CN108779050A - 生产甲醇产物的集成系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于生产甲醇产物的改进系统和方法。本公开的系统和方法使用用于提供富含甲烷的气体进料的气体进料装置和用于将富含甲烷的气体进料转化为甲醇产物的设备。所述设备包括用于转化富含甲烷的气体进料中存在的一种或多种气体组分的自热重整装置。所述自热重整装置被配置为部分地氧化富含甲烷的气体进料以使自热重整装置在运行时维持在工作温度。而且，自热重整装置使用由能源、优选可再生能源产生的电力以在自热重整装置中提供额外的加热以在运行时维持工作温度。

Description

生产甲醇产物的集成系统和方法
技术领域
本公开涉及生产甲醇和类似物质。特别地，本公开涉及用于由富含甲烷的气体(诸如生物气和天然气)生产甲醇产物的集成系统和方法。
背景
生物气是指在没有氧的情况下由有机物质的生物分解产生的气体燃料。它由生物可降解材料(诸如生物质、粪肥、污水、城市垃圾、绿色垃圾、植物材料和农作物)的厌氧消化或发酵产生。生物气主要包含甲烷和二氧化碳，并且它的生产在现有技术中是公知的。此外，在甲醇的生产中可以见到生物气的谨慎使用。
甲醇也被称为木醇，是一种多用途化合物，其用于工业产品和家用产品。传统上，甲醇作为木材的破坏性蒸馏的副产物而产生。目前，主要使用碳氢化合物、并且特别使用甲烷作为原料生产甲醇。在当代甲醇生产中，利用原料材料来生产合成气。因此，将合成气处理以将其转化为甲醇。富含甲烷的原料材料的实例包括但可以不限于天然气和生物气。
大多数已知的生产甲醇的方法利用天然气和/或生物质作为原料材料。这些原料材料通常含有需要除去的含硫化合物和其他有害化合物。为了除去含硫化合物，可以进行Co/Mo加氢脱硫，然后进行ZnO处理。其他技术也是可用的，包括吸附到活性材料(诸如活性炭)上，以及公知的用于除去硫的克劳斯工艺等。生产合成气的方法在蒸汽重整反应中使用中压蒸汽，温度大约在750℃至900℃的范围内。
之后，合成气被转化为甲醇。此外，来自使用甲烷作为主要进料气体的此类方法中的剩余的氢从合成回路中被除去，并且可以作为单独的产物被输出或被用于给定的化学复合物内的其他地方。然而，已知的方法并不总是利用甲醇合成中产生的所有副产物。另外，已知方法的蒸汽重整步骤利用一些甲烷气体的燃烧以满足蒸汽重整反应的热力学需求并产生相关的所需高温，使得正向反应变得热力学有利。因此，燃烧相当大比例的甲烷会导致原料材料的大量损失。
在其他现有技术中，可以由可再生能源生产甲醇。采用使用生物质和水作为主要原料材料的方法。可替代地，可以使用天然气或生物气的自热重整。然而，这些方法不能利用在合成气生产中产生的所有副产物。而且，原料材料不能被有效利用。此外，由这些方法生产的甲醇收率是相对低的。
用于催化甲醇生产的合成气是通过选择生物质的气化、燃烧后捕获的CO2和用于获得氢的水电解而产生的。电解过程需要能量(即，用于产生氢)，其可以由可再生能源提供。然而，目前，可再生能量仅贡献了主要经由水电解的商业氢生产的约5％，而其他95％的氢主要来自化石燃料1。可再生的氢生产尚未普及，因为成本仍然是高的，并且大型电解装置的可用性差。随着技术进步，成本不断下降，光伏水电解可以变得更具竞争力；但是，小能带隙半导体材料的大量使用可能会导致严重的生活周期环境影响。然而，使用TiO2用于氢生产的光催化水裂解提供了一种有希望的方式，其通过太阳能而清洁、低成本和环境友好地生产氢2。
通常，生物气到液体燃料的转换器需要大量的设备和投资资本。这些转化器在现场需要非常大量的生物气体来证明大规模甲醇生产的建设、运输和运行是合理的。用于由生物气体生产低压粗甲醇的鲁奇法是非常大规模的生产的一个实例。
类似地，甲烷到液体燃料的方法(诸如费希尔-特罗普希法)已经见到商业用途。然而，这些方法可能难以控制并且经常遭受催化剂失活。这些方法在非常大的体积下也仅是经济的，其需要大量初始资本投资。因此，现有技术中没有一种能够提供用于形成烃燃料的可扩展的、廉价且可靠的方法，也不能在可调节体积的生物气源中被经济地部署。
