CN112811983B - 一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法，包括本生反应器、硫酸收集装置、碘化氢分离装置等；锅炉烟道为锅炉脱销、除尘后的烟道，其出口接至本生反应器的第一入口，供水装置的出口接在本生反应器的第二入口，本生反应器的第一出口接在硫酸收集装置的入口，本生反应器的第二出口接在碘化氢分离装置的入口，本生反应器的第三出口接在反应器排气收集装置的入口，碘化氢分离装置的第一出口接在氢气收集装置的入口，碘化氢分离装置的第二出口接在本生反应器的第四入口、碘化氢分离装置的第三出口接在碘回收装置的入口，碘回收装置的出口接在本生反应器的第三入口。该方法不需要通过高温热解硫酸而获得二氧化硫，解决了高温热解制氢的难点。

Description

一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法
技术领域
本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法。
背景技术
一般锅炉烟气的主要成分是氮气、二氧化碳、二氧化硫、水蒸气。某1000MW锅炉烟气的体积占比为：氮气73.28％，二氧化碳12.67％，水蒸气8.37％，氧气5.4％，二氧化硫0.1％。锅炉烟气中的二氧化硫是大气主要污染源之一，二氧化碳是主要温室气体。这两种气体的减量排放是电力生产面临的主要问题。
采用硫碘循环高温水解制氢需要在850℃以上高温，将硫酸热解为二氧化硫，水、二氧化硫和碘在常温下产生碘化氢，碘化氢在300℃以上温度分解为碘和氢气。该工艺实现的难点在于：
(1)将硫酸热解所需要的850℃的高温难以满足；
(2)硫酸是腐蚀性极强的物质，能够耐高温腐蚀的材料价格更是昂贵；
(3)热解硫酸制氢的经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于针对目前高温水解制氢和含硫煤燃烧所存在的问题，提供了一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，包括锅炉烟道、供水装置、本生反应器、硫酸收集装置、碘化氢分离装置、反应器排气收集装置、碘回收装置和氢气收集装置；其中，
锅炉烟道为锅炉脱销、除尘后的烟道，其出口接至本生反应器的第一入口，供水装置的出口接在本生反应器的第二入口，本生反应器的第一出口接在硫酸收集装置的入口，本生反应器的第二出口接在碘化氢分离装置的入口，本生反应器的第三出口接在反应器排气收集装置的入口，碘化氢分离装置的第一出口接在氢气收集装置的入口，碘化氢分离装置的第二出口接在本生反应器的第四入口、碘化氢分离装置的第三出口接在碘回收装置的入口，碘回收装置的出口接在本生反应器的第三入口。
本发明进一步的改进在于，本生反应器配备有加热和冷却装置，能够调整其内部温度在0℃和130℃之间；其内部按比例预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液，二氧化硫、碘、水部分发生化学反应，生成硫酸和碘化氢，硫酸进入硫酸收集装置，碘化氢进入碘化氢分离装置。
本发明进一步的改进在于，碘化氢分离装置内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，能够调节碘化氢分离装置内的介质的温度在250℃至600℃之间。
本发明进一步的改进在于，碘化氢分离装置内装有催化剂，碘化氢在该装置内部分分解为氢气和碘，氢气进入氢气收集装置，碘进入碘回收装置，没有分解的碘化氢返回本生反应器。
本发明进一步的改进在于，还包括除氧装置、甲醇制备装置和甲醇存储装置；其中，
反应器排气收集装置的出口接在除氧装置的第一入口，除氧装置的出口接在甲醇制备装置的第一入口，甲醇制备装置的出口接在甲醇存储装置的入口，氢气收集装置的第一出口接在除氧装置的第二入口，氢气收集装置的第二出口接在甲醇制备装置的第二入口。
本发明进一步的改进在于，除氧装置装有燃烧器，从反应器排气收集装置内排出的气体中含有的氧气与氢气收集装置中排出的氢气燃烧，消耗掉从反应器排气收集装置内排出的气体中含有的氧气，燃烧所产生的热量加热从反应器排气收集装置内排出的气体。
本发明进一步的改进在于，甲醇制备装置内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，能够调节甲醇制备装置内的介质的温度在250℃至600℃之间。
