[发明专利]一种合成气定比生产系统及方法

说明书

本发明公开一种合成气定比生产系统及方法，生产系统包括：第一电解槽(1)、煤气化单元(2)、酸性气体脱除单元(3)、第二电解槽(4)、气体调节单元(5)。该系统还包括反应单元(6)，所述反应单元(6)为醇类反应单元、烃类反应单元、合成油反应单元。本发明省略掉传统的煤制甲醇系统中的空气分离装置和水气变换装置，利用可再生能源电解水提供绿氢、绿氧；利用可再生能源电解CO₂和水提供一氧化碳、氢气和氧气，实现水气变换的效果。本发明无需高能耗的空气分离装置，无需高排放的水气变换装置，能够从电解水、电解CO₂和水两个过程中充分利用可再生电能。

技术领域

本发明属于能源化工与燃料合成，具体的涉及一种合成气定比生产系统及方法。

背景技术

甲醇(CH₃OH)是一种用途广泛的化学品，截止到2021年底，在中国产能已经接近9000万吨/年，主要原料来自于煤炭等含碳化石原料。

现有技术中传统的煤制甲醇系统(图1)，通过将煤炭、水、氧气(O₂)按一定比例和状态进入气化装置，制成一氧化碳(CO)和氢气(H₂)，通常称为合成气(syngas)，副产CO₂，并且伴随有硫化氢(H₂S)、羰基硫(COS)等含硫化合物生成。

以上现有技术方案存在的问题是：

1、氧气的来源是空气分离装置，通过动力煤供应能量并且排放一部分CO₂，将空气中23％含量的氧气利用深冷或变压吸附等方法分离出，用作气化的氧化剂原料。氧气从空气分离装置出来后的压力，通常较气化装置压力高出1～2MPa，温度为40℃，纯度为99.5％，同时该步骤中会排放大量二氧化碳。

2、气化装置操作压力为6.5MPa，反应温度为1450℃。煤气化后的粗合成气产物中，CO与H₂的摩尔比通常大于2，然而理想的甲醇合成原料是摩尔比为2的CO和H₂。如果CO含量高，不利于温度控制，同时会应器催化剂积聚羰基铁进而失活。因此需要调节气体组成，使CO和氢气的比例小于等于2。常规的技术手段是通过水气变换反应(CO+H₂O--CO₂+H₂)，增加氢气含量、减少CO含量，达到合适的CO:H₂比例。合成气先进入中温换热器，预热至260℃后进入装有一段耐硫催化剂的变换炉中发生水气变换反应，出变换炉的变换气温度约为410～420℃，经中温换热器换热降温，压力约为6.1MPa，同时该步骤中会排放大量二氧化碳。

由于甲醇合成的过程中只需要CO和H₂，并且含硫物质会导致甲醇合成催化剂中毒，因此需要通过酸性气体脱除装置，采用低温甲醇洗等技术手段将CO₂、H₂S、COS脱除。其中，CO₂分离后通常排放或者存储；H₂S和COS分离后转化为硫磺进行回收利用。进入酸性气体脱除装置的温度为40℃，压力为5.6MPa。

煤制甲醇会排放大量二氧化碳，主要来自于空气分离装置和水气变换反应两个步骤。在碳中和的目标下，现有生产方法无法满足现代化工对于排放的要求，生产的甲醇产品碳足迹高。

与此同时，中国和全球在大力发展风能、太阳能等可再生能源，可再生能源的成本逐年降低。然而这类能源的问题在于间歇性和波动性，废弃风、光能源严重。如何利用可再生电能成为行业内的重要难题。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容