因此，可以是集成系统以消化废物和利用由废物产生的生物气变为甲醇的新方法可能是期望的。
鉴于与已知方法相关的前述问题，需要有效利用原料材料和可再生的太阳能源或风能源的系统和方法。另外，所述系统和方法应利用可用的替代物来满足反应的吸热要求。而且，所述系统和方法应能够实现所需产物(包括但不限于合成气和甲醇)的最大可能的产率。此外，所述系统和方法应使用由可再生能量清洁、低成本和环境友好地生产氢，从而利用可再生副产物或农业副产物而不产生不需要的副产物。
概述
本公开试图提供用于生产甲醇产物的集成系统。
此外，本公开试图提供使用集成系统来生产甲醇产物的改进方法，所述集成系统具有气体进料装置和用于将来自气体进料装置的气体进料转化成甲醇产物的设备。
根据本公开的第一方面，提供了用于生产甲醇产物的集成系统。所述系统包括用于提供富含甲烷的气体进料的气体进料装置。所述系统还包括用于将富含甲烷的气体进料转化成甲醇产物的设备。所述设备包括用于转化富含甲烷的气体进料中存在的一种或多种气体组分的自热重整装置。自热重整装置被配置为部分地氧化富含甲烷的气体进料以使自热重整装置在运行时维持在工作温度。自热重整装置还使用由能源(优选可再生能源)产生的电力以在自热重整装置中提供额外的加热以用于在运行时、特别在转化器的出口处维持工作温度。
在本公开的一实施方案中，用于将富含甲烷的气体进料转化为甲醇产物的设备还包括用于将添加剂添加到甲醇产物以构成液体燃料的连续流。
在本公开的一实施方案中，气体进料装置包括用于提供生物气作为富含甲烷的气体进料的有机废料消化装置。可替代地，气体进料装置包括用于提供天然气的天然气源，诸如通过“厌氧消化”(AD)，其产生通过发酵生物质而产生的富含甲烷的气体。
在本公开的一实施方案中，所述设备包括气体净化和分离装置，其用于净化富含甲烷的气体进料以除去其中的硫组分，并将净化的气体进料分离成至少二氧化碳和甲烷组分，其中甲烷组分被提供至自热重整装置以生产合成气，并且所述设备可操作地使合成气与二氧化碳组分在合成装置中反应以生产甲醇产物。
在本公开的一实施方案中，所述设备包括用于自热重整装置的氧进料。另外，所述设备包括电解装置，用于电解水以提供氧进料并为合成装置提供额外的氢进料。
在本公开的一实施方案中，可再生能源包括太阳能、风能、地热能、水电和潮汐能中的至少一种。
在本公开的一实施方案中，所述设备还包括搅拌罐、气体鼓泡罐和用于向甲醇产物添加添加剂以构成液体燃料的连续流中的一种。例如，添加剂包括聚乙二醇二硝酸酯、硝酸铵、脲、AvocetTM或它们的任意组合中的至少一种。
根据第二方面，提供了使用集成系统生产甲醇产物的方法，所述集成系统具有气体进料装置和用于将来自气体进料装置的气体进料转化成甲醇产物的设备。所述方法包括收集来自气体进料装置的富含甲烷的气体进料。此后，使用所述设备的自热重整装置以转化富含甲烷的气体进料中存在的一种或多种气体组分。此外，设置所述设备以部分地氧化富含甲烷的气体进料以使自热重整装置在运行时维持在工作温度。此外，设置所述设备以使用由能源(优选可再生能源)产生的电力以在自热重整装置中提供额外的加热以在运行中维持工作温度。
在本公开的实施方案中，所述方法还包括使用所述设备的气体净化和分离装置，以净化富含甲烷的气体进料以除去其中的硫组分，并且将净化的气体进料分离成至少二氧化碳和甲烷组分；和将甲烷组分提供至用于生产合成气的自热重整装置，并且使合成气与二氧化碳组分在合成装置中反应以生产甲醇产物。
在本公开的实施方案中，所述方法还包括使用所述设备的氧进料以将氧供应至自热重整装置。例如，所述方法包括使用所述设备的用于电解水的电解装置来向合成装置提供氧进料和氢进料。
在本公开的一实施方案中，所述方法还包括向甲醇产物添加添加剂以构成液体燃料。例如，添加剂包含聚乙二醇二硝酸酯、硝酸铵、脲、Avocet或它们的任意组合中的至少一种。
在本公开的实施方案中，富含甲烷的气体进料是来源于浆料的厌氧消化、生物质(诸如木屑)的部分氧化(partial ovidation)或任何类似源的生物气之一。