本发明进一步的改进在于，甲醇制备装置内装有压缩机，通过压缩机的工作，能够将进入甲醇制备装置内的介质的压力提高到10MPa。
本发明进一步的改进在于，甲醇制备装置内装有催化剂，进入到甲醇制备装置内的二氧化碳和氢气在预设压力和温度下，在催化剂作用下生成甲醇。
一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的方法，该方法基于所述的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，包括：
由供水装置向本生反应器中加入预设量的水；
向本生反应器中预先按比例装入预设量的碘；
将从锅炉烟道来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应器中，烟气的主要成分有：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
二氧化硫、水、碘在本生反应器中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置，碘化氢进入碘化氢分离器；
进入碘化氢分离器中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置，氢气进入氢气收集装置，未分解的碘化氢返回到本生反应器中参与下一轮反应；
从本生反应器中排出的气体进入到反应器排气收集装置中，其主要成分有氮气、二氧化碳、氧气；
从反应器排气收集装置排出的气体中的氧气与从氢气收集装置中排出的氢气在除氧装置中燃烧，消耗掉氧气，同时产生热量加热气体；
从除氧装置中排出的气体进入到甲醇制备装置中，其主要成分有氮气、二氧化碳，其中的二氧化碳与从氢气收集装置中来的氢气在预设温度和压力下，在催化剂作用下发生化学反应生成甲醇；
在甲醇制备装置中生成的甲醇存储到甲醇存储装置中。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法，具有以下几方面明显的优点：
(1)本发明提出吸收利用烟气中的废气二氧化硫，而不需要通过高温热解硫酸而获得二氧化硫，解决了高温热解制氢的难点；
(2)硫碘循环制氢耗能主要在硫酸分解环节，本发明提出的工艺跨过了耗能最高的硫酸分解环节，制氢需要的能量比传统硫碘制氢要小得多。锅炉烟气排放温度适合于碘化氢产生温度，不需要采取额外措施，碘化氢分解所需温度，在电厂很容易得到(利用蒸汽加热)。
(3)制氢所需原料来源于锅炉排放的带污染的废气，制氢成本少；
(4)通过制氢产生的副产品硫酸的综合利用产生了附加值；
(5)减少了二氧化碳的排放，有利于温室气体的减排
(6)将烟气中的二氧化硫资源化利用，有利于环境保护；
(7)将烟气中的二氧化碳资源化利用，有较高的经济价值。
附图说明
图1为本发明一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统的结构框图。
附图标记说明：
1、锅炉烟道，2、供水装置，3、本生反应器，4、硫酸收集装置，5、碘化氢分离装置，6、反应器排气收集装置，7、除氧装置，8、碘回收装置，9、氢气收集装置，10、甲醇制备装置，11、甲醇存储装置
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，包括锅炉烟道1、供水装置2、本生反应器3、硫酸收集装置4、碘化氢分离装置5、反应器排气收集装置6、除氧装置7、碘回收装置8、氢气收集装置9、甲醇制备装置10和甲醇存储装置11。
其中，锅炉烟道1为锅炉脱销、除尘后的烟道，其出口接至本生反应器3的第一入口，供水装置2的出口接在本生反应器3的第二入口，本生反应器3的第一出口接在硫酸收集装置4的入口，本生反应器3的第二出口接在碘化氢分离装置5的入口，本生反应器3的第三出口接在反应器排气收集装置6的入口，碘化氢分离装置5的第一出口接在氢气收集装置9的入口，碘化氢分离装置5的第二出口接在本生反应器3的第四入口、碘化氢分离装置5的第三出口接在碘回收装置8的入口，碘回收装置8的出口接在本生反应器3的第三入口。反应器排气收集装置6的出口接在除氧装置7的第一入口，除氧装置7的出口接在甲醇制备装置10的第一入口，甲醇制备装置10的出口接在甲醇存储装置11的入口，氢气收集装置9的第一出口接在除氧装置7的第二入口，氢气收集装置9的第二出口接在甲醇制备装置10的第二入口。
