新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统的制作方法

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1.本实用新型涉及一种甲醇制备系统，尤其涉及一种新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统。

背景技术：

2.甲醇作为一种重要的化工产品，其使用量仅次于苯、乙烯和丙烯等，其下游产品丰富，主要有甲醛、甲基叔丁基醚、甲基丙烯酸甲酯、醋酸、以及直接作为燃料等新用途，随着社会的发展甲醇很有可能会成为重要的替代能源。目前生产甲醇的主要原料是煤和天然气，在生产过程中会消耗大量的化石能源，不可避免的会对环境造成污染。

3.与此同时，氢储能作为智能电网和可再生能源发电规模化发展的重要支撑，其制备方式包括煤制氢、天然气制氢、电解水制氢以及页岩气制氢，其中，电解水制氢技术工艺过程简单，且制得的氢气纯度最高，是一种完全清洁的制氢方式，但在电解水制氢的过程中需要由配电网提供电力来源；又由于目前，我国的电源装机中，火电机组占比较大，以内蒙古为例，截止至2019年10月底，内蒙古电网统调装机容量7214.8万千瓦，直调火电装机容量4075.2万千瓦，火电装机占比56.5％，所以，从电源而言，电解水制氢的电源是以煤炭为一次能源的火电，不利于节能减排。

4.同时，近些年三北地区风电、光电规模不断扩大，但是，由于电网缺少储能设施等调峰手段，受风电出力特性、光伏发电特性与用电负荷特点的影响，大部分电场都存在通过弃风、弃光来限制风电机组和光伏机组的出力，严重影响了风电及光电的发电效率，制约了电场的经济效益。

5.此外，在全球气候变暖的背景下，如何最大限度地实现电力行业的低碳化具有十分重大的意义，如何能将排放的co2实现有效的资源化利用是急需解决的问题。

技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，利用风电与光伏的弃风、弃光电力为电解水制氢单元提供清洁电力，利用二氧化碳捕捉工艺制取二氧化碳，最后将氢气与二氧化碳混合并在催化剂的作用下来制备甲醇。

7.本实用新型由如下技术方案实施：

8.新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，包括新能源发电单元、电解制氢单元、二氧化碳捕捉单元、甲醇合成单元以及配电网；

9.所述电解制氢单元的氢气储罐的出气口分两路，一路和所述二氧化碳捕捉单元的二氧化碳储罐的出气口均与所述甲醇合成单元的1# 混合器的进气口连通，另一路与所述甲醇合成单元的2#混合器的进气口连通；

10.所述新能源发电单元的风力发电变压器的电力输出端和所述新能源发电单元的光伏发电变压器的电力输出端均与所述配电网的电力输入端连接；

11.所述配电网的电力输出端分别与所述电解制氢单元的电解制氢变压器、所述甲醇

合成单元的合成单元变压器的电力输入端连接。

12.进一步的，所述新能源发电单元包括风力发电机组和光伏发电机组；

13.所述风力发电机组包括风力发电机和风力发电变压器，所述风力发电机的电力输出端与所述风力发电变压器的电力输入端连接；

14.所述光伏发电机组包括依次连接的光伏组件、逆变器和光伏发电变压器。

15.进一步的，所述电解制氢单元包括电解制氢变压器、整流逆变器、碱液储存罐、电解槽、气液分离器以及氢气储罐；

16.所述电解制氢变压器的电力输出端与所述整流逆变器的电力输入端连接，所述整流逆变器的电力输出端与所述电解槽的电力输入端连接；

17.所述碱液储存罐的出液口与所述电解槽的电解液进口连通，所述电解槽的电解液出口与所述碱液储存罐的进液口连通，所述电解槽的阴极产物出口与所述气液分离器的进气口连通，所述气液分离器的出气口与所述氢气储罐的进气口连通。

18.进一步的，所述二氧化碳捕捉单元包括火电厂锅炉、脱硝装置、空气预热器、静电除尘器、烟气冷却器、脱硫装置、吸收塔、贫液冷却器、贫富液换热器、再生塔、再生气冷凝器、再生气液分离器、粗二氧化碳冷却器、粗二氧化碳压缩机、过滤器、脱硫塔、分子筛、二氧化碳冷凝器、精馏塔、过冷器以及二氧化碳储罐；