在本公开的一实施方案中，可再生能源包括太阳能、风能、地热能、水电和潮汐能中的至少一种。
在利用反应器的典型的自热重整中，反应器中的最高温度接近反应器的入口，并且在反应器的出口处遇到最低温度。这是不利的，因为蒸汽重整反应的平衡常数在较高温度下比在较低温度下变得更有利。因此，在典型的已知反应器中，一些甲烷原料不能被转化为合成气。在本公开的实施方案中，所述设备可操作地使用由可再生能源产生的辅助电力来在自热重整装置中提供额外的加热，以在甲醇生产期间将排出气体维持在其最佳工作温度。例如，富含甲烷的气体进料的部分氧化可以在自热重整装置的入口处维持所需的高温，并且由电力提供的加热可以在自热重整装置的出口处维持所需的高温。
本发明的优点在于，与使用常规蒸汽重整的其他方法相比，本公开中所述的操作中所使用的资金成本是非常低的。在本公开中，将生物气有益地用作原料材料。可以很容易地由生物质产生生物气。此外，使用可再生能源产生用于改善生物气向甲醇的转化的其他输入物(诸如氢和氧)。此外，完成自热重整以将甲烷气转化为合成气。自热重整使用氧、蒸汽和二氧化碳作为输入物以通过催化剂与甲烷反应。此外，向自热重整装置的出口部分添加补充热量导致未转化成合成气的甲烷的量减少。
特别是，用于生产生物气和甲醇的集成系统的优势是在农场情况中原料材料的最佳使用。来自木屑、溶液培养法和农场废物的富含甲烷的气体经通道引入生产甲醇的设备中。由于位置和物流使成本最小化。此外，在生产甲醇的设备中，通过使入口和出口之间的温差最小化，使自热重整装置的温度稳定用于最佳的甲醇生产。在常规系统中，由于自热重整装置从入口至出口的长度内的温度降低，甲醇生产逐渐减少。通常使用电来防止温度下降，但过高的成本使其成为不可行的解决方案。在本发明中，使用可再生能源提供能量，补充自热重整阶段期间释放的能量以维持温度一致性和稳定生产甲醇，从而使其成为效率高得多的系统。
应认识到，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本发明的特征易于以各种组合方式进行组合。
附图说明
现在将参照下面的图仅以举例的方式描述本发明的实施方案，其中：
图1是根据本公开的各种实施方案的用于生产甲醇产物的集成系统的各种功能组件的图示；
图2是根据本公开的各种实施方案的图1的集成系统的设备的各种功能组件的图示；
图3是根据本公开的各种实施方案的用于将富含甲烷的气体进料转化为甲醇产物的设备的详细视图的图示；
图4是根据本公开的一实施方案的用于使用集成系统来生产甲醇产物的方法的图示；
图5是根据本公开的另一实施方案的使用集成系统的设备来将富含甲烷的气体进料转化成甲醇产物的详细流程图的图示；和
图6是富含甲烷的气体(诸如生物气)的典型组成的图示。
在附图中，使用加下划线的数字表示加下划线的数字所在的项目或加下划线的数字所相邻的项目。不加下划线数字涉及由将不加下划线的数字连接到项目的线所标识的项目。当数字是不加下划线的并伴有相关的箭头时，不加下划线的数字被用于标识箭头指向的一般项目。
示例实施方案的描述
图1是根据本公开的各种实施方案的用于生产甲醇产物的集成系统100的各种功能组件的图示。集成系统100包括用于提供富含甲烷的气体进料(诸如生物气104)的气体进料装置102。集成系统100还包括用于将来自气体进料装置102的气体进料转化为甲醇产物的设备200。气体进料装置102通过在消化器110中的废弃浆料112和额外生物质114的厌氧消化来产生生物气104。例如，废弃浆料112可以从提供动物饲料122的溶液培养单元120获得材料。在本实施方案中，溶液培养单元120是用于生长牛饲料(即动物饲料122)的生产系统，例如在其上喂养皮埃蒙特肉牛群130以产生生物质。在一实施方案中，气体进料装置102还包括用于清洁由木屑142产生的富含甲烷的气体的气化器140，并且其进一步连接到供给至设备200的主要生物气气体104。
