CN221108197U - 一种甲醇的生产系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种甲醇的生产系统,所述甲醇的生产系统包括电解水单元、焚烧单元、碳捕集单元以及甲醇合成单元,所述电解水单元包括电解池、氢气管和氧气管,所述氢气管和所述氧气管分别与所述电解池连通;所述焚烧单元包括顺次设置的焚烧炉和烟气处理组件,所述焚烧炉与所述氧气管连通,所述烟气处理组件包括出水管和出烟管,所述出水管与所述电解池连通,且用于向所述电解池供水;所述碳捕集单元包括顺次设置的吸收塔和解吸塔,所述解吸塔设有用于通出二氧化碳的第一气管;所述甲醇合成单元包括顺次设置的压缩组件、甲醇合成反应器以及甲醇精制塔,所述压缩组件分别与所述氢气管和所述第一气管连通。
Description
技术领域
本实用新型属于甲醇制备技术领域,具体涉及一种甲醇的生产系统。
背景技术
城市中的固体废弃物和垃圾对环境、土地利用、资源以及社会经济等造成了一定的影响,通过将固体废弃物和垃圾等作为生物质能进行焚烧发电,可以最大限度地减少了资源的浪费,但是其过渡燃烧以及净化措施不足的情况极易造成二氧化碳排放量增加,从而对环境造成影响。
传统的甲醇生产大多是以煤、天然气等化石能源为原料,通过气化、裂解或重整技术制取合成,再通过净化、压缩等工艺合成甲醇,此项技术已经得到广泛的应用,商业成熟度较高,但是该过程对化石能源的需求量较高,成本较大,并且在生产的过程中燃烧也需要向大气中排放大量的二氧化碳,增加温室效应。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种甲醇的生产系统,旨在解决现有甲醇生产过程中对化石能源需求量较高提高成本且排放出的二氧化碳增加温室效应的技术问题。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:提供一种甲醇的生产系统,包括:
电解水单元,包括电解池、氢气管和氧气管,所述氢气管和所述氧气管分别与所述电解池连通;
焚烧单元,包括顺次设置的焚烧炉和烟气处理组件,所述焚烧炉与所述氧气管连通,所述烟气处理组件包括出水管和出烟管,所述出水管与所述电解池连通,且用于向所述电解池供水;
碳捕集单元,包括顺次设置的吸收塔和解吸塔,所述解吸塔设有用于通出二氧化碳的第一气管;
甲醇合成单元,包括顺次设置的压缩组件、甲醇合成反应器以及甲醇精制塔,所述压缩组件分别与所述氢气管和所述第一气管连通。
在一种可能的实现方式中,所述电解水单元还包括设于所述电解池前序的水净化组件,所述甲醇精制塔的底部设有与所述水净化组件连通的废水管,所述出水管的出水端连通于所述水净化组件的进水口。
在一种可能的实现方式中,所述电解水单元还包括:
氢氧分离器,设于所述电解池的后序,所述氢气管和所述氧气管分别设于所述氢氧分离器上;
两个闪蒸装置,分别设于所述氢气管和所述氧气管上;
水泵,连通于两个所述闪蒸装置的底部和所述电解池的进口之间。
在一种可能的实现方式中,所述烟气处理组件包括顺次设置的除尘装置、压蒸汽装置、脱硫装置、脱氯装置以及脱水装置,所述压蒸汽装置上设有用于通出蒸汽的第二气管,所述出水管和所述出烟管均设于所述脱水装置。
在一种可能的实现方式中,所述焚烧单元还包括连通于所述脱水装置的出水口和所述碳捕集单元之间的分支管,所述分支管用于向所述碳捕集单元供水。
在一种可能的实现方式中,所述甲醇的生产系统还包括用于对电解池供电的供电单元,所述供电单元包括:
光伏发电设备;
风力发电设备;
蒸汽发电机组,分别与所述水净化组件的出水口和所述第二气管连通。
在一种可能的实现方式中,所述焚烧单元还包括设于所述焚烧炉进气口的第一压缩机,所述第一压缩机上还设有用于进空气的进气管。
在一种可能的实现方式中,所述压缩组件包括两个并联的压缩组,其中一个所述压缩组与所述氧气管连通,另一个所述压缩组与所述第一气管连通,每个所述压缩组包括多个串联的第二压缩机,位于起始端的所述第二压缩机与所述氢气管或所述第一气管连通。
