一种新型合成甲烷的方法及系统与流程

本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种新型合成甲烷的方法及系统。

背景技术：

甲烷CH₄，人们称为天然气，除自然资源开采的天然气外，是由CO₂、H₂为主要成分的原料气，CO为少量气体，按CH比＝1:3或CH＝1:4在催化剂下合成甲烷作天然气。人们把煤、石油、轻烃、生物质等热裂解产生CO、CO₂、H₂气体作为原料气经过甲醇化反应制成甲烷，也有以甲醇为原料经催化裂解CO+2H₂加氢甲烷化合成甲烷，或采用二氧化碳与甲醇分解加氢合成甲烷，合成甲烷的技术是成熟的，其主要原料需要大量的二氧化碳和氢气。而二氧化碳为原料合成甲烷、天然气工业应用，目前仍没有报道，相关文献资料仍没有公开。

技术实现要素：

本发明提供一种新型合成甲烷的方法及系统，能较方便合成甲烷。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种新型合成甲烷的方法，包括:

将甲醇与水蒸气混合在铜系催化剂下重整生成氢气作为种子氢；

将所述种子氢与水蒸汽在氧化催化剂下把水分子的氢分子和氧分子分离，氢分子与氢原子或氢离子结合生成氢气；

将输入的二氧化碳经催化剂反应变换成一氧化碳；

将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器合成甲烷。

可选的，所述将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器合成甲烷，包括：

将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器按1:3比例合成甲烷。

可选的，所述方法还包括：

将所述一氧化碳加氢在合成甲醇反应器生成甲醇，将甲醇作为种子氢不断循环使用。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种新型合成甲烷的系统，包括：

甲醇水蒸汽重整制氢反应器、氢化反应器、甲烷化反应器；

其中，所述甲醇水蒸汽重整制氢反应器，用于将甲醇与水蒸气混合在铜系催化剂下重整生成氢气作为种子氢；

所述氢化反应器，用于将所述种子氢与水蒸汽在氧化催化剂下把水分子的氢分子和氧分子分离，氢分子与氢原子或氢离子结合生成氢气；将输入的二氧化碳经催化剂反应变换成一氧化碳；

所述甲烷化反应器，用于将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器合成甲烷。

可选的，所述系统还包括：

合成甲醇反应器，用于将所述一氧化碳加氢在合成甲醇反应器生成甲醇，将甲醇作为种子氢不断循环使用。

可选的，所述甲烷化反应器将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器按1:3比例合成甲烷。

从上述技术方案可以看出，本发明将甲醇与水蒸气混合在铜系催化剂下重整生成氢气作为种子氢；将所述种子氢与水蒸汽在氧化催化剂下把水分子的氢分子和氧分子分离，氢分子与氢原子或氢离子结合生成氢气；将输入的二氧化碳经催化剂反应变换成一氧化碳；将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器合成甲烷。这样就比较方便实现了新型合成甲烷的方法，成本更低，可循环利用，更具有经济价值。

进一步的，本发明方法还可以将所述一氧化碳加氢在合成甲醇反应器生成甲醇，将甲醇作为种子氢不断循环使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

下面将结合附图对本发明做进一步说明，附图中：

图1是本发明的新型合成甲烷的方法的流程示意图；

图2是本发明的新型合成甲烷的方法的工艺流程示意图；

图3是本发明的新型合成甲烷的系统的结构的第一示意图；

图4是本发明的新型合成甲烷的系统的结构的第二示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本发明提供一种新型合成甲烷的方法及系统，能较方便合成甲烷。

图1是本发明的新型合成甲烷的方法的流程示意图，包括步骤：

在步骤101中，将甲醇与水蒸气混合在铜系催化剂下重整生成氢气作为种子氢；

在步骤102中，将所述种子氢与水蒸汽在氧化催化剂下把水分子的氢分子和氧分子分离，氢分子与氢原子或氢离子结合生成氢气；

在步骤103中，将输入的二氧化碳经催化剂反应变换成一氧化碳；

在步骤104中，将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器合成甲烷。

本发明一种新型合成甲烷的方法，采用种子氢技术，初始时以甲醇和水混合物为原料在Cu铜系催化剂下甲醇水蒸汽重整制氢作为种子氢，种子氢与水蒸汽在氧化催化剂下把水分子的氢分子和氧分子分离，一个种子氢与水分子分离出的一个氢分子结合生成二个氢分子，同样相应的种子氢和水蒸汽在催化剂下变成一倍数量的氢分子，水蒸汽制氢使氢的数量被增加成为合成甲烷的氢源。

外部的二氧化碳经催化剂反应被变换成一氧化碳。一氧化碳加氢在合成甲醇反应器生成甲醇，甲醇作为种子氢不断循环使用，无需要外部输入甲醇或种子氢。一氧化碳加氢在甲烷化器合成甲烷，经冷却、压缩成为LNG天然气。一种二氧化碳合成甲烷天然气就这样实现。经过折算1.0kg甲醇可合成1.5M³(20℃)天然气。1.28t二氧化碳可合成1.5M³(20℃)天然气，因此可发现具有较高的经济效益和节能效果，同时为二氧化碳消纳和循环利用提供一个可行的方案。