由厌氧消化器110产生的生物气104(以及由气化器140提供的富含甲烷的气体)被供给至设备202中，所述设备202具有用于将气体进料中存在的一种或多种气体组分转化为甲醇产物的自热重整装置。在本发明的实施方案中，气体进料装置102是用于提供生物气104作为富含甲烷的气体进料的有机废料消化装置。例如，有机废料消化装置可以包括消化器单元(例如消化器110)以及用于控制消化参数和生产生物气的组成调节的技术单元(未示出)。
在另一实施方案中，设备200被设置成操作另一个气体进料装置，例如提供天然气作为富含甲烷的气体进料的天然气源。例如，天然气可以是AD气体。
图2是根据本公开的各种实施方案的用于由在气体进料中包含的生物气生产甲醇的设备200的不同功能装置的概览的图示。设备200任选地是具有用于执行不同过程的不同装置的工业设施配置。设备200包括生物气入口202(与气体进料装置102、如图1的生物气104保持器可操作地连接)。设备200还包括气体分离装置204、自热重整装置206、电解装置208和甲醇合成装置210。生物气入口202接收来自气体进料装置102的生物气(即，富含甲烷的气体进料)，并且气体分离装置204分离富含甲烷的气体进料的内容物以及提取二氧化碳和甲烷。生物气的典型组成(在图6的表格600中示出)包括甲烷、二氧化碳(CO2)、氮、氧、烃、硫化氢、氨、水蒸气、硅氧烷等的气体混合物。因此，自热重整装置206利用来自生物气的包含类似轻质烃的甲烷来生产合成气。另外，电解装置208电解水以产生用于生产甲醇的氢和氧。此外，甲醇合成装置210利用氢、二氧化碳和合成气来生产甲醇产物212，参照图3的详细描述。
应认识到，图1中所示的设备200使用生物气作为原料材料；然而，还应认识到，在没有生物气的情况下，可以使用来自任何适当的源的天然气(例如AD气体)或甲烷作为原料材料。另外，自热重整装置206可以全部或部分地由蒸汽重整装置代替。而且，电解装置208可以由外部提供的氧气瓶和氢气瓶代替。
图3是根据本公开的各种实施方案的用于将气体进料转换成甲醇产物212的设备200的不同功能装置的详细视图的图示。设备200包括除了也在图2中示出的生物气入口202、气体分离装置204、自热重整装置206、甲醇合成装置210和电解装置208之外的气体净化装置304、二氧化碳保持器308、甲烷保持器310、氧保持器312和氢保持器314。
如前所述，设备200可以是具有用于执行不同过程的不同装置的工业设施配置。例如，生物气入口202可以由负责由生物质产生生物气的图1所示的气体进料装置102提供。气体净化装置304净化所产生的生物气以从中除去含硫化合物。在本公开的实施方案中，可以使用常规ZnO技术或一些其他已知技术或方法来除去硫组分。在净化之后，气体分离装置204从气体进料中分离出甲烷和二氧化碳。二氧化碳保持器308收集分离的二氧化碳，并且甲烷保持器310收集分离的甲烷。因此，自热重整装置206将甲烷转化成合成气。在实施方案中，自热重整装置206利用来自不同能源的能量，所述不同能源包括但可以不限于可再生能源306。可再生能源306包括太阳能、风能、地热能和潮汐能中的至少一种。
电解装置208同时电解水以产生氧和氢。氧保持器312和氢保持器314分别收集氧和氢。部分或全部收集的氧被供应至自热重整装置206的入口以与甲烷反应来产生足够的热量，使得在存在添加的蒸汽的情况下，甲烷在重整催化剂上被转化以生产合成气。在甲醇合成装置210中，富含氢的合成气与收集的二氧化碳反应以生产甲醇产物212。在实施方案中，可以将氢供给至甲醇合成装置210以与从分离阶段获得的任何额外的二氧化碳反应并因此基于给定的生物气量来提高甲醇产物212的总产率。
在实例中，甲醇合成气由化学计量比(H2-CO2)/(CO+CO2)(通常称为模M)表征。2的模限定了用于形成甲醇的化学计量的合成气。此外，该方法基于已知的化学，但是甲烷被分离和净化(并且使用自热重整器进行蒸汽重整(已知的)以生产合成气)。合成过程的反应如下：
CH4+H2O＝>CH3OH+H2...(1)
CH4+H2O＝>CO+3H2....(2)
CH4+2H2O＝>+CO2+4H2...(3)
