一种绿氢耦合碳捕集生产合成气系统的制作方法

1.本发明属于合成气制备技术领域，具体涉及一种绿氢耦合碳捕集生产合成气系统。


背景技术：

2.二氧化碳等温室气体大量排放所造成的全球变暖目前引起了全世界范围的普遍关注。一方面要对现有排放源进行减排，另一方面要加大可再生能源的比重，减少对化石能源的依赖。如何利用捕集后的co2是目前碳减排需要亟待解决的问题。专利cn 115738942公开了一种二氧化碳加氢生产甲醇工艺及装置，该工艺设置了两台具有不同功能和特性的反应器，其中1#反应器主要将二氧化碳和氢气首先转化为一氧化碳和水，2#反应器主要进行一氧化碳和二氧化碳加氢合成甲醇的反应。该工艺生产的合成气仅能用于生产甲醇，并且二氧化碳的转化率较低。
3.目前国内对二氧化碳直接加氢制甲醇进行了示范性探索，但是存在co2转化率低，产品单一化的问题。如何提高co2转化率，利用co2及绿氢生产多元化高附加值产品成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有co2利用工艺存在的上述不足，本发明提供了一种co2转化率高、co选择性高、流程简单、无污染的绿氢耦合碳捕集生产合成气系统。
5.为实现上述目的，本发明提供一种绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，包括二氧化碳捕集装置、电解水制氢装置、逆一氧化碳变换装置及合成气净化装置；二氧化碳捕集装置的二氧化碳出气口和电解水制氢装置的氢气出气口均与逆一氧化碳变换装置的原料气进气口相连，逆一氧化碳变换装置的粗合成气出气口与合成气净化装置的粗合成气进气口相连；合成气净化装置的二氧化碳循环气体出气口与逆一氧化碳变换装置的原料气进气口相连，逆一氧化碳变换装置的冷凝水出液口与电解水制氢装置的冷凝液进液口相连。
6.进一步地，所述逆一氧化碳变换装置包括依次串联的原料气分离器、原料气压缩机、原料气预热器及逆变换反应器，以及依次串联的1#粗合成气分离器、粗合成气冷却器和2#粗合成气分离器；逆变换反应器的逆变换气出气口与原料气预热器的管程进口相连，原料气预热器的管程出口与1#粗合成气分离器逆变换气进气口相连，2#粗合成气分离器的粗合成气出气口与合成气净化装置的粗合成气进气口相连；1#粗合成气分离器和2#粗合成气分离器的冷凝水出液口与与电解水制氢装置的冷凝液进液口相连。
7.进一步地，所述逆变换反应器为轴向或轴径向固定床催化反应器。
8.进一步地，所述二氧化碳捕集装置采用吸附法、吸收法、膜分离法或者深冷法捕集工业尾气中的二氧化碳。
9.进一步地，所述电解水制氢装置采用碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢或
固体氧化物电解水制氢。
10.进一步地，所述电解水制氢装置由可再生能源发电装置供电。(所用可再生能源可以是风能，太阳能，潮汐能，地热能等可再生能源中的一种或多种)。
11.进一步地，所述原料气加热器由可再生能源发电装置供电。
12.进一步地，所述原料气压缩机由可再生能源发电装置供电。
13.进一步地，所述逆变换反应器由可再生能源发电装置供电。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过逆一氧化碳变换反应将二氧化碳和氢气转化为一氧化碳和水，以制取不同h2/co比值的粗合成气，提高co2转化率及co选择性，不仅能实现co2的资源化利用-产生的合成气可以于生产甲醇、有机燃料、天然气、乙二醇及多碳醇等化学品，同时不会增加新的碳排放，环境友好；且逆一氧化碳变换器反应中二氧化碳的单程转化率高于60％，总转化率高于95％，一氧化碳的选择性高于90％。
附图说明
15.图1为本发明绿氢耦合碳捕集生产合成气装置流程示意图；
16.图2为图1中逆一氧化碳变换装置流程示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步解释说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
18.如图1所示绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，包括二氧化碳捕集装置1、电解水制氢装置2、逆一氧化碳变换装置3及合成气净化装置4；二氧化碳捕集装置1的二氧化碳出气口和电解水制氢装置2的氢气出气口均与逆一氧化碳变换装置3的原料气进气口相连，逆一氧化碳变换装置3的粗合成气出气口与合成气净化装置4的粗合成气进气口相连；合成气净化装置4的二氧化碳循环气体出气口与逆一氧化碳变换装置3的原料气进气口相连，逆一氧化碳变换装置3的冷凝水出液口与电解水制氢装置2的冷凝液进液口相连。
19.结合图2所示逆一氧化碳变换装置3包括依次串联的原料气分离器6、原料气压缩机7、原料气预热器8及逆变换反应器9，以及依次串联的1#粗合成气分离器11、粗合成气冷却器12和2#粗合成气分离器13；逆变换反应器10的逆变换气出气口与原料气预热器8的管程进口相连，原料气预热器8的管程出口与1#粗合成气分离器11逆变换气进气口相连，2#粗合成气分离器13的粗合成气出气口与合成气净化装置4的粗合成气进气口相连；1#粗合成气分离器11和2#粗合成气分离器13的冷凝水出液口与与电解水制氢装置2的冷凝液进液口相连。
20.本实施例中，二氧化碳捕集装置采用吸附法、吸收法、膜分离法或者深冷法捕集工业尾气中的二氧化碳；电解水制氢装置采用碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢或固体氧化物电解水制氢；逆变换反应器为轴向或轴径向固定床催化反应器；电解水制氢装置、原料气加热器、原料气压缩机及逆变换反应器均由可再生能源发电装置5供电。所用可再生能源可以是风能，太阳能，潮汐能，地热能等可再生能源中的一种或多种。
21.具体过程为：
22.二氧化碳捕集装置1产生的co2气体首先和来自电解水制氢装置2产生的氢气混合
得到原料气，原料气和来自合成气净化装置4的co2循环气体进行混合，混合后的气体压力为0.05mpa，h2/co2摩尔比值为2.36。
23.将原料气送至逆一氧化碳变换装置3，原料气送至原料气分离器6中分离出夹带的液体，从原料气分离器6出来的原料气进入原料气压缩机7进行增压至1.0mpa；增压后的原料气依次进入原料气预热器8壳体进行换热并预热至850℃，然后进入原料气加热器9加热至900℃送至逆变换反应器10；在逆变换反应器10中，原料气中的co2和氢气在催化剂的作用下反应生成一氧化碳和水转化为一氧化碳和水；逆变换反应器10出口的逆变换气(包括一氧化碳和水，以及未反应的co2和氢气)首先经过原料气预热器8预热原料气，逆变换气降温至120℃后进入1#粗合成气分离器11分离出冷凝水；1#粗合成气分离器11顶部的逆变换气经过粗合成气冷却器12冷却至40℃后进入2#粗合成气分离器13进行气液分离，2#粗合成气分离器13顶部得到粗合成气送至合成气净化装置4，1#粗合成气分离器11和2#粗合成气分离器13得到的冷凝水返回电解水制氢装置2回用。本实施例得到粗合成气摩尔组成如下：h2为59.48％，co为25.82％，co2为11.75％，ch4为2.04％，h2o为0.91％。经过逆一氧化碳变换反应，co2的单程转化率为70.32％，co的选择性为92.67％。
24.来自逆一氧化碳变换装置的粗合成气送至合成气净化装置，脱除部分co2气体，得到主要成分为h2，co和co2的甲醇合成气，其中co摩尔浓度为28.67％，h2摩尔浓度为66.05％，co2摩尔浓度为2.00％，脱除的co2气体返回至逆一氧化碳变换装置入口。
25.co2的总转化率为93.93％，所得合成气的h2/co摩尔比值为2.30。