在一种可能的实现方式中,所述甲醇合成单元还包括:
预热装置,设于所述压缩组件和所述甲醇合成反应器之间;
储存罐,设于所述甲醇精制塔后序。
在一种可能的实现方式中,所述碳捕集单元还包括设于所述解吸塔底部的循环管。
本申请实施例,与现有技术相比,本实用新型甲醇的生产系统通过将城市中的垃圾作为能源进行焚烧,实现了能源的再利用,并且焚烧后对烟气处理产生的水还可供电解水单元使用,烟气处理组件和碳捕集单元对烟气进行处理,可将烟气中的二氧化碳捕集供甲醇合成单元使用,并且处理后的烟气排出外界也不会对空气造成较大的影响,上述过程中的氢气和二氧化碳可生成甲醇使用,该过程制备甲醇的能源效率更高,并且能降低生产能源成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的甲醇的生产系统的简易布局结构图;
图2为本实用新型实施例采用的电解水单元、焚烧单元、碳捕集单元以及供电单元的流程示意图;
图3为本实用新型实施例采用的甲醇合成单元的流程示意图图。
附图标记说明:
10-电解水单元;11-电解池;12-氧气管;13-氢气管;14-水净化组件;15-闪蒸装置;16-水泵;17-氢氧分离器;
20-焚烧单元;21-焚烧炉;22-出水管;23-出烟管;24-除尘装置;25-压蒸汽装置;26-脱硫装置;27-脱氯装置;28-脱水装置;29-第二气管;210-分支管;211-第一压缩机;
30-碳捕集单元;31-吸收塔;32-解吸塔;33-循环管;34-加热器;35-第一气管;
40-甲醇合成单元;41-第二压缩机;42-甲醇合成反应器;43-甲醇精制塔;44-废水管;45-预热装置;46-储存罐;47-换热器;48-汽包;
50-供电单元;51-光伏发电设备;52-风力发电设备;53-蒸汽发电机组;531-锅炉;532-汽轮机;533-发电机;534-冷却器;535-冷凝器;
60-重沸器。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
请一并参阅图1至图3,现对本实用新型提供的甲醇的生产系统进行说明。所述甲醇的生产系统,包括电解水单元10、焚烧单元20、碳捕集单元30以及甲醇合成单元40,电解水单元10包括电解池11、氢气管13和氧气管12,氢气管13和氧气管12分别与电解池11连通;焚烧单元20包括顺次设置的焚烧炉21和烟气处理组件,焚烧炉21与氧气管12连通,烟气处理组件包括出水管22和出烟管23,出水管22与电解池11连通,且用于向电解池11供水;碳捕集单元30包括顺次设置的吸收塔31和解吸塔32,解吸塔32设有用于通出二氧化碳的第一气管35;甲醇合成单元40包括顺次设置的压缩组件、甲醇合成反应器42以及甲醇精制塔43,压缩组件分别与氢气管13和第一气管35连通。
需要说明的是,碳捕集为本领域的公知技术,此处不再赘述。
本实施例提供的甲醇的生产系统,首先通过焚烧炉21对生物质能和化石能源进行焚烧处理,焚烧后产生的烟气进入烟气处理组件进行处理,烟气在处理过程后进入碳捕集单元30,在处理烟气的过程中会脱出水分,水分供给至电解池11,电解池11对水进行电解产生氢气和氧气,氧气可通入焚烧炉21内有助于将生物质能和化石能源进行充分燃烧,经过碳捕集单元30的烟气被捕集出二氧化碳气体,二氧化碳气体和电解水单元10产生的氢气一同通入甲醇合成单元40中,最后得到纯度较高的甲醇。
与现有技术相比,本实用新型甲醇的生产系统通过将城市中的垃圾作为能源进行焚烧,实现了能源的再利用,并且焚烧后对烟气处理产生的水还可供电解水单元10使用,烟气处理组件和碳捕集单元30对烟气进行处理,可将烟气中的二氧化碳捕集供甲醇合成单元40使用,并且处理后的烟气排出外界也不会对空气造成较大的影响,上述过程中的氢气和二氧化碳可生成甲醇使用,该过程制备甲醇的能源效率更高,并且能降低生产能源成本。