催化甲烷蒸汽重整的反应(2)强烈吸热，因此用于生产甲醇的蒸汽重整需要外部供热。在本发明中，反应可以以非常接近化学计量比运行，允许来自富含甲烷的气体(AD气体或生物气)的更多的碳内容物来产生甲醇，从而对于相同量的甲烷输入，获得更多的甲醇。对于化学计量的甲醇合成，合成气的组成过于富含氢，因此通过添加一些分离的CO2来平衡甲醇的化学计量比。
应认识到，自热重整反应和蒸汽重整反应都需要加入蒸汽作为反应中的关键反应组分；然而，自热重整反应保留了甲烷作为碳源并且不会在外部将其燃烧。因此，甲烷的氧化产物不会损失到大气中。
应进一步认识到，通过气体净化装置304，图2中所示的设备200从气体进料中除去含硫化合物；然而，应认识到，可以通过ZnO技术或一些其他常规技术来完成硫的去除。另外，自热重整装置206可以完全或部分地由常规蒸汽重整来代替。
而且，各种过程所需的热量可以通过各种源产生，包括甲烷的燃烧、电感应等。此外，可以利用二氧化碳来使用生产合成气212期间产生的过量的氢。此外，可以从外部供应用于该过程的氧和二氧化碳。
在一实施方案中，设备200还包括添加剂源320。在实例中，添加剂源320包括搅拌罐、气体鼓泡罐和用于向甲醇产物添加添加剂以构成液体燃料的连续流。例如，添加剂包括聚乙二醇二硝酸酯、硝酸铵、脲、Avocet(Avocet是英国的注册商标)或它们的任意组合中的至少一种。添加剂源320提供添加剂，其可以与甲醇产物212混合以构成液体燃料，例如柴油替代物。
尽管Avocet的组分是专有的，并且可能会随着时间而改变，但是原始的Avocet添加剂的组分包括如下提供的下列组分：
图4是根据本公开的一实施方案的用于使用集成系统(诸如图1的集成系统100)来生产甲醇产物的方法400的图示。如上所述，集成系统包括气体进料装置(诸如气体进料装置102)和用于将来自气体进料装置的气体进料转化成甲醇产物的设备(诸如设备200)。在步骤402，流程图400开始。在步骤404中，如前所述，收集来自气体进料装置的富含甲烷的气体进料。在步骤406中，设备的自热重整装置被用于转化富含甲烷的气体进料中存在的一种或多种气体组分。在步骤408中，设备被设置为部分地氧化富含甲烷的气体进料以使自热重整装置在运行时维持在工作温度。在步骤410中，设备被设置成使用由能源(优选可再生能源)产生的电力以在自热重整装置中提供额外的加热来在运行时维持工作温度。流程图400终止于步骤412。
图5是根据本公开的另一实施方案的使用集成系统的设备(诸如图3的设备200)来将富含甲烷的气体进料转化成甲醇产物的详细流程图500的图示。流程图500在步骤502开始。在步骤504中，气体净化装置304净化气体进料(即由气体进料装置102提供的富含甲烷的气体进料)以从气体进料中除去硫组分。另外，设备200的气体分离装置204将净化的气体进料分离成二氧化碳和甲烷组分。在步骤504之后，在步骤506，将甲烷组分供给至自热重整装置206以生产合成气。此外，富含氢的合成气与二氧化碳组分在甲烷合成装置210中反应以生产甲醇产物212。在步骤506之后，在步骤508，电解装置208电解水以向甲烷合成装置210提供氧进料和氢进料。在步骤508之后，在步骤510，氧进料将氧供应至自热重整装置206。在步骤510之后，在步骤512，来自可再生能源的电力在自热重整装置210中提供额外的加热以在运行期间维持所需的工作出口温度，以使由于至合成气的转化较低而导致的甲烷损失最小化。用于提供加热和操作电解装置208的可再生能源包括但可以不限于太阳能发电机和风力发电机。同时，电解装置208电解水以产生氧和氢。氧保持器312和氢保持器314分别收集氧和氢。将所收集的氧供应至自热重整装置206以在催化剂存在下与甲烷反应以形成合成气。在步骤514，合成气与收集的二氧化碳在甲醇合成装置210中反应以生产甲醇产物212。在步骤516，流程图500终止。
在一实施方案中，流程图500可以包括向甲醇产物添加添加剂以构成液体燃料，例如使用添加剂源320。例如，添加剂可以包括聚乙二醇二硝酸酯、硝酸铵、脲、AvocetTM或它们的任意组合中的至少一种。具体而言，可以将添加剂与甲醇产物混合以构成液体燃料，例如柴油替代物。
