[发明专利]一种联动碳捕集与电解水制氢的氢碳制甲烷方法及系统

说明书

本发明公开了一种联动碳捕集与电解水制氢的氢碳制甲烷方法及系统，利用波动可再生电力，灵活快速得到波动氢气，作为氢碳制甲烷反应原料，采用有机胺捕集燃料燃烧烟气中的二氧化碳，配备储罐存储二氧化碳，作为反应原料，利用波动的氢气进料，实时调控输入的二氧化碳，在反应器中催化转化为甲烷，通过二氧化碳进料流量调控，适应可在生电力的波动，无需大规模电力和氢气存储，可以更好的用于可再生电力的消纳与利用，并且将氢碳制甲烷反应器放出的热量直接用于碳捕集再沸器实现热循环，大大降低能耗。

技术领域

本发明涉及碳氢合成天然气技术领域，尤其涉及一种联动碳捕集与电解水制氢的氢碳制甲烷方法及系统。

背景技术

二氧化碳甲烷化反应是二氧化碳资源化利用的重要途径，可以充分减少二氧化碳的排放，有助于缓解我国“缺油少气”的能源结构；同时，利用电解水制氢技术解决氢气来源的问题，可以实现可再生能源的高效存储，提高二氧化碳甲烷化效率。根据甲烷化反应方程式：，该反应为强放热过程，单位二氧化碳转化释放的能量为3.75 GJ/t二氧化碳。另一方面，二氧化碳的主要来源于燃料燃烧烟气，包括火力发电、内燃机、蒸汽锅炉等，通过有机胺捕集二氧化碳过程可以得到高纯度的二氧化碳。然而，碳捕集过程能耗高，主要集中的在吸收剂再生过程，能耗超过3 GJ/t二氧化碳。将二氧化碳转化为甲烷释放的热量用于碳捕集过程，可以极大的降低系统能耗。

波动性是可再生电力的重要特征，实际应用中需要大量的储能设备以提高可再生电力实用性；常规的电解水制氢同样需要大量的储氢设备以避免波动性问题。从系统设计和控制的角度，避免大规模储电或储氢是可再生电力应用的关键。

有资料显示，我国炼焦、电石、兰炭、炼钢等工业发达，副产大量工业尾气，这些富含碳、氢的工业尾气得不到有效利用，不仅造成资源浪费，而且污染环境。如果以这些碳氢工业尾气为原料，合成代用天然气，不仅能够变废为宝，还能够节能减排，具有较高的经济效益和社会效益。

中国专利文献CN103194286B公开了一种“由碳氢工业尾气合成代用天然气的甲烷化方法”。采用了包括碳氢工业尾气原料气通过三级或四级甲烷化反应、热回收、冷却分离等步骤，生产出合格的合成天然气产品。本发明将碳氢工业尾气中的CO、CO2全部转化成甲烷，实现了CO2的零排放。上述技术方案仅利用工业尾气中的碳排放及氢气进行甲烷合成，反应物浓度有限，反应效率低，且缺少氢气补充，难以有效保证尾气中的碳有效利用。

发明内容

本发明主要解决原有的技术方案仅利用工业尾气中的碳排放及氢气进行甲烷合成，反应物浓度有限，反应效率低，且缺少氢气补充，难以有效保证尾气中的碳有效利用的技术问题，提供一种联动碳捕集与电解水制氢的氢碳制甲烷方法及系统，利用波动可再生电力，灵活快速得到波动氢气，作为氢碳制甲烷反应原料，采用有机胺捕集燃料燃烧烟气中的二氧化碳，配备储罐存储二氧化碳，作为反应原料，利用波动的氢气进料，实时调控输入的二氧化碳，在反应器中催化转化为甲烷，通过二氧化碳进料流量调控，适应可在生电力的波动，无需大规模电力和氢气存储，可以更好的用于可再生电力的消纳与利用，并且将氢碳制甲烷反应器放出的热量直接用于碳捕集再沸器实现热循环，大大降低能耗。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种联动碳捕集与电解水制氢的氢碳制甲烷方法，包括以下步骤：

S1采用有机胺捕集烟气中的二氧化碳，解吸得到二氧化碳并存储，实现碳捕集；

S2利用波动电力制取波动氢气并输入反应器；

S3在反应器中输入二氧化碳并根据氢气输入量实时调控；

S4将二氧化碳和氢气催化反应制取甲烷；

S5将制取甲烷反应产生的热量传递到碳捕集再利用。