CN113200818B - 一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统及其工作方法 - Google Patents

一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统及其工作方法，属于煤化工技术领域。包括备煤单元、煤气化单元、水煤气变换单元、合成气冷却单元、低温甲醇洗单元、第一制甲醇单元、水处理单元、镁粉储存单元、第二制甲醇单元、甲醇精制单元、碳酸镁精制单元和碳酸镁回收单元。本发明将煤制甲醇过程产生的CO2就地转化为甲醇产品，不仅提高了煤制甲醇产品产量，而且实现了CO2低排放。CO2就地转化，减少了CO2捕集设备的成本投入；CO2转化产品为甲醇，无需增加新的提纯设备，可直接利用现有的制甲醇单元，减少设备投资。本系统能够在常温常压下进行CO2捕集，并且将CO2转化成为具有资源化利用价值的碳酸镁，达到以废治废的目的，具有良好的应用前景。

Description

一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统及其工作方法
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统及其工作方法。
背景技术
目前，在大型煤制甲醇项目中，大量尾气中的CO2由于浓度较低被直接放空，不仅造成大量温室气体排放，且造成CO2资源的浪费。为了回收尾气中排放的CO2，可采用PSA回收或MEA、MDEA等回收，甚至可直接压缩返回原料气中，但这需要另外增加捕集设备，并且能耗较大。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统及其工作方法，能够在常温常压下进行CO2捕集，并且将CO2转化成为具有资源化利用价值的碳酸镁，达到以废治废的目的。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，包括备煤单元、煤气化单元、水煤气变换单元、合成气冷却单元、低温甲醇洗单元、第一制甲醇单元、水处理单元、镁粉储存单元、第二制甲醇单元、甲醇精制单元、碳酸镁精制单元和碳酸镁回收单元；
备煤单元的出口与煤气化单元的煤原料入口连接，煤气化单元的氧气进气口连接有氧气进气管，进水口连接有进水管；煤气化单元的煤气出口与水煤气变换单元的入口连接，水煤气变换单元的合成气出口与合成气冷却单元的入口连接，合成气冷却单元的出口与低温甲醇洗单元的入口连接，低温甲醇洗单元的CO2出口与第二制甲醇单元的CO2入口连接，低温甲醇洗单元的CO出口与第一制甲醇单元的入口连接，第一制甲醇单元的出口与甲醇精制单元连接；煤气化单元的废水出口与水处理单元的入口连接，水处理单元的出口与第二制甲醇单元的水入口连接，镁粉储存单元与第二制甲醇单元的镁粉入口连接；第二制甲醇单元的粗甲醇出口与甲醇精制单元连接，第二制甲醇单元的碳酸镁溶液出口与碳酸镁精制单元连接，碳酸镁精制单元与碳酸镁回收单元连接；甲醇精制单元的出口连接有甲醇产品储存装置。
优选地，低温甲醇洗单元与第二制甲醇单元之间设有二氧化碳收集单元，低温甲醇洗单元的CO2出口与二氧化碳收集单元的入口连接，二氧化碳收集单元的出口与第二制甲醇单元的CO2入口连接。
进一步优选地，二氧化碳收集单元包括液压储罐，液压储罐上设有温度表、压力表和安全阀。
优选地，水处理单元的水出口连接有两条支路，一条支路与第二制甲醇单元的水入口连接，另一条支路与煤气化单元的进水口连接。
优选地，低温甲醇洗单元的CO2出口与第二制甲醇单元的CO2入口之间的连接管路上设有CO2流量监测与控制装置，镁粉储存单元与第二制甲醇单元的镁粉入口之间的连接管路上设有镁粉进料量控制阀。
优选地，碳酸镁精制单元包括依次连接的加热装置、过滤装置、洗涤装置和干燥装置，加热装置与第二制甲醇单元的碳酸镁溶液出口连接，干燥装置与碳酸镁回收单元连接。
优选地，煤气化单元、水煤气变换单元、合成气冷却单元和低温甲醇洗单元分别通过余热利用换热器与碳酸镁精制单元换热。