用于将气体进料转化成甲醇产品212的结合图1-3的描述来解释的集成系统100的不同功能装置相对于用于生产甲醇的已知设备和方法提供许多益处。集成系统100采用成为单一过程概念的集成，由此简单地使用生物气、水和电力源，生产液体燃料，其利用农业设施(例如农场)的所有副产品，而没有同时形成不需要的副产品的缺点。
另外，蒸汽重整是高度吸热的反应。然而，在自热重整的情况下，例如通过使用设备200的自热重整装置206，全部热量在催化转化器的入口处产生，并且流过催化转化器的气体随着其行进通过催化转化器的催化剂床而逐渐冷却。因此，催化转化器的出口温度明显低于入口温度。甲烷向合成气的转化受到高温的强烈促进，因此随着温度下降，甲烷向合成气的平衡转化逐渐下降。结果，在自热重整装置206中至合成气的转化低于常规蒸汽转化器中的情况。此外，与自热重整装置206相关的资金成本效益由于至产品的转化较低而受到损害。然而，由于剩余的电能，自热重整装置206的出口处的温度通过电加热的形式而维持，以实现可能不能以其他方式使用的一些能量的有效使用。另外，增加气体产物的出口温度以从供设备200使用的资源实现合成气的最大可能的产率，并因此实现甲醇的最大可能的产率。
另外，本公开的设备200着重于甲醇生产中使用的重整阶段。传统的蒸汽重整使用外部燃烧的反应管。在这种情况下，一些甲烷进料被简单地燃烧以将反应管加热到足够高的反应温度，并提供足够的能量以满足在反应管内发生的吸热蒸汽重整反应的热力学需求。几乎所有当代已知的甲醇生产设施都采用高温反应管来实施蒸汽重整。在农业的农场处，大量的天然气通常是不可得的。甲烷的燃烧可能导致不可接受的原料材料的损失。因此，至少，可以任选地使用红外线或感应加热来电加热反应管。然而，根据本公开，更有利的实施方式利用“自热重整”。
另外，与已知的常规重整相比，由于易于以较低的资本支出实施，因此设备200中使用的自热重整是有利的。在自热重整中，氧和蒸汽被添加到甲烷进料中以产生气体混合物。然后将气体混合物通过加热至合适温度的催化剂。一些甲烷在催化剂的空间附近内部燃烧以产生一氧化碳(CO)，并且由此产生的热量足以维持催化剂处的蒸汽重整反应。提供足够的氧以允许约775℃的出口温度，例如在750℃至800℃的范围内。有益地，以平衡状态实施这样的重整反应，并且由这种自热重整过程产生的产物与通过使用常规已知的蒸汽重整过程获得的产物相同。使用氧而不使用空气，是必要的，并且在实施根据本公开的设备时提供适当的供应。
此外，通过蒸汽重整由甲烷衍生的合成气生产甲醇总是导致相关设备的反应器回路中过量的氢。在传统的化学工作中，这种过量的氢通常输出到需要氢的另一个过程，例如氨设施等。在农村农业情况下，例如农场位置，不会实施诸如氨生产的其他过程，因此提出了以经济上有利的方式使用过量的氢的问题。然而，在许多农村情况下，二氧化碳源是经常可得的，例如来源于生物气的产生。一些二氧化碳有利地被混合回到所用的甲醇合成回路中，以最好地利用过量的氢。在许多情况下，过量的氢可能不足以使用所有的二氧化碳。因此，如果要实现所有可用的二氧化碳的最佳使用，则必须有利地分别产生大量额外的氢。这种额外的氢任选地通过电解来有利地获得；这种电解在提供用于自热重整器的氧方面具有额外的优势。
在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，对前述的本发明的实施方案的修改是可能的。用于描述和要求保护本发明的诸如“包括”、“包含”、“结合”、“由......组成”、“具有”、“是”的表述意在以非排他性方式解释，即允许未明确描述的项目、组分或元件也存在。对单数的提及也被解释为涉及复数。包括在所附权利要求中的括号内的数字旨在帮助理解权利要求，并且不应被解释为以任何方式限制这些权利要求所要求保护的主题。

Claims (18)

1.生产甲醇产物的集成系统，所述系统包括：
-用于提供富含甲烷的气体进料的气体进料装置；和