在一些实施例中,上述电解水单元10的一种改进实施方式可以采用如图2所示结构。参见图2,电解水单元10还包括设于电解池11前序的水净化组件14,甲醇精制塔43的底部设有与水净化组件14连通的废水管44,出水管22的出水端连通于水净化组件14的进水口。水净化组件14可将废水管44和出水管22中的水流进行净化处理,可保证在电解水的时候不产生其他危害气体,从而电解后产生的氧气和氢气纯度较高,利于后续的使用。
本实施例中,水净化组件14可采用常规工业使用的净化装置。
在一些实施例中,上述电解水单元10的一种改进实施方式可以采用如图2所示结构。参见图2,电解水单元10还包括氢氧分离器17、两个闪蒸装置15以及水泵16,氢氧分离器17设于电解池11的后序,氢气管13和氧气管12分别设于氢氧分离器17上;两个闪蒸装置15分别设于氢气管13和氧气管12上;水泵16连通于两个闪蒸装置15的底部和电解池11的进口之间。电解池11工作产生的氢气和氧气中仍含有水蒸气,氢气管13上设置一个闪蒸装置15,氧气管12上设置一个闪蒸装置15,通过闪蒸装置15将水蒸气分离,通过水泵16重新进入电解池11中电解,该过程循环多次对水进行电解处理,避免氢气和氧气中混入水蒸气影响焚烧或甲醇的合成,还能将水蒸气重新利用,提高氢气和氧气的电解效率。
在一些实施例中,上述烟气处理组件的一种具体实施方式可以采用如图2所示结构。参见图2,烟气处理组件包括顺次设置的除尘装置24、压蒸汽装置25、脱硫装置26、脱氯装置27以及脱水装置28,压蒸汽装置25上设有用于通出蒸汽的第二气管29,出水管22和出烟管23均设于脱水装置28。烟气首先进入除尘装置24中,除尘装置24中设有多个过滤膜,可以使得尘灰附着在其上完成对烟气的除尘除灰,压蒸汽装置25可在3MPa、378℃的过热中进行,随后对烟气进行脱硫、脱氯和脱水处理,在进行脱硫、脱氯和脱水处理中可采用本领域常用的方式进行处理,脱水处理可降低烟气中的很水量,从而降低碳捕集单元30中乙醇胺溶液的用量和解吸塔32的功耗。
作为一种变形实施方式,烟气处理组件可选用除尘装置24、压蒸汽装置25、脱硫装置26、脱氯装置27以及脱水装置28中的任意一种或多种组合,以满足不同的处理需求。
具体地,除尘装置24可采用旋风分离器。
在一些实施例中,上述焚烧单元20的一种改进实施方式可以采用如图2所示结构。参见图2,焚烧单元20还包括连通于脱水装置28的出水口和碳捕集单元30之间的分支管210,分支管210用于向碳捕集单元30供水。脱水处理后产生的水分小部分进入碳捕集单元30,大部分进入水净化单元,水净化单元对水进行处理后可供电解池11使用,实现再利用,降低运行成本。
在一些是是实施例中,上述甲醇的生产系统的一种改进实施方式可以采用如图2所示结构。参见图2,甲醇的生产系统还包括用于对电解池11供电的供电单元50,供电单元50包括光伏发电设备51、风力发电设备52以及蒸汽发电机组53,蒸汽发电机组53分别与水净化组件14的出水口和第二气管29连通。通过光伏、风力以及蒸汽发电后用于电解池11进行电解过程,可代替工业用电,不仅降低用电量,还可对生产过程中的水蒸气进行再利用,合理利用能源。
参阅图2至图3,蒸汽发电机组53包括泵、锅炉531、汽轮机532、发电机533、冷却器534、冷凝器535等,锅炉531接收压蒸汽装置25内的蒸汽,并传送至汽轮机532,发电机533发出的电量可供电解池11使用,冷却器534和冷凝器535冷凝的水可以传递至解吸塔32和甲醇精制塔43。
在一些实施例中,上述焚烧单元20的一种改进实施方式可以采用如图2所示结构。参见图2,焚烧单元20还包括设于焚烧炉21进气口的第一压缩机211,第一压缩机211上还设有用于进空气的进气管。第一压缩机211可以将空气压缩后通入焚烧炉21内,方便根据通入焚烧炉21内氧气的总量调整空气的流量,从而保证氧气与空气维持合适的比例,从而保证焚烧炉21的焚烧效果,避免焚烧不彻底造成残留。