19.所述火电厂锅炉的排烟管路与所述脱硝装置的烟气进口连通，所述脱硝装置的烟气出口与所述空气预热器的烟气进口连通，所述空气预热器的烟气出口与所述静电除尘器的烟气进口连通，所述静电除尘器的烟气出口与所述烟气冷却器的烟气进口连通，所述烟气冷却器的烟气出口与所述脱硫装置的烟气进口连通，所述脱硫装置的烟气出口与所述吸收塔的进气口连通，所述吸收塔底部的富液出口与所述贫富液换热器的冷介质进口连通，所述贫富液换热器的冷介质出口与所述再生塔的富液进口连通，所述再生塔顶部的再生气出口与所述再生气冷凝器的进口连通，所述再生气冷凝器的出口与所述再生气液分离器的进口连通，所述再生气液分离器的出气口与所述粗二氧化碳冷却器的进口连通，所述粗二氧化碳冷却器的出口与所述粗二氧化碳压缩机的进口连通，所述粗二氧化碳压缩机的出口与所述过滤器的进气口连通，所述过滤器的出气口与所述脱硫塔的进气口连通，所述脱硫塔的出气口与所述分子筛的进气口连通，所述分子筛的出气口与所述二氧化碳冷凝器的进气口连通，所述二氧化碳冷凝器的出气口与所述精馏塔的进气口连通，所述精馏塔的出气口与所述过冷器的进气口连通，所述过冷器的出液口与所述二氧化碳储罐的进液口连通；

20.所述再生气液分离器的出液口与所述再生塔的贫液进口连通，所述再生塔的贫液出口与所述贫富液换热器的热介质进口连通，所述贫富液换热器的热介质出口与所述贫液冷却器的进口连通，所述贫液冷却器的出口与所述吸收塔的贫液进口连通。

21.进一步的，所述甲醇合成单元包括1#混合器、换热器、加氢反应器、1#氧化锌脱硫塔、2#氧化锌脱硫塔、2#混合器、混合气预热器、甲醇反应器、粗甲醇冷凝器、分离器、循环压缩机、蒸汽包、粗甲醇储罐、合成单元变压器以及合成单元配电箱；

22.所述1#混合器的出气口与所述换热器的冷介质进口连通，所述换热器的冷介质出口与所述加氢反应器的进气口连通，所述加氢反应器底部的出气口分别与并列设置的所述1#氧化锌脱硫塔和所述2#氧化锌脱硫塔的进气口连通，所述1#氧化锌脱硫塔和所述2#氧化锌脱硫塔的出气口均与所述2#混合器的进气口连通，所述2#混合器的出气口与所述混合气

预热器的冷介质进口连通，所述混合气预热器的冷介质出口与所述甲醇反应器的进气口连通；所述甲醇反应器的粗甲醇出口分两路，一路与所述混合气预热器的热介质进口连通，另一路与所述换热器的热介质进口连通；所述混合气预热器的热介质出口和所述换热器的热介质出口均与所述粗甲醇冷凝器的进口连通，所述粗甲醇冷凝器的出口与所述分离器的进口连通，所述分离器的出气口与所述循环压缩机的进气口连通，所述循环压缩机的出气口与所述2#混合器的进气口连通；所述分离器的出液口与所述粗甲醇储罐的进液口连通；

23.所述甲醇反应器的蒸汽出口与所述蒸汽包的蒸汽进口连通，所述蒸汽包的出液口与所述甲醇反应器进液口连通；

24.所述合成单元变压器的电力输出端与所述合成单元配电箱的电力输入端连接，所述合成单元配电箱为1#混合器、加氢反应器、1# 氧化锌脱硫塔、2#氧化锌脱硫塔、2#混合器、甲醇反应器分离器、循环压缩机供电。

25.进一步的，还包括甲醇提纯单元，所述甲醇合成单元的粗甲醇储罐的出液口与所述甲醇提纯单元的预精馏塔的进料口连通；

26.所述配电网的电力输出端还与所述甲醇提纯单元的提纯单元变压器的电力输入端连接。

27.进一步的，所述甲醇提纯单元包括预精馏塔、氢氧化钠储罐、1# 冷凝器、1#回收罐、1#再沸器、1#加压泵、预热器、加压精馏塔、2# 再沸器、3#再沸器、2#回收罐、2#加压泵、2#冷凝器、常压精馏塔、 3#冷凝器、3#回收罐、精甲醇储罐、提纯单元变压器以及提纯单元配电箱；

28.所述氢氧化钠储罐的出液口与所述预精馏塔的氢氧化钠补充液进口连通，所述预精馏塔的塔顶采出口与所述1#冷凝器的进口连通，所述1#冷凝器液相出口与所述1#回收罐的进口连通，所述1#回收罐的液相出口与所述预精馏塔塔顶的液相回流口连通；所述预精馏塔的塔底采出口分两路，一路与所述1#再沸器的冷介质进口连通，另一路与所述1#加压泵的进口连通；所述1#再沸器的再沸气出口与所述预精馏塔塔底的气相回流口连通，所述1#加压泵的出口与所述预热器的冷介质进口连通，所述预热器的冷介质出口与所述加压精馏塔的进料口连通；

