基于富氧燃烧烟气制备甲醇的系统及方法与流程

本申请涉及燃烧烟气利用，尤其涉及基于富氧燃烧烟气制备甲醇的系统及方法。

背景技术：

1、目前大气co2浓度的急剧升高，为应对这一危机提出双碳目标，进行深度的碳减排研究。发电行业是碳排放最大的行业占总碳排放的比例接近50％，主要通过烟气的形式排放到空气中。将燃烧的烟气的co2捕集后制成化工和能源产品，是解决发电行业碳排放的重要技术路线。其中烟气的co2捕集有分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧三种工艺，燃烧烟气主要是燃烧后捕集和富氧燃烧两者产生，且对富氧燃烧工艺由于发电系统的燃烧发电单元、除尘等设备的漏风率较高，在实际应用上存在较大困难。

2、甲醇既是基础的化工原料也是一种新能源载体，因此将燃烧烟气的co2捕集后制成甲醇是具有可行性前景的，相关技术路线为：捕集燃烧烟气中的co2与氢气合成甲醇，但该路线存在较多问题：例如运用场景限制较大所在地必须同时具有碳源和氢源且氢气和co2的运输成本较高；以及燃烧烟气中co2捕集一般采用化学吸收法，其解析工段的能耗比较高；此外化学吸收法捕集co2的压力低，后续合成甲醇时需要对气体进行加压，增加了控制的复杂性和电耗。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出基于富氧燃烧烟气制备甲醇的系统及方法，整个系统实现了富氧燃烧、碳捕集、电解、合成甲醇过程有机整合，同时避免了燃烧发电单元漏风率较高对富氧燃烧的不利影响，实现了无碳排放情况下，生产绿色甲醇。同时燃烧烟气中co2浓度高达89.5％，大幅降低碳捕集运行能耗和费用。

2、为达到上述目的，本申请提出了基于富氧燃烧烟气制备甲醇的系统，包括：

3、燃烧发电单元，其利用助燃混合气富氧燃烧发电并输出燃烧烟气，其中燃烧烟气中c1部分进入混合器；所述混合器内贮存有所述助燃混合气；

4、碳捕获单元，其包括碳捕集组件和碳解析组件；其中所述碳捕集组件利用吸收液对剩余的燃烧烟气中的co2进行捕集溶解；所述碳解析组件与所述碳捕集组件连接，用于对溶解有co2的部分吸收液解析并将析出的co2输入所述混合器；该部分吸收液中燃烧烟气的含量为c2；

5、电解单元，其与所述碳捕获单元连接并对剩余的溶解有co2的吸收液进行电解；电解产生的氧气输入所述混合器，co和氢气输入下游；其中所述电解单元电解的所述吸收液中燃烧烟气的含量为c3，以及

6、甲醇合成单元，其与所述电解单元连接并将所述电解单元输出的co和氢气合成甲醇。

7、在一些实施中，根据甲醇产量和所述燃烧发电单元的漏风率调节c1、c2和c3的流量比例。

8、在一些实施中，还包括压缩单元，其分别与所述碳捕集组件和所述电解单元连接，用于将所述碳捕集组件输出的剩余吸收液压缩，以使得电解单元电解吸收液得到co和氢气组成的高压合成气。

9、在一些实施中，所述压缩单元对吸收液加压至5-8mpa。

10、在一些实施中，所述调节c1、c2和c3比例的方法为：

11、根据燃烧发电单元状态确定助燃混合气的氧浓度s、进入所述燃烧发电单元的过氧空气系数k及所述燃烧发电单元的漏风系数m；

12、根据燃料元素分析，计算单位燃料时的理论氧气量为q0和单位燃料时燃烧烟气的流量qc；

13、

14、

15、其中q0表示单位燃料时所需的理论氧气量，nm3/kg；c、h、o分别表示燃料的碳、氢、氧元素百分含量，％；qc为单位燃料时燃烧烟气的流量，nm3/kg；qa为单位燃料时助燃混合气量；qb为单位燃料时漏风量；m为所述燃烧发电单元的漏风系数，％；