本发明公开的上述煤制甲醇过程二氧化碳转化系统的工作方法，其特征在于，包括：
来自氧气进气管的O2、来自进水管的水和来自备煤单元的煤原料一同进入煤气化单元进行煤气化反应，煤气化单元产生的煤气进入水煤气变换单元进行水煤气变换反应得到合成气，合成气进入合成气冷却单元冷却后进入低温甲醇洗单元进行净化处理，净化处理得到的合成气进入第一制甲醇单元，制得的粗甲醇进入甲醇精制单元；煤气化单元产生的废水进入水处理单元进行处理，得到的净化水进入第二制甲醇单元，低温甲醇洗单元产生的CO2进入第二制甲醇单元，来自镁粉储存单元的镁粉进入第二制甲醇单元，在常温常压下进行催化反应，生成的碳酸镁溶液进入碳酸镁精制单元精制后得到碳酸镁固体，进入碳酸镁回收单元进行储存，生成的粗甲醇进入甲醇精制单元；甲醇精制单元将粗甲醇精制后得到甲醇产品储存在甲醇产品储存装置中。
优选地，第二制甲醇单元中镁粉与二氧化碳的物质的量之比为1:1～2。
优选地，进入碳酸镁精制单元的碳酸镁溶液加热至70～80℃后经过滤、洗涤，再加入70～80℃热水进行洗涤，沉淀，经充分洗涤后于50～60℃下干燥，得到碳酸镁固体。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，将煤制甲醇过程产生的CO2就地转化为甲醇产品，不仅提高了煤制甲醇产品产量，而且实现了CO2低排放。CO2就地转化，减少了CO2捕集设备的成本投入；CO2转化产品为甲醇，无需增加新的提纯设备，可直接利用现有的制甲醇单元，减少设备投资。本系统能够在常温常压下进行CO2捕集，并且将CO2转化成为具有资源化利用价值的碳酸镁，达到以废治废的目的。
进一步地，在低温甲醇洗单元与第二制甲醇单元之间设置二氧化碳收集单元，能够对二氧化碳进行存储，有利于调节压力和控制流量。
更进一步地，二氧化碳收集单元包括液压储罐，液压储罐上设有温度表、压力表和安全阀，能够对液态二氧化碳的状态进行实时监控，提高系统的安全性和稳定性。
进一步地，水处理单元产生的水除了供给第二制甲醇单元，当有余量时还可以循环回煤气化单元，提高资源的利用率。
进一步地，通过CO2流量监测和控制装置和镁粉进料量控制阀能够控制进入第二制甲醇单元的CO2和镁粉的量，控制系统的反应程度。
进一步地，煤气化单元、水煤气变换单元、合成气冷却单元和低温甲醇洗单元分别通过余热利用换热器与碳酸镁精制单元换热，充分利用了系统内的余热。
本发明公开的上述煤制甲醇过程二氧化碳转化系统的工作方法，自动化程度高，能够有效地捕集CO2并转化成碳酸镁产品，具有良好的经济性和环保性。
附图说明
图1为本发明的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统的整体结构示意图。
图中：1为备煤单元，2为煤气化单元，3为水煤气变换单元，4为合成气冷却单元，5为低温甲醇洗单元，6为合成气制甲醇单元，7为水处理单元，8为镁粉储存单元，9为第二制甲醇单元，10为二氧化碳收集单元，11为甲醇精制单元，12为碳酸镁精制单元，13为碳酸镁回收单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，包括备煤单元1、煤气化单元2、水煤气变换单元3、合成气冷却单元4、低温甲醇洗单元5、第一制甲醇单元6、水处理单元7、镁粉储存单元8、第二制甲醇单元9、甲醇精制单元11、碳酸镁精制单元12和碳酸镁回收单元13。
备煤单元1的出口与煤气化单元2的煤原料入口连接，煤气化单元2的氧气进气口连接有氧气进气管，进水口连接有进水管；煤气化单元2的煤气出口与水煤气变换单元3的入口连接，水煤气变换单元3的合成气出口与合成气冷却单元4的入口连接，合成气冷却单元4的出口与低温甲醇洗单元5的入口连接，低温甲醇洗单元5的CO2出口与第二制甲醇单元9的CO2入口连接，低温甲醇洗单元5的CO出口与第一制甲醇单元6的入口连接，第一制甲醇单元6的出口与甲醇精制单元11连接；煤气化单元2的废水出口与水处理单元7的入口连接，水处理单元7的出口与第二制甲醇单元9的水入口连接，镁粉储存单元8与第二制甲醇单元9的镁粉入口连接；第二制甲醇单元9的粗甲醇出口与甲醇精制单元11连接，第二制甲醇单元9的碳酸镁溶液出口与碳酸镁精制单元12连接，碳酸镁精制单元12与碳酸镁回收单元13连接；甲醇精制单元11的出口连接有甲醇产品储存装置。