29.所述加压精馏塔的塔顶采出口与所述3#再沸器的热介质进口连通，所述3#再沸器的冷凝液出口与所述2#回收罐的进口连通，所述 2#回收罐的出口分两路，一路通过2#加压泵与所述加压精馏塔塔顶的液相回流口连通，另一路与所述2#冷凝器的进口连通，所述2#冷凝器的出口与所述精甲醇储罐的进口连通；所述加压精馏塔的塔底采出口分两路，一路与所述2#再沸器的冷介质进口连通，另一路与所述预热器的热介质进口连通；所述2#再沸器的再沸气出口与所述加压精馏塔塔底的气相回流口连通，所述预热器的热介质出口与所述常压精馏塔的进料口连通；

30.所述常压精馏塔的塔顶采出口与所述3#冷凝器的进口连通，所述3#冷凝器的出口与所述3#回收罐的进口连通，所述3#回收罐的出口分两路，一路与所述精甲醇储罐的进口连通，另一路与所述常压精馏塔塔顶的液相回流口连通；所述常压精馏塔的塔底采出口分两路，一路与后系统连通，另一路与所述3#再沸器的冷介质进口连通，所述3#再沸器的再沸气出口与所述常压精馏塔塔底的气相回流口连通；

31.所述提纯单元变压器的电力输出端与所述提纯单元配电箱的电力输入端连接，所

述提纯单元配电箱为预精馏塔、加压精馏塔以及常压精馏塔供电。

32.本实用新型的优点：

33.本实用新型采用风力发电、光伏发电的弃风、弃光为电解水制氢提供“绿色”电力，可以实现“绿氢”生产零碳排放；利用二氧化碳捕捉单元制取二氧化碳，氢气与二氧化碳气体进行混合形成混合气，混合气在催化剂作用下合成甲醇，粗甲醇经过净化装置提纯为精甲醇。本实用新型通过新能源制氢实现了电网内多余的风电电力的消纳与储存，通过二氧化碳捕捉技术将燃煤发电厂排放烟气中的二氧化碳进行捕捉，通过碳捕捉与新能源制氢气相结合，为二氧化碳封存与利用提供了新应用场景，将二氧化碳转化为甲醇进行封存与应用，同时也为氢气的利用及下游产业链的发展提供了新途径。

附图说明：

34.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

35.图1为本实施例的系统结构示意图；

36.图中：新能源发电单元1、光伏组件1.1、逆变器1.2、光伏发电变压器1.3、风力发电机1.4、风力发电变压器1.5、电解制氢单元2、电解制氢变压器2.1、整流逆变器2.2、碱液储存罐2.3、电解槽2.4、气液分离器2.5、氢气储罐2.6、二氧化碳捕捉单元3、火电厂锅炉3.1、脱硝装置3.2、空气预热器3.3、静电除尘器3.4、烟气冷却器3.5、脱硫装置3.6、吸收塔3.7、贫液冷却器3.8、贫富液换热器3.9、再生塔3.10、再生气冷凝器3.11、再生气液分离器3.12、粗二氧化碳冷却器3.13、粗二氧化碳压缩机3.14、过滤器3.15、脱硫塔3.16、分子筛3.17、二氧化碳冷凝器3.18、精馏塔3.19、过冷器3.20、二氧化碳储罐3.21、甲醇合成单元4、1#混合器4.1、换热器4.2、加氢反应器4.3、1#氧化锌脱硫塔4.4、2#氧化锌脱硫塔4.5、 2#混合器4.6、混合气预热器4.7、甲醇反应器4.8、粗甲醇冷凝器 4.9、分离器4.10、循环压缩机4.11、蒸汽包4.12、粗甲醇储罐4.13、合成单元变压器4.14、合成单元配电箱4.15、甲醇提纯单元5、预精馏塔5.1、氢氧化钠储罐5.2、1#冷凝器5.3、1#回收罐5.4、1# 再沸器5.5、1#加压泵5.6、预热器5.7、加压精馏塔5.8、2#再沸器 5.9、3#再沸器5.10、2#回收罐5.11、2#加压泵5.12、2#冷凝器5.13、常压精馏塔5.14、3#冷凝器5.15、3#回收罐5.16、精甲醇储罐5.17、提纯单元变压器5.18、提纯单元配电箱5.19、配电网6。

具体实施方式：

37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

38.实施例1：

39.如图1所示的新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，包括新能源发电单元1、电解制氢单元2、二氧化碳捕捉单元3、甲醇合成单元4以及配电网6；本实施例还包括甲醇提

