一种热电厂耦合清洁能源制氢并合成甲醇的工艺

技术领域

本发明属于电力行业碳捕捉和利用技术领域，具体是一种热电厂耦合清洁能源制氢并合成甲醇的工艺。

背景技术

在全球变暖，气候变化日趋严重的背景下，碳捕集、封存和利用（CCUS）技术逐渐被世界各国公认为是最具潜力的一种碳减排技术。在中国，火电行业将是CCUS的应用重点，预计2060年可通过CCUS实现约10亿吨/年的CO2减排量，占总体CO

CO

对于企业来说，对CO

甲醇作为一种重要化工原料和可再生的清洁能源，在运输和储存方面具有优势。但是当下甲醇代替传统的能源仍面临着诸多的挑战，传统生产甲醇是以煤、天然气等化石能源为原料，通过气化或重整技术制取合成气，再经过压缩、合成和精馏等工艺获得甲醇，生产过程中排放大量的CO

利用电解水制氢，捕集的CO

发明内容

为了解决现有CO

其技术方案是这样的：一种热电厂耦合清洁能源制氢并合成甲醇的工艺，热电厂湿法脱硫后的烟气，经化学吸收法进行捕集CO

清洁能源发电装置提供给水解制氢单元用电，水解制氢单元送出的氢气经净化后，输入制甲醇单元，水解反应副产物O

来自捕集单元的CO

高温高压的原料气进入均温反应器中进行3H2+CO2＝CH3OH+H2O反应生成甲醇和化学水，反应器中产生的大量热量，合成反应单程转化率约为80%；均温反应器出口送出的温度为260~280℃产品气经过产品气换热器与原料气进行热交换，降温至140℃，再经产品气冷凝器进行热交换，降温至70℃，进入气液分离器，液体侧重量百分数为60%浓度的粗甲醇，可进入后续精制单元，气相侧的CO

给水泵为系统提供足量的除盐水，除盐水经电解液换热器换热，温度升至50℃，再经产品气冷凝器预热，温度升至120℃，进入均温反应器内部的盘管，反应器内盘管分为上下三段，除盐水在盘管内进行加热并蒸发为220℃，1.6MPa的过热蒸汽；一部分过热蒸汽提供给原料气预热器，对原料气进行加热，凝结后进入冷凝器集水箱，一部分过热蒸汽提供给CO

采用本发明后，均温反应器中，CO

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

其中1.脱硫系统；2.CO

具体实施方式

结合附图并举例详细描述本发明的特点与优点，本发明包括但不限于附图和所述具体实施例中描述的内容，包括附图中未体现的非重要辅助设备等。

如图1 所示，在本实施例展示的一种热电厂耦合清洁能源制氢并合成甲醇的工艺，其主要由CO2捕集系统、电解水制氢系统、甲醇合成系统结合而成。

热电厂脱硫系统1排出的烟气经CO

清洁能源发电系统6（诸如光伏、风电等）生产的电力输入电解水制氢系统7，在其系统内部电解水生成氢气和氧气，其中氧气可进行压缩后进行外供售卖，氢气通入原料气混合罐5。

二氧化碳和氢气按1:3的比例调节通入原料气混合器5，在其中充分混合，经原料气压缩机12进行绝热压缩，压力升至5.0~8.0MPa，温度升至120℃；然后经原料气预热器13进行加热至200℃，原料气预热器13使用的加热介质为厂区低压蒸汽（温度220~230℃，压力1.6~2.0MPa），再经过电加热器14升温至240~250℃，原料气预热器13和电加热器14，只需在系统启动运行时候开启，等系统整体运行稳定后可停止使用，以节约能源消耗。

在系统稳定运行阶段，原料气不经过原料气预热器13和电加热器14加热，直接进入产品气换热器15，在其中与产品气进行换热，温度升至240~250℃，进入均温反应器16。

高温高压原料气在均温反应器16内部进行合成反应3H

产品气和少量未反应的原料气经过产品气换热器15，与原料气进行换热降温，温度降至140℃，然后再经过产品气冷凝器17继续降温至70~80℃，混合气进入气液分离器18，此温度下大部分产品甲醇和水凝结为液体从下部流出，去往下道工序进行精制，未反应的原料气和少量甲烷气体和水蒸气从顶部流出进入循环气压缩机19进行加压，再进入原料气混合器5，与新鲜的CO

电解水制氢系统7通过直流电对内部碱液进行电解产生氢气和氧气，同时产生大量热量，需通过碱液的循环带走。电解水制氢系统7内碱液温度一般90℃左右，经电解液换热器8初步降温，再经电解液冷却器9深度降温至40~50℃，通过碱液泵10输送至电解水制氢系统7形成循环，定期在循环管路中补充去离子水和碱液，保证PH值和水平衡。

整个系统中大部分热量通过加热除盐水生成蒸汽带走，除盐水经给水泵11进行加压，给水泵11为变频调节，可精确控制系统水流量。冷的除盐水先流经电解液换热器8，升温至50℃；继续流经产品气冷凝器，升温至120℃；进入均温反应器16，内部有多级盘管，分段进行除盐水预热，蒸发，过热加热，控制出口蒸汽温度约温度220~230℃，压力1.6~2.0MPa，与厂区低压蒸汽管网匹配。产生的蒸汽可输送至CO

作为本申请中一种较好的实施方式，所述的均温反应器16为多级反应器，反应的级数至少为3级，级数越多有利于反应温度的控制。

作为本申请中一种较好的实施方式，所述的均温反应器16内盘管段数为多段，至少为3段，段数越多有利于反应温度的控制。

本发明中均温反应器16内CO2单程转化率80%，CO

本发明对于电解水制氢系统、甲醇合成系统反应产生的热量，实现了热量充分吸收和利用，降低了整个系统的能耗。