技术特征：
1.一种绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，包括二氧化碳捕集装置、电解水制氢装置、逆一氧化碳变换装置及合成气净化装置；二氧化碳捕集装置的二氧化碳出气口和电解水制氢装置的氢气出气口均与逆一氧化碳变换装置的原料气进气口相连，逆一氧化碳变换装置的粗合成气出气口与合成气净化装置的粗合成气进气口相连；合成气净化装置的二氧化碳循环气体出气口与逆一氧化碳变换装置的原料气进气口相连，逆一氧化碳变换装置的冷凝水出液口与电解水制氢装置的冷凝液进液口相连。2.如权利要求1所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述逆一氧化碳变换装置包括依次串联的原料气分离器、原料气压缩机、原料气预热器及逆变换反应器，以及依次串联的1#粗合成气分离器、粗合成气冷却器和2#粗合成气分离器；逆变换反应器的逆变换气出气口与原料气预热器的管程进口相连，原料气预热器的管程出口与1#粗合成气分离器逆变换气进气口相连，2#粗合成气分离器的粗合成气出气口与合成气净化装置的粗合成气进气口相连；1#粗合成气分离器和2#粗合成气分离器的冷凝水出液口与与电解水制氢装置的冷凝液进液口相连。3.如权利要求2所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述逆变换反应器为轴向或轴径向固定床催化反应器。4.如权利要求1所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集装置采用吸附法、吸收法、膜分离法或者深冷法捕集工业尾气中的二氧化碳。5.如权利要求1所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述电解水制氢装置采用碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢或固体氧化物电解水制氢。6.如权利要求1所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述电解水制氢装置由可再生能源发电装置供电。7.如权利要求2所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述原料气加热器由可再生能源发电装置供电。8.如权利要求2所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述原料气压缩机由可再生能源发电装置供电。9.如权利要求2所述绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，其特征在于，所述逆变换反应器由可再生能源发电装置供电。

技术总结
本发明提供一种绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，包括二氧化碳捕集装置、电解水制氢装置、逆一氧化碳变换装置及合成气净化装置；二氧化碳捕集装置的二氧化碳出气口和电解水制氢装置的氢气出气口均与逆一氧化碳变换装置的原料气进气口相连，逆一氧化碳变换装置的粗合成气出气口与合成气净化装置的粗合成气进气口相连；合成气净化装置的二氧化碳循环气体出气口与逆一氧化碳变换装置的原料气进气口相连。通过逆一氧化碳变换反应将二氧化碳和氢气转化为一氧化碳和水，以制取不同H2/CO比值的粗合成气，提高CO2转化率及CO选择性，不仅能实现CO2的资源化利用，同时不会增加新的碳排放，环境友好。环境友好。环境友好。


技术研发人员：王照成 李繁荣 肖敦峰 郭国清 胡步千 张科
受保护的技术使用者：中国五环工程有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/15