纯单元5。

40.新能源发电单元1包括风力发电机组和光伏发电机组；风力发电机组包括风力发电机1.4和风力发电变压器1.5，风力发电机1.4的电力输出端与风力发电变压器1.5的电力输入端连接；光伏发电机组包括依次连接的光伏组件1.1、逆变器1.2和光伏发电变压器1.3。

41.电解制氢单元2包括电解制氢变压器2.1、整流逆变器2.2、碱液储存罐2.3、电解槽2.4、气液分离器2.5以及氢气储罐2.6；

42.电解制氢变压器2.1的电力输出端与整流逆变器2.2的电力输入端连接，整流逆变器2.2的电力输出端与电解槽2.4的电力输入端连接；

43.碱液储存罐2.3的出液口与电解槽2.4的电解液进口连通，电解槽2.4的电解液出口与碱液储存罐2.3的进液口连通，电解槽2.4的阴极产物出口与气液分离器2.5的进气口连通，气液分离器2.5的出气口与氢气储罐2.6的进气口连通。

44.二氧化碳捕捉单元3包括火电厂锅炉3.1、脱硝装置3.2、空气预热器3.3、静电除尘器3.4、烟气冷却器3.5、脱硫装置3.6、吸收塔3.7、贫液冷却器3.8、贫富液换热器3.9、再生塔3.10、再生气冷凝器3.11、再生气液分离器3.12、粗二氧化碳冷却器3.13、粗二氧化碳压缩机3.14、过滤器3.15、脱硫塔3.16、分子筛3.17、二氧化碳冷凝器3.18、精馏塔3.19、过冷器3.20以及二氧化碳储罐3.21；

45.火电厂锅炉3.1的排烟管路与脱硝装置3.2的烟气进口连通，脱硝装置3.2的烟气出口与空气预热器3.3的烟气进口连通，空气预热器3.3的烟气出口与静电除尘器3.4的烟气进口连通，静电除尘器 3.4的烟气出口与烟气冷却器3.5的烟气进口连通，烟气冷却器3.5 的烟气出口与脱硫装置3.6的烟气进口连通，脱硫装置3.6的烟气出口与吸收塔3.7的进气口连通，吸收塔3.7底部的富液出口与贫富液换热器3.9的冷介质进口连通，贫富液换热器3.9的冷介质出口与再生塔3.10的富液进口连通，再生塔3.10顶部的再生气出口与再生气冷凝器3.11的进口连通，再生气冷凝器3.11的出口与再生气液分离器3.12的进口连通，再生气液分离器3.12的出气口与粗二氧化碳冷却器3.13的进口连通，粗二氧化碳冷却器3.13的出口与粗二氧化碳压缩机3.14的进口连通，粗二氧化碳压缩机3.14的出口与过滤器 3.15的进气口连通，过滤器3.15的出气口与脱硫塔3.16的进气口连通，脱硫塔3.16的出气口与分子筛3.17的进气口连通，分子筛 3.17的出气口与二氧化碳冷凝器3.18的进气口连通，二氧化碳冷凝器3.18的出气口与精馏塔3.19的进气口连通，精馏塔3.19的出气口与过冷器3.20的进气口连通，过冷器3.20的出液口与二氧化碳储罐3.21的进液口连通；

46.再生气液分离器3.12的出液口与再生塔3.10的贫液进口连通，再生塔3.10的贫液出口与贫富液换热器3.9的热介质进口连通，贫富液换热器3.9的热介质出口与贫液冷却器3.8的进口连通，贫液冷却器3.8的出口与吸收塔3.7的贫液进口连通。

47.甲醇合成单元4包括1#混合器4.1、换热器4.2、加氢反应器4.3、 1#氧化锌脱硫塔4.4、2#氧化锌脱硫塔4.5、2#混合器4.6、混合气预热器4.7、甲醇反应器4.8、粗甲醇冷凝器4.9、分离器4.10、循环压缩机4.11、蒸汽包4.12、粗甲醇储罐4.13、合成单元变压器4.14 以及合成单元配电箱4.15；

48.1#混合器4.1的出气口与换热器4.2的冷介质进口连通，换热器 4.2的冷介质出口与加氢反应器4.3的进气口连通，加氢反应器4.3 底部的出气口分别与并列设置的1#氧化

