一种利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统及方法与流程

本发明涉及一种利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统及方法，属于一种清洁能源制备系统。

背景技术：

目前，全球气候变化、温室效应产生已经是不争的事实，碳排放正在影响人们的生活、污染环境，如何降低碳排放量成为各国学者、专家以及国家领导人共同关注的话题。

2015年9月，《国家应对气候变化规则（2014-2020）》发布，明确指出到2020年碳排放强度比2005年下降40%-45%。2015年11月，在巴黎“气候变化巴黎大会”上发表的《携手构建合作共赢、公平合理的气候变化治理机制》中指出：中国将于2030年左右使碳排放达到峰值，单位国内生产总值碳排放比2005年下降60%-65%。在此背景下，“碳排放”、“碳足迹”、“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式”、“低碳社会”、“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生。

目前，降低碳排放主要有三种技术方向和选择：一是采取化石能源的替代技术，主要包括清洁能源替代技术、可再生能源技术；二是提高能效，实现降低单位生产总值碳排放量；三是碳埋存及生物碳汇技术。目前国内化石能源占比较高（具体多少），用清洁能源及可再生能源替代进程缓慢，且可再生能源存在不稳定性；提高能效虽降低单位生产总值碳排放量，但制标不治本；生物碳汇技术尚未成熟，碳埋存虽将二氧化碳成功储存于地下，但投入成本大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统及方法。利用低谷电制甲醇，为电网侧实现移峰填谷，回收CO/CO₂合成甲醇，不仅降低企业碳排放量，满足国家排放标准的同时，生成以甲醇为主的液体燃料。本发明实现电网侧削峰填谷，降低企业碳排放量，还可提供氧、甲醇等产品给企业带来收益，实现国家和企业双赢。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统的结构特点在于：包括电解水装置、二氧化碳捕集装置、甲醇合成装置、压缩机、烟囱、氧气管路、液氧管路、氢气管路和二氧化碳管路，所述电解水装置和电网连接，所述氧气管路和电解水装置连接，所述液氧管路和氧气管路连接，所述压缩机安装在液氧管路上，所述电解水装置和甲醇合成装置通过氢气管路连接，所述烟囱和二氧化碳捕集装置连接，所述二氧化碳捕集装置和甲醇合成装置通过二氧化碳管路连接。

作为优选，本发明系统利用低谷电，实现削峰填谷，降低碳排放。

作为优选，本发明还包括二甲醚合成装置，所述二甲醚合成装置和甲醇合成装置连接。

作为优选，本发明还包括软化水管，所述软化水管和电解水装置连接。

一种使用所述的系统进行利用低谷电制甲醇降低碳排放量的方法，其特点在于：所述方法的步骤如下：

电解水装置利用电网的低谷电电解软化水，H₂O=H₂+0.5O₂，其中：

阴极的电化学反应方程：2H⁺ + 2e^-=H₂，

阳极的电化学反应方程：O^2-=0.5O₂ + 2e^-，

1个H₂O生成1个H₂和0.5个O₂，其中高纯度O₂按需供给，直接储存或经压缩机制成液氧储存；利用二氧化碳捕集装置从烟囱排烟气体中捕集CO₂，降低企业CO₂排放量，捕集的CO₂与电解水制出的高纯度H₂作为原料按比例混合进入甲醇合成装置，并在催化剂的作用下生成甲醇，其中发生的反应有：CO₂+3H₂→CH₃OH + H₂O。

作为优选，本发明将生成的甲醇进入二甲醚合成装置生成二甲醚，其中发生的反应为：2CH₃OH→CH₃OCH₃ + H₂O。

作为优选，本发明所述二氧化碳捕集装置、甲醇合成装置和压缩机均为模块化结构。

作为优选，本发明所述二氧化碳捕集装置捕集烟囱排放的烟气中的CO₂气体直接作为原料进入甲醇合成装置生成甲醇。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、模块设计。低谷电制取氢气合成甲醇燃料系统可随降低碳排放量需求而模块化设计，提高系统设计灵活性，系统扩容简单。2、削峰填谷。利用低谷电电解水制氢生成甲醇，有利于电网侧削峰填谷。3、变废为宝。原需要通过碳交易实现排放的CO₂变成甲醇，为企业带来效益。4、社会效益。降低碳排放量的同时，提供甲醇、二甲醚等液体燃料，有利于中国的能源安定安全可靠地供给，有利于国家的安全。