其中，本生反应器3配备有加热和冷却装置，能够调整其内部温度在0℃和130℃之间；其内部按比例预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液，二氧化硫、碘、水部分发生化学反应，生成硫酸和碘化氢，硫酸进入硫酸收集装置4，碘化氢进入碘化氢分离装置5。
碘化氢分离装置5内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，能够调节碘化氢分离装置5内的介质的温度在250℃至600℃之间。碘化氢分离装置5内装有催化剂，碘化氢在该装置内部分分解为氢气和碘，氢气进入氢气收集装置9，碘进入碘回收装置8，没有分解的碘化氢返回本生反应器3。
除氧装置7装有燃烧器，从反应器排气收集装置6内排出的气体中含有的氧气与氢气收集装置9中排出的氢气燃烧，消耗掉从反应器排气收集装置6内排出的气体中含有的氧气，燃烧所产生的热量加热从反应器排气收集装置6内排出的气体。
甲醇制备装置10内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，能够调节甲醇制备装置10内的介质的温度在250℃至600℃之间。甲醇制备装置10内装有压缩机，通过压缩机的工作，能够将进入甲醇制备装置10内的介质的压力提高到10MPa。甲醇制备装置10内装有催化剂，进入到甲醇制备装置10内的二氧化碳和氢气在预设压力和温度下，在催化剂作用下生成甲醇。
本发明提供的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的方法，包括：
由供水装置2向本生反应器3中加入预设量的水；
向本生反应器3中预先按比例装入预设量的碘；
将从锅炉烟道1来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应器3中，烟气的主要成分有：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
二氧化硫、水、碘在本生反应器3中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置4，碘化氢进入碘化氢分离器5；
进入碘化氢分离器5中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置8，氢气进入氢气收集装置9，未分解的碘化氢返回到本生反应器3中参与下一轮反应；
从本生反应器3中排出的气体进入到反应器排气收集装置6中，其主要成分有氮气、二氧化碳、氧气；
从反应器排气收集装置6排出的气体中的氧气与从氢气收集装置9中排出的氢气在除氧装置7中燃烧，消耗掉氧气，同时产生热量加热气体；
从除氧装置7中排出的气体进入到甲醇制备装置10中，其主要成分有氮气、二氧化碳，其中的二氧化碳与从氢气收集装置9中来的氢气在预设温度和压力下，在催化剂作用下发生化学反应生成甲醇；
在甲醇制备装置10中生成的甲醇存储到甲醇存储装置11中。
实施例
某1000MW锅炉烟气的体积占比为：氮气73.28％，二氧化碳12.67％，水蒸气8.37％，氧气5.4％，二氧化硫0.1％。利用本发明所提出的工艺，机组在满负荷工况，每天可以从烟气中提取二氧化硫220多吨，提取二氧化碳19000吨，制备氢气7万m3，制备硫酸340吨。利用所制备的氢气和提取的二氧化碳可以合成甲醇37吨。

Claims (6)

1.一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，其特征在于，包括锅炉烟道(1)、供水装置(2)、本生反应器(3)、硫酸收集装置(4)、碘化氢分离装置(5)、反应器排气收集装置(6)、碘回收装置(8)、氢气收集装置(9)、除氧装置(7)、甲醇制备装置(10)和甲醇存储装置(11)；其中，
锅炉烟道(1)为锅炉脱销、除尘后的烟道，其出口接至本生反应器(3)的第一入口，供水装置(2)的出口接在本生反应器(3)的第二入口，本生反应器(3)的第一出口接在硫酸收集装置(4)的入口，本生反应器(3)的第二出口接在碘化氢分离装置(5)的入口，本生反应器(3)的第三出口接在反应器排气收集装置(6)的入口，碘化氢分离装置(5)的第一出口接在氢气收集装置(9)的入口，碘化氢分离装置(5)的第二出口接在本生反应器(3)的第四入口、碘化氢分离装置(5)的第三出口接在碘回收装置(8)的入口，碘回收装置(8)的出口接在本生反应器(3)的第三入口；