锌脱硫塔4.4和2#氧化锌脱硫塔4.5的进气口连通，1#氧化锌脱硫塔4.4和2#氧化锌脱硫塔4.5 的出气口均与2#混合器4.6的进气口连通，2#混合器4.6的出气口与混合气预热器4.7的冷介质进口连通，混合气预热器4.7的冷介质出口与甲醇反应器4.8的进气口连通；甲醇反应器4.8的粗甲醇出口分两路，一路与混合气预热器4.7的热介质进口连通，另一路与换热器4.2的热介质进口连通；混合气预热器4.7的热介质出口和换热器 4.2的热介质出口均与粗甲醇冷凝器4.9的进口连通，粗甲醇冷凝器 4.9的出口与分离器4.10的进口连通，分离器4.10的出气口与循环压缩机4.11的进气口连通，循环压缩机4.11的出气口与2#混合器 4.6的进气口连通；分离器4.10的出液口与粗甲醇储罐4.13的进液口连通；

49.甲醇反应器4.8的蒸汽出口与蒸汽包4.12的蒸汽进口连通，蒸汽包4.12的出液口与甲醇反应器4.8进液口连通；

50.合成单元变压器4.14的电力输出端与合成单元配电箱4.15的电力输入端连接，合成单元配电箱4.15为1#混合器4.1、加氢反应器 4.3、1#氧化锌脱硫塔4.4、2#氧化锌脱硫塔4.5、2#混合器4.6、甲醇反应器4.8、分离器4.10、循环压缩机4.11供电。

51.甲醇提纯单元5包括预精馏塔5.1、氢氧化钠储罐5.2、1#冷凝器5.3、1#回收罐5.4、1#再沸器5.5、1#加压泵5.6、预热器5.7、加压精馏塔5.8、2#再沸器5.9、3#再沸器5.10、2#回收罐5.11、2# 加压泵5.12、2#冷凝器5.13、常压精馏塔5.14、3#冷凝器5.15、3# 回收罐5.16、精甲醇储罐5.17、提纯单元变压器5.18以及提纯单元配电箱5.19；

52.氢氧化钠储罐5.2的出液口与预精馏塔5.1的氢氧化钠补充液进口连通，预精馏塔5.1的塔顶采出口与1#冷凝器5.3的进口连通， 1#冷凝器5.3液相出口与1#回收罐5.4的进口连通，1#回收罐5.4 的液相出口与预精馏塔5.1塔顶的液相回流口连通；预精馏塔5.1的塔底采出口分两路，一路与1#再沸器5.5的冷介质进口连通，另一路与1#加压泵5.6的进口连通；1#再沸器5.5的再沸气出口与预精馏塔5.1塔底的气相回流口连通，1#加压泵5.6的出口与预热器5.7 的冷介质进口连通，预热器5.7的冷介质出口与加压精馏塔5.8的进料口连通；

53.加压精馏塔5.8的塔顶采出口与3#再沸器5.10的热介质进口连通，3#再沸器5.10的冷凝液出口与2#回收罐5.11的进口连通，2# 回收罐5.11的出口分两路，一路通过2#加压泵5.12与加压精馏塔 5.8塔顶的液相回流口连通，另一路与2#冷凝器5.13的进口连通， 2#冷凝器5.13的出口与精甲醇储罐5.17的进口连通；加压精馏塔 5.8的塔底采出口分两路，一路与2#再沸器5.9的冷介质进口连通，另一路与预热器5.7的热介质进口连通；2#再沸器5.9的再沸气出口与加压精馏塔5.8塔底的气相回流口连通，预热器5.7的热介质出口与常压精馏塔5.14的进料口连通；

54.常压精馏塔5.14的塔顶采出口与3#冷凝器5.15的进口连通， 3#冷凝器5.15的出口与3#回收罐5.16的进口连通，3#回收罐5.16 的出口分两路，一路与精甲醇储罐5.17的进口连通，另一路与常压精馏塔5.14塔顶的液相回流口连通；常压精馏塔5.14的塔底采出口分两路，一路与后系统连通，另一路与3#再沸器5.10的冷介质进口连通，3#再沸器5.10的再沸气出口与常压精馏塔5.14塔底的气相回流口连通；

55.提纯单元变压器5.18的电力输出端与提纯单元配电箱5.19的电力输入端连接，提纯单元配电箱5.19为预精馏塔5.1、加压精馏塔5.8 以及常压精馏塔5.14供电。

56.电解制氢单元2的氢气储罐2.6的出气口分两路，一路和二氧化碳捕捉单元3的二

氧化碳储罐3.21的出气口均与甲醇合成单元4的 1#混合器4.1的进气口连通，另一路与甲醇合成单元4的2#混合器 4.6的进气口连通；甲醇合成单元4的粗甲醇储罐4.13的出液口与甲醇提纯单元5的预精馏塔5.1的进料口连通；