本发明利用低谷电制甲醇，为电网侧实现移峰填谷，回收CO₂合成甲醇，不仅降低企业碳排放量，满足国家排放标准的同时，生成以甲醇为主的液体燃料。研究表明：甲醇按比例直接掺混到汽油中，可以大大降低直接燃烧后排放的NO_X和PM（颗粒物）。此外甲醇市场需求量大，下游应用领域广泛，是二甲醚、醋酸、烯烃等化工产品的合成原料。本发明中电解水、二氧化碳捕集、甲醇合成装置技术成熟可靠，将原直接排放或者需要通过碳交易实现排放的CO₂变成甲醇，变废为宝。本发明在开辟能源合成新途径、节能减排等方面具有重要的经济价值和战略意义。

附图说明

图1是本发明实施例1中利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统的结构示意图。

图2是本发明实施例2中利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统的结构示意图。

图中：1、电解水装置；2、二氧化碳捕集装置；3、甲醇合成装置；4、二甲醚合成装置；5、压缩机；6、烟囱。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1。

参见图1，本实施例中利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统包括电解水装置1、二氧化碳捕集装置2、甲醇合成装置3、压缩机5、烟囱6、氧气管路、液氧管路、氢气管路和二氧化碳管路，电解水装置1和电网连接，氧气管路和电解水装置1连接，液氧管路和氧气管路连接，压缩机5安装在液氧管路上，电解水装置1和甲醇合成装置3通过氢气管路连接，烟囱6和二氧化碳捕集装置2连接，二氧化碳捕集装置2和甲醇合成装置3通过二氧化碳管路连接。本实施例还可以包括软化水管，软化水管和电解水装置1连接。

本实施例中利用低谷电制甲醇降低碳排放量的方法的步骤如下：

电解水装置1利用电网的低谷电电解软化水，H₂O=H₂+0.5O₂，其中：

阴极的电化学反应方程：2H⁺ + 2e^-=H₂，

阳极的电化学反应方程：O^2-=0.5O₂ + 2e^-，

1个H₂O生成1个H₂和0.5个O₂，其中高纯度O₂按需供给，直接储存或经压缩机5制成液氧储存；利用二氧化碳捕集装置2从烟囱6排烟气体中捕集CO₂，降低企业CO₂排放量，捕集的CO₂与电解水制出的高纯度H₂作为原料按比例混合进入甲醇合成装置3，并在催化剂的作用下生成甲醇，其中发生的反应有：CO₂+3H₂→CH₃OH + H₂O。

本实施例中的二氧化碳捕集装置2、甲醇合成装置3和压缩机5均可以为模块化结构。二氧化碳捕集装置2捕集烟囱6排放的烟气中的CO₂气体直接作为原料进入甲醇合成装置3生成甲醇。

实施例2。

参见图2，本实施例中利用低谷电制甲醇降低碳排放量的系统与实施例1基本相同，不同之处在于：还包括二甲醚合成装置4，二甲醚合成装置4和甲醇合成装置3连接。

本实施例中利用低谷电制甲醇降低碳排放量的方法与实施例1基本相同，不同之处在于：将生成的甲醇进入二甲醚合成装置4生成二甲醚，其中发生的反应为：2CH₃OH→CH₃OCH₃ + H₂O。

本发明利用夜间低谷电电解水，产生H₂和O₂，利用二氧化碳捕集装置2回收烟气中的CO₂，将H₂和CO₂混合在催化剂作用下合成甲醇，实现降低碳排放量，生成液体燃料的目的。各装置模块化高效集成，实现降低碳排放量的可控性，增加系统的灵活性。电解水装置1利用低谷电，有利于电网侧削峰填谷。电解水制出的高纯度O₂可按需供给，直接储存或经压缩机5制成液氧储存。电解水制出的高纯度H₂作为原料进入甲醇合成装置3与CO₂气体混合在催化剂作用下生成甲醇。二氧化碳捕集装置2捕集的CO₂气体，直接作为原料进入甲醇合成装置3与H₂混合在催化剂作用下生成甲醇，降低企业CO₂排放量。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。