外的化石燃料消耗，所以传统的甲醇裂解、重整制备合成气系统的效率不高。我国天然气总储备量较少，因此，若长期采用传统的甲烷干湿重整制备合成气并无法优化我国能源结构。由于沼气组分与甲烷干重整的反应物相似，因此，可以将脱硫后的沼气用于制备合成气。

传统沼气制备合成气的方式主要为将去离子水与沼气一起通入至反应器中，在反应器中同时发生甲烷的干湿重整反应，会导致甲烷干重整和甲烷湿重整反应相互影响。由于甲烷干重整反应温度较高，因此，甲烷湿重整反应占据主要地位，从而导致沼气中的二氧化碳转化率低，不利于将沼气进一步高效利用。同时，干湿重整反应同时进行会消耗大量的去离子水，会导致生产过程初始投资高，运行成本高，在一定程度上限制了系统的使用。除此之外，生成的合成气往往携带着余热，传统的方式无法充分的利用该部分的热量，导致物理能的浪费。

因此探寻一种二氧化碳转化率高、结构简单、经济性高、余热利用充分的沼气耦合甲醇制备合成气的手段成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于沼气干湿重整耦合甲醇裂解制备合成气系统与方法用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于沼气干湿重整耦合甲醇裂解制备合成气系统，包括分流器、二氧化碳分离器、第一混合器、第二混合器、合成气混合器、干重整反应器、湿重整反应器、甲醇裂解反应器、汽化器和太阳能集热器，分流器的入口接沼气输入，分流器的第一出口接二氧化碳分离器的入口，分流器的第二出口接第一混合器的第一入口，二氧化碳分离器的二氧化碳出口接第一混合器的第二入口，第一混合器的出口接干重整反应器的入口，干重整反应器的出口通过汽化器的热侧管路后接合成气混合器的第一入口，第二混合器的第一入口接水蒸气输入，第二混合器的第二入口接二氧化碳分离器的甲烷出口，第二混合器的出口接湿重整反应器的入口，湿重整反应器的出口通过第一合成气管道接合成气混合器的第二入口，第一合成气管道经过甲醇裂解反应器，为甲醇裂解反应器提供反应热，汽化器的冷侧入口接甲醇输入，汽化器的冷侧出口接甲醇裂解反应器的甲醇入口，甲醇裂解反应器的合成气出口接合成气混合器的第三入口，合成气混合器的出口用于输出最终合成气，太阳能集热器用于为干重整反应器和湿重整反应器提供反应热。

进一步的，所述合成气混合器包括第三混合器和第四混合器，第三混合器的第一入口为合成气混合器的第一入口，第三混合器的第二入口为合成气混合器的第二入口，第四混合器的第一入口为合成气混合器的第三入口，第三混合器的出口接第四混合器的第二入口，第四混合器的出口为合成气混合器的出口。

进一步的，还包括第一预热器，第一混合器的出口通过第一预热器的冷侧管路后接干重整反应器的入口，干重整反应器的出口依次通过第一预热器的热侧管路、汽化器的热侧管路后接合成气混合器的第一入口。

进一步的，还包括第二预热器，第二混合器的出口通过第二预热器的冷侧管路后接湿重整反应器的入口，第二预热器的热侧管路串接在湿重整反应器与甲醇裂解反应器之间的第一合成气管道上。