在本发明的一个较优的实施例中，低温甲醇洗单元5与第二制甲醇单元9之间设有二氧化碳收集单元10，低温甲醇洗单元5的CO2出口与二氧化碳收集单元10的入口连接，二氧化碳收集单元10的出口与第二制甲醇单元9的CO2入口连接。优选地，二氧化碳收集单元10包括液压储罐，液压储罐上设有温度表、压力表和安全阀。
在本发明的一个较优的实施例中，水处理单元7的水出口连接有两条支路，一条支路与第二制甲醇单元9的水入口连接，另一条支路与煤气化单元2的进水口连接。
在本发明的一个较优的实施例中，低温甲醇洗单元5的CO2出口与第二制甲醇单元9的CO2入口之间的连接管路上设有CO2流量监测与控制装置，镁粉储存单元8与第二制甲醇单元9的镁粉入口之间的连接管路上设有镁粉进料量控制阀。
在本发明的一个较优的实施例中，碳酸镁精制单元12包括依次连接的加热装置、过滤装置、洗涤装置和干燥装置，加热装置与第二制甲醇单元9的碳酸镁溶液出口连接，干燥装置与碳酸镁回收单元13连接。
在本发明的一个较优的实施例中，煤气化单元2、水煤气变换单元3、合成气冷却单元4和低温甲醇洗单元5分别通过余热利用换热器与碳酸镁精制单元12换热。具体地，煤气化单元2、水煤气变换单元3、合成气冷却单元4和低温甲醇洗单元5通过管路分别连接换热器的热侧，碳酸镁精制单元12通过管路依次连接每个换热器的冷侧，实现两者的换热。
上述煤制甲醇过程二氧化碳转化系统的工作方法，包括：
来自氧气进气管的O2、来自进水管的水和来自备煤单元1的煤原料一同进入煤气化单元2进行煤气化反应，煤气化单元2产生的煤气进入水煤气变换单元3进行水煤气变换反应得到合成气，合成气进入合成气冷却单元4冷却后进入低温甲醇洗单元5进行净化处理，净化处理得到的合成气进入第一制甲醇单元6，制得的粗甲醇进入甲醇精制单元11；煤气化单元2产生的废水进入水处理单元7进行处理，得到的净化水进入第二制甲醇单元9，低温甲醇洗单元5产生的CO2进入第二制甲醇单元9，来自镁粉储存单元8的镁粉进入第二制甲醇单元9，在常温常压下进行催化反应，优选地，第二制甲醇单元9中镁粉与二氧化碳的物质的量之比为1:1～2；生成的碳酸镁溶液进入碳酸镁精制单元12，进入碳酸镁精制单元12的碳酸镁溶液加热至70～80℃后经过滤、洗涤，再加入70～80℃热水进行洗涤，沉淀，经充分洗涤后于50～60℃下干燥，得到碳酸镁固体，进入碳酸镁回收单元13进行储存，生成的粗甲醇进入甲醇精制单元11；甲醇精制单元11将粗甲醇精制后得到甲醇产品储存在甲醇产品储存装置中。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，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，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，其特征在于，包括备煤单元(1)、煤气化单元(2)、水煤气变换单元(3)、合成气冷却单元(4)、低温甲醇洗单元(5)、第一制甲醇单元(6)、水处理单元(7)、镁粉储存单元(8)、第二制甲醇单元(9)、甲醇精制单元(11)、碳酸镁精制单元(12)和碳酸镁回收单元(13)；
备煤单元(1)的出口与煤气化单元(2)的煤原料入口连接，煤气化单元(2)的氧气进气口连接有氧气进气管，进水口连接有进水管；煤气化单元(2)的煤气出口与水煤气变换单元(3)的入口连接，水煤气变换单元(3)的合成气出口与合成气冷却单元(4)的入口连接，合成气冷却单元(4)的出口与低温甲醇洗单元(5)的入口连接，低温甲醇洗单元(5)的CO2出口与第二制甲醇单元(9)的CO2入口连接，低温甲醇洗单元(5)的CO出口与第一制甲醇单元(6)的入口连接，第一制甲醇单元(6)的出口与甲醇精制单元(11)连接；煤气化单元(2)的废水出口与水处理单元(7)的入口连接，水处理单元(7)的出口与第二制甲醇单元(9)的水入口连接，镁粉储存单元(8)与第二制甲醇单元(9)的镁粉入口连接；第二制甲醇单元(9)的粗甲醇出口与甲醇精制单元(11)连接，第二制甲醇单元(9)的碳酸镁溶液出口与碳酸镁精制单元(12)连接，碳酸镁精制单元(12)与碳酸镁回收单元(13)连接；甲醇精制单元(11)的出口连接有甲醇产品储存装置。
