CN105585426A - 秸秆控氧裂解合成甲醇的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种秸秆控氧裂解合成甲醇的方法及装置。本发明的目的是提供一种秸秆控氧裂解合成甲醇的方法及装置，以充分利用秸秆，降低对环境的污染，同时转化成可再生清洁能源替代化石能源。本发明的技术方案是：一种秸秆控氧裂解合成甲醇的方法，其特征在于步骤如下：粉碎—高浓度氧环境下裂解—除尘—降温—储存—初级增压—脱氧—脱出二氧化碳并调配氢碳比—加压—合成—分离。本发明适用于秸秆的无污染消纳和资源化利用领域。<!-- 2 -->

Description

秸秆控氧裂解合成甲醇的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种秸秆控氧裂解合成甲醇的方法及装置。适用于秸秆的无污染消纳和资源化利用领域。
背景技术
目前中国农业秸秆禁烧工作非常艰难，秸秆的无污染消纳和资源化利用一直没有很好的出路。回田会影响农业的可持续种植，更为严重的是秸秆是源于阳光空气和水的生物质能源，回田自然分解产生二氧化碳的同时还会产生大量的甲烷气体，甲烷的大气温室作用是二氧化碳的20倍以上。因此，从长期来看，回田比焚烧的危害更严重。秸秆制肥，大量生物质能源成分实际上只是作为填充料回田，这和整体回田的结果没有不同。做建材和造纸只是换种方式加以延缓处理而已，更何况消纳数量有限，无法解决大局。做饲料发展养殖业，也存在消纳数量的问题。
秸秆发电，目前采用的是直燃或气化在二次燃烧，直燃氮氧化物不达标正在被禁止；气化是用空气助燃温度最高只能到950度，会产生焦油和有害气体，二次燃烧高温可消除焦油和有害气体，但是氮氧化物将超标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种秸秆控氧裂解合成甲醇的方法及装置，以充分利用秸秆，降低对环境的污染，同时转化成可再生清洁能源替代化石能源。
本发明所采用的技术方案是：一种秸秆控氧裂解合成甲醇的方法，其特征在于步骤如下：粉碎—高浓度氧环境下裂解—除尘—降温—储存—初级增压—脱氧—脱出二氧化碳并调配氢碳比—加压—合成—分离；
a、粉碎，秸秆经秸秆粉碎机粉碎；
b、高浓度氧环境下裂解，秸秆粉碎后送入控氧裂解炉，往控氧裂解炉内输入高浓度氧气进行助燃使部分秸秆燃烧产生热量供其余秸秆分解裂解，产生氢气、一氧化碳和二氧化碳混合的裂解气；
c、除尘，裂解气经过高温膜除尘器除去灰尘颗粒；
d、降温，除尘后的裂解气经换热降温装置降温；
e、储存，降温后的裂解气送入裂解气储罐储存；
f、初级增压，裂解气增压装置从裂解气储罐抽取裂解气进行初级增压；
g、脱氧，增压后的裂解气送入脱氧塔去除氧气；
h、脱出二氧化碳并调配氢碳比，除氧后的裂解气输入脱二氧化碳调配氢碳比装置调整氢气与一氧化碳的比例，并将多余的一氧化碳和二氧化碳分离形成分离气，去除分离气的裂解气形成甲醇原料气；
i、加压，甲醇原料气经加压装置加压；
j、合成，经加压的甲醇原料气输送到甲醇合成塔合成甲醇；
k、分离，通过甲醇分离器将甲醇和驰放气分离。
步骤d中换热降温装置采用裂解气蒸汽装置，高温裂解气经裂解气蒸汽装置降温的同时加热软水产生水蒸汽补充到控氧裂解炉内。
将分离气和驰放气送入燃气发电机组燃烧发电。