本生反应器(3)配备有加热和冷却装置，能够调整其内部温度在0℃和130℃之间；其内部按比例预装有二氧化硫、碘、水形成的溶液，二氧化硫、碘、水部分发生化学反应，生成硫酸和碘化氢，硫酸进入硫酸收集装置(4)，碘化氢进入碘化氢分离装置(5)；
碘化氢分离装置(5)内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，能够调节碘化氢分离装置(5)内的介质的温度在250℃至600℃之间；
碘化氢分离装置(5)内装有催化剂，碘化氢在该装置内部分分解为氢气和碘，氢气进入氢气收集装置(9)，碘进入碘回收装置(8)，没有分解的碘化氢返回本生反应器(3)；
反应器排气收集装置(6)的出口接在除氧装置(7)的第一入口，除氧装置(7)的出口接在甲醇制备装置(10)的第一入口，甲醇制备装置(10)的出口接在甲醇存储装置(11)的入口，氢气收集装置(9)的第一出口接在除氧装置(7)的第二入口，氢气收集装置(9)的第二出口接在甲醇制备装置(10)的第二入口。
2.根据权利要求1所述的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，其特征在于，除氧装置(7)装有燃烧器，从反应器排气收集装置(6)内排出的气体中含有的氧气与氢气收集装置(9)中排出的氢气燃烧，消耗掉从反应器排气收集装置(6)内排出的气体中含有的氧气，燃烧所产生的热量加热从反应器排气收集装置(6)内排出的气体。
3.根据权利要求1所述的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，其特征在于，甲醇制备装置(10)内装有加热和冷却装置，通过加热和冷却装置的工作，能够调节甲醇制备装置(10)内的介质的温度在250℃至600℃之间。
4.根据权利要求1所述的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，其特征在于，甲醇制备装置(10)内装有压缩机，通过压缩机的工作，能够将进入甲醇制备装置(10)内的介质的压力提高到10MPa。
5.根据权利要求1所述的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，其特征在于，甲醇制备装置(10)内装有催化剂，进入到甲醇制备装置(10)内的二氧化碳和氢气在预设压力和温度下，在催化剂作用下生成甲醇。
6.一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至5中任一项所述的一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统，包括：
由供水装置(2)向本生反应器(3)中加入预设量的水；
向本生反应器(3)中预先按比例装入预设量的碘；
将从锅炉烟道(1)来的经过脱销和除尘后的烟气通入本生反应器(3)中，烟气的主要成分有：氮气、二氧化碳、氧气、二氧化硫；
二氧化硫、水、碘在本生反应器(3)中部分发生化学反应，生成碘化氢和硫酸，硫酸进入硫酸收集装置(4)，碘化氢进入碘化氢分离器(5)；
进入碘化氢分离器(5)中的碘化氢，在300℃以上温度，在催化剂作用下，部分分解为氢气和碘，碘进入碘回收装置(8)，氢气进入氢气收集装置(9)，未分解的碘化氢返回到本生反应器(3)中参与下一轮反应；
从本生反应器(3)中排出的气体进入到反应器排气收集装置(6)中，其主要成分有氮气、二氧化碳、氧气；
从反应器排气收集装置(6)排出的气体中的氧气与从氢气收集装置(9)中排出的氢气在除氧装置(7)中燃烧，消耗掉氧气，同时产生热量加热气体；
从除氧装置(7)中排出的气体进入到甲醇制备装置(10)中，其主要成分有氮气、二氧化碳，其中的二氧化碳与从氢气收集装置(9)中来的氢气在预设温度和压力下，在催化剂作用下发生化学反应生成甲醇；
在甲醇制备装置(10)中生成的甲醇存储到甲醇存储装置(11)中。
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