-用于将所述富含甲烷的气体进料转化成所述甲醇产物的设备，其特征在于，所述设备包括用于转化所述富含甲烷的气体进料中存在的一种或多种气体组分的自热重整装置，其中所述自热重整装置被配置为部分地氧化所述富含甲烷的气体进料以使所述自热重整装置在运行时维持在工作温度，并且其中所述自热重整装置使用由能源、优选可再生能源产生的电力以在所述自热重整装置中提供额外的加热以用于在运行时维持所述工作温度。
2.如权利要求1所述的集成系统，其中所述设备还包括用于向所述甲醇产物添加添加剂以构成液体燃料的连续流。
3.如权利要求1所述的集成系统，其特征在于，所述气体进料装置包括用于提供生物气作为所述富含甲烷的气体进料的有机废料消化装置。
4.如权利要求1所述的集成系统，其特征在于，所述气体进料装置包括用于提供天然气作为所述富含甲烷的气体进料的天然气源。
5.如权利要求1所述的集成系统，其特征在于，所述设备包括气体净化和分离装置，其用于净化所述富含甲烷的气体进料以从中除去硫组分，并且用于将所述净化的气体进料分离成至少二氧化碳和甲烷组分，其中所述甲烷组分被提供至所述自热重整装置以用于生产合成气，并且所述设备可操作地使所述合成气与所述二氧化碳组分在合成装置中反应以生产所述甲醇产物。
6.如权利要求1所述的集成系统，其特征在于，所述设备包括至所述自热重整装置的氧进料。
7.如权利要求5所述的集成系统，其特征在于，所述设备包括电解装置，其用于电解水以向所述合成装置提供所述氧进料和氢进料。
8.如权利要求1所述的集成系统，其特征在于，所述可再生能源包括太阳能、风能、地热能、水电和潮汐能中的至少一种。
9.如权利要求1所述的集成系统，其特征在于，所述设备还包括搅拌罐和气体鼓泡罐中的一种。
10.如权利要求1所述的集成系统，其特征在于，所述添加剂包括聚乙二醇二硝酸酯、硝酸铵、脲或它们的任意组合中的至少一种。
11.使用集成系统生产甲醇产物的方法，所述集成系统具有气体进料装置和用于将来自所述气体进料装置的气体进料转化成所述甲醇产物的设备，其特征在于，所述方法包括：
-收集来自所述气体进料装置的富含甲烷的气体进料；
-使用所述设备的自热重整装置来转化所述富含甲烷的气体进料中存在的一种或多种气体组分；
-设置所述设备以部分地氧化所述富含甲烷的气体进料以使所述自热重整装置在运行时维持在工作温度；
-设置所述设备以利用由能源、优选可再生能源产生的电力在所述自热重整装置中提供额外的加热以在运行时维持所述工作温度；并向所述甲醇产物添加添加剂以构成液体燃料。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用连续流来向所述甲醇产物添加添加剂以构成液体燃料。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-使用所述设备的气体净化和分离装置来净化所述富含甲烷的气体进料以从中除去硫组分并且将所述净化的气体进料分离成至少二氧化碳和甲烷组分；和
-将所述甲烷组分提供至用于生产合成气的所述自热重整装置，并且使所述合成气与所述二氧化碳组分在合成装置中反应以生产所述甲醇产物。
14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述设备的氧进料来向所述自热重整装置供应氧。
15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述设备的用于电解水的电解装置以向所述合成装置提供所述氧进料和氢进料。
16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述添加剂包括聚乙二醇二硝酸酯、硝酸铵、脲或它们的任意组合中的至少一种。
17.如权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述富含甲烷的气体进料是生物气和天然气中的一种。
18.如权利要求11至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述可再生能源包括太阳能、风能、地热能和潮汐能中的至少一种。
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