本发明的工艺流程图可参照图2所示，图2是本发明的新型合成甲烷的方法的工艺流程示意图。

种子氢3H₂在氢化反应器内生成6H₂，外部原料二氧化碳在氢化反应器生成2CO。CO+2H₂或CO₂+3H₂在合成甲醇反应器内合成甲醇和水，甲醇水供给水蒸汽重整制生成种子氢3H₂，如此循环，为反应系统提供氢源。从氢化反应器出口的CO、H₂按CH比＝1:3在合成甲烷反应器内生成甲烷，经冷却、分离减压成为甲烷燃气。

本发明的工艺技术数据：

1、甲醇水蒸汽重整制种子氢

原料：

(1)甲醇 0.58t

2、氢化反应

(3)二氧化碳

3、合成甲醇反应

4、合成甲烷

上述详细介绍了本发明一种新型合成甲烷的方法，以下介绍相应的系统。

图3是本发明的新型合成甲烷的系统的结构的第一示意图。

参照图3，一种新型合成甲烷的系统，包括：

甲醇水蒸汽重整制氢反应器301、氢化反应器302、甲烷化反应器303；

其中，所述甲醇水蒸汽重整制氢反应器301，用于将甲醇与水蒸气混合在铜系催化剂下重整生成氢气作为种子氢；

所述氢化反应器302，用于将所述种子氢与水蒸汽在氧化催化剂下把水分子的氢分子和氧分子分离，氢分子与氢原子或氢离子结合生成氢气；将输入的二氧化碳经催化剂反应变换成一氧化碳；

所述甲烷化反应器303，用于将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器合成甲烷。

系统还包括：合成甲醇反应器304，用于将所述一氧化碳加氢在合成甲醇反应器生成甲醇，将甲醇作为种子氢不断循环使用。

图4是本发明的新型合成甲烷的系统的结构的第二示意图。

一种新型合成甲烷的系统，包括甲醇水蒸汽重整制氢反应器1、氢化反应器2、合成甲醇反应器3、甲烷化反应器4。

反应时，由外部一台导热油炉产生热量，通过导热油把热量传递给甲醇水蒸汽重整制氢反应器1(简称反应器1)、氢化反应器2(简称反应器2)、合成甲醇反应器3(简称反应器3)、甲烷化反应器4(简称反应器4、加热器5、过热器6、加热器7。

初始时甲醇和水按0.58/0.33混合至原料回流罐8，由计量表9按设定流程输入至热交换器10，经加热器5、蒸发器11、过热器6进入反应器1，反应温度＞225℃－250℃，压力常压﹣1.0MPa，甲醇与水蒸汽混合物在反应器1内被转化为氢气作为种子氢，种子氢从反应器1出口进入反应器2，与外部输入的二氧化碳在反应器2内汇合，在反应器2内被转化为CO+4H₂合成气，一部分合成气作为合成甲醇原料，热交换器10、冷却器12进入气液分离器13，原料气经压缩机14加压5MPa进入压力罐15，经由加热器16进入反应器3，在反应器3内被转化为甲醇，甲醇蒸汽从反应器3出口经减压阀减压至0.1－1.0MPa进入热交换器10、冷却器12、气液分离器13，分离出液体甲醇，回收甲醇水蒸汽重整制种子氢原料甲醇，原料甲醇循环使用。在气液分离器13内部未反应的原料经压缩机14加压制反应器3，未反应气体循环使甲醇效率提高。

另一部分合成气进入反应器4，在反应器4内转化为甲烷天然气，气体由热交换机17、冷却器18冷却至常温进入气液分离器19，减压阀20作为天然气或经压缩、冷却液化为液化天然气。

主原料二氧化碳CO₂经热交换机17、加热器7进入反应器2，这样一种由二氧化碳合成甲烷的系统就完成了甲烷的生产。

从上述技术方案可以看出，本发明将甲醇与水蒸气混合在铜系催化剂下重整生成氢气作为种子氢；将所述种子氢与水蒸汽在氧化催化剂下把水分子的氢分子和氧分子分离，氢分子与氢原子或氢离子结合生成氢气；将输入的二氧化碳经催化剂反应被变换成一氧化碳；将所述一氧化碳与氢气在甲烷化器合成甲烷。这样就比较方便实现了新型合成甲烷的方法，成本更低，可循环利用，更具有经济价值。二氧化碳原料来源丰富，成本低廉，本发明二氧化碳合成甲烷可以获得大量廉价的氢源作为原料。

进一步的，本发明方法还可以将所述一氧化碳加氢在合成甲醇反应器生成甲醇，将甲醇作为种子氢不断循环使用。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例所提供的技术方案，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。