在一些实施例中,上述压缩组件的一种具体实施方式可以采用如图3所示结构。参见图3,压缩组件包括两个并联的压缩组,其中一个压缩组与氧气管12连通,另一个压缩组与第一气管35连通,每个压缩组包括多个串联的第二压缩机41,位于起始端的第二压缩机41与氢气管13或第一气管35连通。通过多个第二压缩机41实现多级压缩,可提高甲醇的合成纯度,从而降低甲醇精制塔43的工作负荷,节能减排。
在一些实施例中,上述甲醇合成单元40的一种改进实施方式可以采用如图3所示结构。参见图3,甲醇合成单元40还包括预热装置45和储存罐46,预设装置设于压缩组件和甲醇合成反应器42之间;储存罐46设于甲醇精制塔43后序。甲醇合成反应器42内的化学反应为:CO2+H2=CO+H2O;CO2+3H2=CH3OH+H2O;CO+2H2=CH3OH,通过预热可方便甲醇在甲醇合成反应器42内合成,缩短反应时间,提高甲醇的合成效率。
在一些实施例中,上述碳捕集单元30的一种改进实施方式可以采用如图2所示结构。参见图2,碳捕集单元30还包括设于解吸塔32底部的循环管33。烟气经吸收塔31的塔底进入,吸收塔31的顶部喷淋吸收液,吸收塔31的底部流出液体进过加压泵升温后进入解吸塔32,解吸塔32的塔顶流出粗二氧化碳气体,经过冷凝除水后得到可使用的二氧化碳气体,解吸塔32的底部流出的液体外加新鲜的吸收液和小部分烟气冷凝水后进行循环再利用,通过对吸收液循环利用,降低成本。
其中,加压泵加压后通过加热器34进行升温。
本申请实施例各单元的一种实际工作过程举例如下:
(1)电解水单元10:通过碱性水电解技术制取氢气和氧气,所需电能由绿色电力系统提供,主要为光伏发电和风能发电,次要为蒸汽发电机组53。电解水源通过水净化组件14提供,采用浓度35%KOH溶液作为电解质,电解产生氢气和氧气仍含有水蒸气,通过闪蒸的方法将其分离,通过水泵16重新进入电解池11电解。氢气通往甲醇合成单元40,氧气通往焚烧单元20。
(2)焚烧单元20:外部城市固体垃圾经粉碎送往焚烧炉21内进行燃烧,来自电解水单元10制取的氧气与第一压缩机211通入的空气按照过量空气系数1.1送入焚烧炉21,焚烧后烟气首先除灰除尘、产生3.0MPa、378℃的过热中压蒸汽,其流量为18t/h,用于蒸汽发电机组53推动汽轮机发电,其发电量为2.8MW用于电解池11电解过程;随后烟气冷凝到40℃,依次经脱硫、脱氯、脱水装置28,脱除的有害气体做无害化处理,脱除的水分小部分用以碳捕集子系统用水,大部分送入水净化组件14供给电解池11。经以上处理过后富含二氧化碳的烟气,流量为5.714kg/s,送入碳捕集单元30。
(3)碳捕集单元30:碳捕集子单元用以35%浓度的乙醇胺(MEA)溶液进行二氧化碳吸收,烟气由吸收塔31塔底进入,乙醇胺溶液由塔顶顶部喷淋装置喷洒,塔底流出的液体经加压泵升温器送入解吸塔32,解吸塔32塔顶得到粗二氧化碳气体,经冷凝除水后得到1.43kg/s,纯度为99.7%的二氧化碳,高纯度的二氧化碳可提高甲醇合成的转化效率;解吸塔32塔底流出的液体主要包含水和MEA溶液,外加补充的新鲜MEA溶液和小部分烟气冷凝水一同送入吸收塔31进行循环再利用。产生的纯度较高的二氧化碳气体送入甲醇合成单元40。
(4)甲醇合成单元40:包括多级压缩机、换热47器、汽包48、甲醇合成反应器42和甲醇精制塔43。来自电解水单元10的氢气流量为0.19kg/s,与碳捕集单元30的二氧化碳按照3:1摩尔比分别进行压缩至110bar、经混合、预热至250℃,通入甲醇合成反应器42,按照CO2+H2=CO+H2O;CO2+3H2=CH3OH+H2O;CO+2H2=CH3OH进行反应。反应器内为固体催化剂,需按期更换。反应产物经降温冷凝后通过汽包48将原料合成气回收利用,液态粗甲醇(包括甲醇和水)进入甲醇精制塔43进行提纯,最终在塔顶得到0.93kg/s、99.9wt%甲醇,送至甲醇储存罐46按现有标准储存;甲醇精制塔43的塔底得到0.53kg/s、99.8wt%含醇废水,含醇废水送去水净化装置,经处理过后用以电解水单元10。