2.根据权利要求1所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，其特征在于，低温甲醇洗单元(5)与第二制甲醇单元(9)之间设有二氧化碳收集单元(10)，低温甲醇洗单元(5)的CO2出口与二氧化碳收集单元(10)的入口连接，二氧化碳收集单元(10)的出口与第二制甲醇单元(9)的CO2入口连接。
3.根据权利要求2所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，其特征在于，二氧化碳收集单元(10)包括液压储罐，液压储罐上设有温度表、压力表和安全阀。
4.根据权利要求1所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，其特征在于，水处理单元(7)的水出口连接有两条支路，一条支路与第二制甲醇单元(9)的水入口连接，另一条支路与煤气化单元(2)的进水口连接。
5.根据权利要求1所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，其特征在于，低温甲醇洗单元(5)的CO2出口与第二制甲醇单元(9)的CO2入口之间的连接管路上设有CO2流量监测与控制装置，镁粉储存单元(8)与第二制甲醇单元(9)的镁粉入口之间的连接管路上设有镁粉进料量控制阀。
6.根据权利要求1所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，其特征在于，碳酸镁精制单元(12)包括依次连接的加热装置、过滤装置、洗涤装置和干燥装置，加热装置与第二制甲醇单元(9)的碳酸镁溶液出口连接，干燥装置与碳酸镁回收单元(13)连接。
7.根据权利要求1所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统，其特征在于，煤气化单元(2)、水煤气变换单元(3)、合成气冷却单元(4)和低温甲醇洗单元(5)分别通过余热利用换热器与碳酸镁精制单元(12)换热。
8.根据权利要求1～7任意一项所述煤制甲醇过程二氧化碳转化系统的工作方法，其特征在于，包括：
来自氧气进气管的O2、来自进水管的水和来自备煤单元(1)的煤原料一同进入煤气化单元(2)进行煤气化反应，煤气化单元(2)产生的煤气进入水煤气变换单元(3)进行水煤气变换反应得到合成气，合成气进入合成气冷却单元(4)冷却后进入低温甲醇洗单元(5)进行净化处理，净化处理得到的合成气进入第一制甲醇单元(6)，制得的粗甲醇进入甲醇精制单元(11)；煤气化单元(2)产生的废水进入水处理单元(7)进行处理，得到的净化水进入第二制甲醇单元(9)，低温甲醇洗单元(5)产生的CO2进入第二制甲醇单元(9)，来自镁粉储存单元(8)的镁粉进入第二制甲醇单元(9)，在常温常压下进行催化反应，生成的碳酸镁溶液进入碳酸镁精制单元(12)精制后得到碳酸镁固体，进入碳酸镁回收单元(13)进行储存，生成的粗甲醇进入甲醇精制单元(11)；甲醇精制单元(11)将粗甲醇精制后得到甲醇产品储存在甲醇产品储存装置中。
9.根据权利要求8所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统的工作方法，其特征在于，第二制甲醇单元(9)中镁粉与二氧化碳的物质的量之比为1:1～2。
10.根据权利要求8所述的煤制甲醇过程二氧化碳转化系统的工作方法，其特征在于，进入碳酸镁精制单元(12)的碳酸镁溶液加热至70～80℃后经过滤、洗涤，再加入70～80℃热水进行洗涤，沉淀，经充分洗涤后于50～60℃下干燥，得到碳酸镁固体。
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