57.新能源发电单元1的风力发电变压器1.5的电力输出端和新能源发电单元1的光伏发电变压器1.3的电力输出端均与配电网6的电力输入端连接；

58.配电网6的电力输出端分别与电解制氢单元2的电解制氢变压器 2.1、甲醇合成单元4的合成单元变压器4.14的电力输入端连接。配电网6的电力输出端还与甲醇提纯单元5的提纯单元变压器5.18的电力输入端连接。

59.工作原理：

60.新能源发电单元1根据配电网6的调度信息，当新能源发电单元 1需要弃风、弃光限电的时段，根据限电的功率，启动电解制氢单元2的电解制氢变压器2.1，并按照弃风限电的功率运行电解制氢变压器2.1的输出功率。

61.本实施例中，电解制氢单元2采用碱性电解法，除碱性电解法外，还可以使用固体高分子电解质电解法与高温固体氧化物电解法，本实施例中，按照碱性电解法电解水制氢，在70～80℃的工作温度下具有高传导率的高浓度氢氧化钾溶液(25％～30％水溶液)作为电解质，使用铁、镍和镍合金等在电极反应中过电压小的耐碱性材料作为电极，来自于新能源发电单元1的弃风、弃光电力通过电解制氢变压器 2.1变压后经过整流逆变器2.21.2将交流电转为直流电，直流电通入电解槽2.4，直流电作用于氢氧化钾溶液时，在电解槽2.4的阴极与阳极分别发生了电解反应，电解液中的h

+

离子受阴极的吸引而向阴极移动，接受电子而析出氢气，电解液中的oh

?

受阳极的吸引而移向阳极，最后放出电子而成为水和氧气，阴阳极总反应为2h2o＝2h2+o2，随着反应的进行，当电解液浓度发生变化或溶液被消耗时，由碱液储存罐2.3对电解槽2.4的电解液进行补充，阴极生成的氢气经过管路送至气液分离器2.5，在气液分离器2.5中氢气与水分离，氢气被送至氢气储罐2.6中进行储存。

62.本实施例中，二氧化碳捕捉技术采用的是化学吸收法，吸收介质为乙醇胺类水溶液，除了采用乙醇胺类水溶液为吸收介质，还可以采用碳酸钾水溶液、氨水等为吸收介质，除了采用化学吸收法捕捉分离二氧化碳，还可以采用物理吸收法、混合吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法等。化学吸附法是原料气和化学溶剂在吸收塔3.7内发生化学反应。富液进入再生塔3.10加热分解出二氧化碳，从而达到分离回收二氧化碳的目的。燃煤电厂烟气中二氧化碳含量约为14％，烟气通过风机从烟道引出经过脱硝、冷却、除尘、再冷却以及脱硫后进入吸收塔3.7，塔顶有高效丝网除沫器除去液沫，塔底有液体储槽储存吸收了二氧化碳的乙醇胺溶剂富液，富液通过富液泵与贫液在贫富液换热器3.9内进行热交换后温度上升为95℃左右，送往再生塔3.10 塔顶进行解吸，再生塔3.10的结构和吸收塔3.7相似有两段填料，塔顶有再生气冷凝器3.11和再生气液分离器3.12，将解吸出来的再生气中的水和乙醇胺经再生气冷凝器3.11冷凝后再经再生气液分离器 3.12从再生气中分离出去，然后送回再生塔3.10以维持整个系统中的水平衡和乙醇胺平衡。再生气经再生气液分离器3.12分离后主要成分即为二氧化碳，含有少量的氧气、氮气、水蒸气以及极少量的乙醇胺、硫化物，再生的二氧化碳再依次经过粗二氧化碳冷却器3.13 去除一部分的水分、经粗二氧化碳压缩机3.14加压、经过滤器3.15 滤除乙醇胺、经脱硫塔3.16去除硫化物、经分子筛3.17去除氮气、经二氧化碳冷凝器3.18去除水蒸气、经精馏塔3.19精馏提纯、经过冷器3.20