其中,水净化组件14接收烟气冷凝水和甲醇精制塔43塔底的含醇废水,水处理后的纯净水送往电解池11及蒸汽发电机组53。本系统中涉及的塔工作压强为30KPa或15KPa,换热器47的压强为15KPa,泵、压缩机的效率为85%。
在具体实施时,解吸塔32和甲醇精制塔43的底部均设有重沸器60。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种甲醇的生产系统,其特征在于,包括:
电解水单元,包括电解池、氢气管和氧气管,所述氢气管和所述氧气管分别与所述电解池连通;
焚烧单元,包括顺次设置的焚烧炉和烟气处理组件,所述焚烧炉与所述氧气管连通,所述烟气处理组件包括出水管和出烟管,所述出水管与所述电解池连通,且用于向所述电解池供水;
碳捕集单元,包括顺次设置的吸收塔和解吸塔,所述解吸塔设有用于通出二氧化碳的第一气管;
甲醇合成单元,包括顺次设置的压缩组件、甲醇合成反应器以及甲醇精制塔,所述压缩组件分别与所述氢气管和所述第一气管连通。
2.如权利要求1所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述电解水单元还包括设于所述电解池前序的水净化组件,所述甲醇精制塔的底部设有与所述水净化组件连通的废水管,所述出水管的出水端连通于所述水净化组件的进水口。
3.如权利要求2所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述电解水单元还包括:
氢氧分离器,设于所述电解池的后序,所述氢气管和所述氧气管分别设于所述氢氧分离器上;
两个闪蒸装置,分别设于所述氢气管和所述氧气管上;
水泵,连通于两个所述闪蒸装置的底部和所述电解池的进口之间。
4.如权利要求2所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述烟气处理组件包括顺次设置的除尘装置、压蒸汽装置、脱硫装置、脱氯装置以及脱水装置,所述压蒸汽装置上设有用于通出蒸汽的第二气管,所述出水管和所述出烟管均设于所述脱水装置。
5.如权利要求4所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述焚烧单元还包括连通于所述脱水装置的出水口和所述碳捕集单元之间的分支管,所述分支管用于向所述碳捕集单元供水。
6.如权利要求4所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述甲醇的生产系统还包括用于对电解池供电的供电单元,所述供电单元包括:
光伏发电设备;
风力发电设备;
蒸汽发电机组,分别与所述水净化组件的出水口和所述第二气管连通。
7.如权利要求1所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述焚烧单元还包括设于所述焚烧炉进气口的第一压缩机,所述第一压缩机上还设有用于进空气的进气管。
8.如权利要求1所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述压缩组件包括两个并联的压缩组,其中一个所述压缩组与所述氧气管连通,另一个所述压缩组与所述第一气管连通,每个所述压缩组包括多个串联的第二压缩机,位于起始端的所述第二压缩机与所述氢气管或所述第一气管连通。
9.如权利要求1所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述甲醇合成单元还包括:
预热装置,设于所述压缩组件和所述甲醇合成反应器之间;
储存罐,设于所述甲醇精制塔后序。
10.如权利要求1所述的甲醇的生产系统,其特征在于,所述碳捕集单元还包括设于所述解吸塔底部的循环管。
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