16、计算过程参数并利用如下公式计算得到c1、c2和c3的比例α、β、γ；

17、

18、

19、β＝1-α-γ；其中f1、f2、f3、f4均为过程参数。

20、在一些实施中，燃烧烟气c中，co2、o2和n2的浓度分别为a1，a2，a3；其中a1，a2，a3的计算方式如下：

21、

22、

23、

24、在一些实施中，f1＝1.867*c/qc；

25、f2＝3.76*mq0/qc；

26、f3＝kq0(1/s-1)/qc+f1；

27、f4＝kq0/qc-1.5f1；

28、其中q0表示单位燃料时所需的理论氧气量，nm3/kg；qc为单位燃料时燃烧烟气的流量，nm3/kg；m为所述燃烧发电单元的漏风系数，％；k为进入所述燃烧发电单元的过氧空气系数；c为单位燃料的燃烧烟气总流量，nm3/kg。

29、在一些实施中，其中燃烧发电单元状态确定助燃混合气中氧浓度s、进入所述燃烧发电单元的过氧空气系数k利用如下公式进行计算；

30、

31、kq0＝qc*1.5*γ*a1+qc*α*a2；

32、其中qc为单位燃料时燃烧烟气的流量，nm3/kg；q0表示单位燃料时理论氧气量，nm3/kg；c1、c2和c3的比例α、β、γ；燃烧烟气c中co2、o2和n2的浓度分别为a1，a2，a3。

33、根据本申请的第二个方面提出了基于富氧燃烧烟气制备甲醇的方法，利用上述任一实施例中所述的系统进行制备甲醇包括：

34、燃烧发电单元利用助燃混合气富氧燃烧发电并输出燃烧烟气，其中燃烧烟气中c1部分进入混合器；所述混合器内贮存有所述助燃混合气；

35、碳捕集组件利用吸收液对剩余的燃烧烟气中的co2进行捕集，所述碳解析组件对部分吸收液中吸附的co2进行解析并将解析出的co2输入所述混合器；其中部分吸收液中燃烧烟气的含量为c2；

36、电解单元接收剩余的吸收液进行电解产生氧气、co和氢气；氧气输入所述混合器，co和氢气进入甲醇合成单元合成甲醇。

37、在一些实施中，利用压缩单元对进入电解单元的吸收液加压至5-8mpa，并根据甲醇产量和所述燃烧发电单元的漏风率调节c1、c2和c3的比例。

38、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.基于富氧燃烧烟气制备甲醇的系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，根据甲醇产量和所述燃烧发电单元的漏风率调节c1、c2和c3的流量比例。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括压缩单元，其分别与所述碳捕集组件和所述电解单元连接，用于将所述碳捕集组件输出的剩余吸收液压缩，以使得电解单元电解吸收液得到co和氢气组成的高压合成气。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述压缩单元对吸收液加压至5-8mpa。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调节c1、c2和c3比例的方法为：

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，燃烧烟气c中，co2、o2和n2的浓度分别为a1，a2，a3；其中a1，a2，a3的计算方式如下：

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，其中燃烧发电单元状态确定助燃混合气中氧浓度s、进入所述燃烧发电单元的过氧空气系数k利用如下公式进行计算；

9.基于富氧燃烧烟气制备甲醇的方法，其特征在于，利用上述权利要求1-8中任一所述的系统进行制备甲醇包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，利用压缩单元对进入电解单元的吸收液加压至5-8mpa，并根据甲醇产量和所述燃烧发电单元的漏风率调节c1、c2和c3的比例。

技术总结
本申请提出基于富氧燃烧烟气制备甲醇的系统及方法，系统包括燃烧发电单元，其利用助燃混合气富氧燃烧发电并输出燃烧烟气；碳捕获单元包括碳捕集组件和碳解析组件；碳捕集组件利用吸收液对剩余的燃烧烟气中的CO<subgt;2</subgt;进行捕集溶解；碳解析组件与碳捕集组件连接，用于对溶解有CO<subgt;2</subgt;的部分吸收液解析并将析出的CO<subgt;2</subgt;输入混合器；电解单元碳捕获单元连接并对剩余的溶解有CO<subgt;2</subgt;的吸收液进行电解；CO和氢气输入下游甲醇合成单元合成甲醇。本实施例实现了富氧燃烧、碳捕集、电解、合成甲醇过程有机整合，同时避免了燃烧发电单元漏风率较高对富氧燃烧的不利影响，实现了无碳排放情况下生产绿色甲醇。

技术研发人员：陈建宏,熊健,吴其荣,舒斌,龚睿杰,高鹏,范茂琳,张晓辉,唐小健,刘舒巍,史旭,杨洋,周川雄
受保护的技术使用者：重庆远达烟气治理特许经营有限公司科技分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17