降温后得到较为纯净的二氧化碳液体送入二氧化碳储罐 3.21。

63.本实施例中，二氧化碳与氢气在催化剂的作用下合成甲醇，首先含有微量二氧化硫的二氧化碳气体与少量氢气在1#混合器4.1内混合后与甲醇反应器4.8得到的高温反应气在换热器4.2内进行换热，混合气预热至220℃左右，然后进入加氢反应器4.3内，二氧化硫会被还原为硫化氢，经1#氧化锌脱硫塔4.4、2#氧化锌脱硫塔4.5内的氧化锌脱除硫化氢以达到反应要求，此时二氧化碳与氢气和压缩后的循环气在2#混合器4.6内混合，然后经混合气预热器4.7与甲醇反应器4.8得到的高温反应气换热后进入甲醇反应器4.8，甲醇反应器 4.8可采用华东理工大学开发的绝热管壳复合式反应器，也可采用 lurgi公司的外冷列管式反应器，本实施例采用的是华东理工大学开发的绝热管壳复合式反应器，反应器列管外有沸腾水可将反应热移去，保证反应处于较平稳的温度范围，并副产低压蒸汽，蒸汽进入蒸汽包4.12为厂区内的其他设备提供热蒸汽，热蒸汽经降温冷却形成的冷凝水再次进入甲醇反应器4.8内吸收一部分反应热，使得到的反应气由245℃下降到157℃，之后，反应气经混合气预热器4.7、换热器4.2降温后，经粗甲醇冷凝器4.9冷凝至35℃后，进入分离器 4.10内进行气液分离，大部分的水和甲醇会冷凝为液体，送往粗甲醇储罐4.13，其余的为气体作为循环气送回循环压缩机4.11。

64.本实施例中，甲醇提纯单元5就是利用甲醇、水、有机物杂质的挥发度不同、沸点不同，通过精馏方法将杂质、水、甲醇进行分离。将粗甲醇精馏为纯组分，粗甲醇原料液的关键组分为甲醇和水，其余杂质根据它们的沸点不同可以分为轻、重组分，一般可在预精馏塔 5.1中脱出轻组分，再于加压精馏塔5.8和常压精馏塔5.14中脱出重组分和水。本实施例中，利用加压精馏塔5.8的塔顶蒸汽冷凝热作为 3#再沸器5.10的加热源，这样不仅节约了加热蒸汽，而且也节省冷却用水，有效的利用了热能。

65.粗甲醇进入预精馏塔5.1内和氢氧化钠中和后进入1#再沸器5.5 内加热后，然后进入预精馏塔5.1，在预精馏塔5.1塔顶分离出轻组分(如氢气、一氧化碳、二氧化碳等)，经1#冷凝器5.3冷凝后经1# 回收罐5.4返回至预精馏塔5.1内；塔底采出的塔釜液由预精馏塔 5.1的塔釜送出，送至加压精馏塔5.8。在加压精馏塔5.8塔顶位置形成高纯度甲醇蒸汽，高纯度甲醇蒸汽作为常压精馏塔5.14的3#再沸器5.10的热源，甲醇蒸汽冷凝后先进入2#回收罐5.11内，之后一部分送往加压精馏塔5.8塔顶作为回流液，而另外一部分经2#冷凝器5.13冷却后作为产品储存于精甲醇储罐5.17内。加压精馏塔 5.8塔釜没有气化的粗甲醇溶液则靠加压精馏塔5.8内部压力直接输送到常压精馏塔5.14。常压精馏塔5.14塔顶生成低压高纯度的甲醇气体，进入3#冷凝器5.15降温冷凝后先进入3#回收罐5.16内，之后一部分回流到常压精馏塔5.14内，一部分作为产品冷却后送往精甲醇储罐5.17，常压精馏塔5.14塔底残液送入后系统再做处理。

66.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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。技术特征：