一种秸秆控氧裂解合成甲醇的装置，其特征在于：包括秸秆裂解装置和裂解气合成甲醇装置，其中：
秸秆裂解装置具有秸秆粉碎机和控氧裂解炉，所述秸秆粉碎机与控氧裂解炉上端进料口之间设有秸秆输送装置，该控氧裂解炉与空分制氧机的出气口连通；
裂解气合成甲醇装置包括脱二氧化碳调配氢碳比装置和甲醇合成塔，所述控氧裂解炉上端的出气口依次经高温膜除尘器和裂解气蒸汽装置连通裂解气储罐，裂解气储罐经裂解气增压装置和脱氧塔连通脱二氧化碳调配氢碳比装置，该脱二氧化碳调配氢碳比装置的原料出气口依次经加压装置和甲醇合成塔连通甲醇分离器。
具有发电装置，该发电装置具有燃气内燃机发电机组，燃气内燃机发电机组连通甲醇分离器的出气口和脱二氧化碳调配氢碳比装置的分离气出气口。
所述燃气内燃机发电机组连通所述裂解气储罐。
所述裂解气蒸汽装置的进水管接入软水，裂解气蒸汽装置的水蒸气出气管连通控氧裂解炉。
所述控氧裂解炉上端进料口设有螺杆送料装置，控氧裂解炉下部设有旋转机构。
本发明的有益效果是：1)通过空气与分离制氧供秸秆热裂解，是直接将秸秆部分热值直接转化成裂解所需要的热量，热效率高；2)利用高浓度氧使裂解气中的氮气极少，既减少废热产生，又提高裂解气热值，使裂解气工业价值提高，同时裂解气的净化负荷大幅降低，处理成本降低；3)选用燃气内燃机发电，可以使发电效率提高，并且可以适应不同的秸秆处理规模的需要，同时可以满足甲醇、热电三联产的特点，用户可以根据需求进行选择热电和甲醇的比例，实现秸秆能源化利用的多元化目标。在对外输出不需要热电的情况下，热电只供应合成甲醇，起到可长久和随意储存生物质能源的作用，并可以经济性地异地输送。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括秸秆裂解装置、裂解气合成甲醇装置和发电装置。
其中秸秆裂解装置具有秸秆粉碎机1、秸秆输送装置2、控氧裂解炉3(市售产品，型号：JYO2，由常州洁源环保科技有限公司配套生产)和空分制氧机14(市售产品，型号：FLO-260M，由江西富氧力科技有限公司定制生产)，秸秆粉碎机1通过秸秆输送装置2与设于控氧裂解炉3上端进料口的螺杆送料装置衔接，空分制氧机14的出气口与控氧裂解炉3连通。
秸秆进入秸秆粉碎机1后能够自动按裂解工艺要求将秸秆粉碎并送入秸秆输送装置2，两者是同步衔接，使秸秆不会堵塞，秸秆粉碎机1一工作，秸秆输送装置2将同步启动，将粉碎好的秸秆自动输送到控氧裂解炉3内。通过在控氧裂解炉3上端进料口设置的螺杆式送料装置，利用秸秆自动进行密封，能够防止裂解气从秸秆输送装置2和控氧裂解炉3的衔接口泄漏。本例中控氧裂解炉3炉内壁有可耐高温1200℃以上的耐火材料防护，炉下部设置旋转机构可自动排出草木灰，并且出灰是采用通用的螺杆旋拉排灰，草木灰起到炉底密封作用，防止裂解气21从炉底泄漏或空气泄漏进炉内。
裂解气合成甲醇装置包括高温膜除尘器4、裂解气蒸汽装置5、脱氧塔6、脱二氧化碳调配氢碳比装置7(型号：FYLC-1200M，江西富氧力科技有限公司生产，通过变压吸附的方式分离二氧化碳和多余的一氧化碳气体，一氧化碳的分离量是可控的，以确保合成甲醇原料气的氢碳比)、甲醇合成塔8(型号：SYM-10T，由扬州天浩化工设备有限公司定型配套生产提供)和甲醇分离器9(型号：SYF-100-3I，由扬州天浩化工设备有限公司定型配套生产提供)。控氧裂解炉3上端的出气口依次经高温膜除尘器4和裂解气蒸汽装置5连通裂解气储罐12，裂解气储罐12经裂解气增压装置11和脱氧塔6连通脱二氧化碳调配氢碳比装置7，该脱二氧化碳调配氢碳比装置的原料出气口依次经加压装置10和甲醇合成塔8连通甲醇分离器9。
本例中裂解气蒸汽装置5的进水管接入软水，裂解气蒸汽装置的水蒸气出气管连通控氧裂解炉3。进入裂解气蒸汽装置5的裂解气温度很高，可以产生高压蒸汽，因此裂解气蒸汽装置5具备双路系统，第一路产高压蒸汽可以用于其它用途，第二路是被降温的裂解气加热低压蒸汽供控氧裂解炉3使用。在无高压蒸汽用途的场合，可以加大供水量直接产生低压蒸汽或热水，可对外做取暖热水使用，以满足甲醇、热电三联产的作用。
本实施例中发电装置具有燃气内燃机发电机组13，燃气内燃机发电机组13的燃气吸气口连通甲醇分离器9的出气口、脱二氧化碳调配氢碳比装置7的分离气出气口和裂解气储罐12。
甲醇分离器9出来的驰放气和脱二氧化碳调配氢碳比装置7出来的分离气混合一起输送到燃气内燃机发电机组13发电，产生的三相电力分别供应秸秆粉碎机1、秸秆输送装置2、裂解气增压装置11、加压装置10等动力设备中的电机使用，如果发电输出电力不足，将从裂解气储罐12抽取部分裂解气补充发电，以达到全系统电力自平衡。
本例中合成甲醇所需要的电力自平衡的燃料来源是合成气净化过程中和甲醇副产物中的可燃性气体，所以对净化要求和副产物的控制就没有原来合成甲醇工艺的要求高，就可以大幅度降低设备造价，提高设备使用寿命，使分布式秸秆甲醇的生产设备投资回收期缩短，增加能源农业的收益。
本实施例中提到的其它设备均可作为标配件或通用件选购。
本实施例的工作原理如下：
a、秸秆经秸秆粉碎机1粉碎处理；
b、秸秆经粉碎处理后直接通过秸秆输送装置2送入到控氧裂解炉3裂解，空气经空分制氧机14产生93％的高浓度氧气输入控氧裂解炉3进行助燃使部分秸秆燃烧产生热量供其它秸秆分解裂解，产生氢气、一氧化碳和二氧化碳混合裂解气；
c、裂解气出炉温度很高，经高温膜除尘器4除尘；
d、然后进入裂解气蒸汽换热器5，裂解气降温的同时加热输入的软水产生蒸汽补充到控氧裂解炉3内，促进秸秆更好地分解，提高裂解气中的氢气和一氧化碳浓度，降低二氧化碳浓度；
e、降温后的裂解气送入裂解气储罐12进行储存；
f、裂解气压缩机11从裂解气储罐12抽取裂解气进行初级增压，达到进入脱氧塔6的工艺要求；
g、经增压后的裂解气在脱氧塔6去除氧气；
h、除氧后的裂解气输入脱二氧化碳调配氢碳比装置7将二氧化碳和多余的一氧化碳分离成分离气，去除分离气后的裂解气就转变成甲醇原料气，该甲醇原料气符合甲醇合成要求的氢气和一氧化碳比例(理论值2：1)；
i、甲醇原料气经加压装置10加压到满足甲醇合成塔8的工艺要求；
j、经加压的甲醇原料气输送到甲醇合成塔8合成甲醇；
k、通过甲醇分离器9将甲醇合成塔8合成的甲醇和驰放气分离。
本实施例中当不需要生产甲醇时，裂解气进入裂解气储罐12后，不再到裂解气压缩机11，全部引入到燃气内燃机发电机组13发电。这样所有的秸秆经过控氧裂解产生的裂解气经过高温膜除尘器4、裂解气蒸汽换热器5就可以全部用于发电。而因为控氧裂解炉3需要的蒸汽是常压，所以裂解气蒸汽换热器5就可以根据需要进行调节，输出部分低压蒸汽供控氧裂解炉3使用，多余的热量加大供水量以产生热水输出或低压蒸汽输出，使系统完全切换成秸秆热电站。

Claims (8)

1.一种秸秆控氧裂解合成甲醇的方法，其特征在于步骤如下：粉碎—高浓度氧环境下裂解—除尘—降温—储存—初级增压—脱氧—脱出二氧化碳并调配氢碳比—加压—合成—分离；
a、粉碎，秸秆经秸秆粉碎机(1)粉碎；
b、高浓度氧环境下裂解，秸秆粉碎后送入控氧裂解炉(3)，往控氧裂解炉(3)内输入高浓度氧气进行助燃使部分秸秆燃烧产生热量供其余秸秆分解裂解，产生氢气、一氧化碳和二氧化碳混合的裂解气；
c、除尘，裂解气经过高温膜除尘器(4)除去灰尘颗粒；
d、降温，除尘后的裂解气经换热降温装置降温；
e、储存，降温后的裂解气送入裂解气储罐(12)储存；
f、初级增压，裂解气增压装置(11)从裂解气储罐(12)抽取裂解气进行初级增压；
g、脱氧，增压后的裂解气送入脱氧塔(6)去除氧气；
h、脱出二氧化碳并调配氢碳比，除氧后的裂解气输入脱二氧化碳调配氢碳比装置(7)调整氢气与一氧化碳的比例，并将多余的一氧化碳和二氧化碳分离形成分离气，去除分离气后的裂解气就形成了甲醇原料气；
i、加压，甲醇原料气经加压装置(10)加压；
j、合成，经加压的甲醇原料气输送到甲醇合成塔(8)合成甲醇；
k、分离，通过甲醇分离器(9)将甲醇和驰放气分离。
2.根据权利要求1所述的秸秆控氧裂解合成甲醇的方法，其特征在于：步骤d中换热降温装置采用裂解气蒸汽装置(5)，高温裂解气经裂解气蒸汽装置(5)降温的同时加热软水产生水蒸汽补充到所述控氧裂解炉(3)内。
3.根据权利要求1或2所述的秸秆控氧裂解合成甲醇的方法，其特征在于：将分离气和驰放气送入燃气内燃机发电机组(13)燃烧发电。
4.一种秸秆控氧裂解合成甲醇的装置，其特征在于：包括秸秆裂解装置和裂解气合成甲醇装置，其中：
秸秆裂解装置具有秸秆粉碎机(1)和控氧裂解炉(3)，所述秸秆粉碎机(1)与控氧裂解炉(3)上端进料口之间设有秸秆输送装置(2)，该控氧裂解炉与空分制氧机(14)的出气口连通；
裂解气合成甲醇装置包括脱二氧化碳调配氢碳比装置(7)和甲醇合成塔(8)，所述控氧裂解炉(3)上端的出气口依次经高温膜除尘器(4)和换热降温装置连通裂解气储罐(12)，裂解气储罐(12)经裂解气增压装置(11)和脱氧塔(6)连通脱二氧化碳调配氢碳比装置(7)，该脱二氧化碳调配氢碳比装置的原料出气口依次经加压装置(10)和甲醇合成塔(8)连通甲醇分离器(9)。
5.根据权利要求4所述的秸秆控氧裂解合成甲醇的装置，其特征在于：具有发电装置，该发电装置具有燃气内燃机发电机组(13)，燃气内燃机发电机组(13)连通甲醇分离器(9)的出气口和脱二氧化碳调配氢碳比装置(7)的分离气出气口。
6.根据权利要求5所述的秸秆控氧裂解合成甲醇的装置，其特征在于：所述燃气内燃机发电机组(13)连通所述裂解气储罐(12)。
7.根据权利要求4～6任意一项所述的秸秆控氧裂解合成甲醇的装置，其特征在于：所述换热降温装置采用裂解气蒸汽装置(5)，该裂解气蒸汽装置的进水管接入软水，裂解气蒸汽装置的水蒸气出气管连通控氧裂解炉(3)。
8.根据权利要求4所述的秸秆控氧裂解合成甲醇的装置，其特征在于：所述控氧裂解炉(3)上端进料口设有螺杆送料装置，控氧裂解炉下部设有旋转机构。
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