1.新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，其特征在于，包括新能源发电单元、电解制氢单元、二氧化碳捕捉单元、甲醇合成单元以及配电网；所述电解制氢单元的氢气储罐的出气口分两路，一路和所述二氧化碳捕捉单元的二氧化碳储罐的出气口均与所述甲醇合成单元的1#混合器的进气口连通，另一路与所述甲醇合成单元的2#混合器的进气口连通；所述新能源发电单元的风力发电变压器的电力输出端和所述新能源发电单元的光伏发电变压器的电力输出端均与所述配电网的电力输入端连接；所述配电网的电力输出端分别与所述电解制氢单元的电解制氢变压器、所述甲醇合成单元的合成单元变压器的电力输入端连接。2.根据权利要求1所述的新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，其特征在于，所述新能源发电单元包括风力发电机组和光伏发电机组；所述风力发电机组包括风力发电机和风力发电变压器，所述风力发电机的电力输出端与所述风力发电变压器的电力输入端连接；所述光伏发电机组包括依次连接的光伏组件、逆变器和光伏发电变压器。3.根据权利要求1所述的新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，其特征在于，所述电解制氢单元包括电解制氢变压器、整流逆变器、碱液储存罐、电解槽、气液分离器以及氢气储罐；所述电解制氢变压器的电力输出端与所述整流逆变器的电力输入端连接，所述整流逆变器的电力输出端与所述电解槽的电力输入端连接；所述碱液储存罐的出液口与所述电解槽的电解液进口连通，所述电解槽的电解液出口与所述碱液储存罐的进液口连通，所述电解槽的阴极产物出口与所述气液分离器的进气口连通，所述气液分离器的出气口与所述氢气储罐的进气口连通。4.根据权利要求1所述的新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，其特征在于，所述二氧化碳捕捉单元包括火电厂锅炉、脱硝装置、空气预热器、静电除尘器、烟气冷却器、脱硫装置、吸收塔、贫液冷却器、贫富液换热器、再生塔、再生气冷凝器、再生气液分离器、粗二氧化碳冷却器、粗二氧化碳压缩机、过滤器、脱硫塔、分子筛、二氧化碳冷凝器、精馏塔、过冷器以及二氧化碳储罐；所述火电厂锅炉的排烟管路与所述脱硝装置的烟气进口连通，所述脱硝装置的烟气出口与所述空气预热器的烟气进口连通，所述空气预热器的烟气出口与所述静电除尘器的烟气进口连通，所述静电除尘器的烟气出口与所述烟气冷却器的烟气进口连通，所述烟气冷却器的烟气出口与所述脱硫装置的烟气进口连通，所述脱硫装置的烟气出口与所述吸收塔的进气口连通，所述吸收塔底部的富液出口与所述贫富液换热器的冷介质进口连通，所述贫富液换热器的冷介质出口与所述再生塔的富液进口连通，所述再生塔顶部的再生气出口与所述再生气冷凝器的进口连通，所述再生气冷凝器的出口与所述再生气液分离器的进口连通，所述再生气液分离器的出气口与所述粗二氧化碳冷却器的进口连通，所述粗二氧化碳冷却器的出口与所述粗二氧化碳压缩机的进口连通，所述粗二氧化碳压缩机的出口与所述过滤器的进气口连通，所述过滤器的出气口与所述脱硫塔的进气口连通，所述脱硫塔的出气口与所述分子筛的进气口连通，所述分子筛的出气口与所述二氧化碳冷凝器的进气口连通，所述二氧化碳冷凝器的出气口与所述精馏塔的进气口连通，所述精馏塔的出气口与

所述过冷器的进气口连通，所述过冷器的出液口与所述二氧化碳储罐的进液口连通；所述再生气液分离器的出液口与所述再生塔的贫液进口连通，所述再生塔的贫液出口与所述贫富液换热器的热介质进口连通，所述贫富液换热器的热介质出口与所述贫液冷却器的进口连通，所述贫液冷却器的出口与所述吸收塔的贫液进口连通。5.根据权利要求1所述的新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，其特征在于，所述甲醇合成单元包括1#混合器、换热器、加氢反应器、1#氧化锌脱硫塔、2#氧化锌脱硫塔、2#混合器、混合气预热器、甲醇反应器、粗甲醇冷凝器、分离器、循环压缩机、蒸汽包、粗甲醇储罐、合成单元变压器以及合成单元配电箱；所述1#混合器的出气口与所述换热器的冷介质进口连通，所述换热器的冷介质出口与所述加氢反应器的进气口连通，所述加氢反应器底部的出气口分别与并列设置的所述1#氧化锌脱硫塔和所述2#氧化锌脱硫塔的进气口连通，所述1#氧化锌脱硫塔和所述2#氧化锌脱硫塔的出气口均与所述2#混合器的进气口连通，所述2#混合器的出气口与所述混合气预热器的冷介质进口连通，所述混合气预热器的冷介质出口与所述甲醇反应器的进气口连通；所述甲醇反应器的粗甲醇出口分两路，一路与所述混合气预热器的热介质进口连通，另一路与所述换热器的热介质进口连通；所述混合气预热器的热介质出口和所述换热器的热介质出口均与所述粗甲醇冷凝器的进口连通，所述粗甲醇冷凝器的出口与所述分离器的进口连通，所述分离器的出气口与所述循环压缩机的进气口连通，所述循环压缩机的出气口与所述2#混合器的进气口连通；所述分离器的出液口与所述粗甲醇储罐的进液口连通；所述甲醇反应器的蒸汽出口与所述蒸汽包的蒸汽进口连通，所述蒸汽包的出液口与所述甲醇反应器进液口连通；所述合成单元变压器的电力输出端与所述合成单元配电箱的电力输入端连接，所述合成单元配电箱为1#混合器、加氢反应器、1#氧化锌脱硫塔、2#氧化锌脱硫塔、2#混合器、甲醇反应器分离器、循环压缩机供电。6.根据权利要求1所述的新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，其特征在于，还包括甲醇提纯单元，所述甲醇合成单元的粗甲醇储罐的出液口与所述甲醇提纯单元的预精馏塔的进料口连通；所述配电网的电力输出端还与所述甲醇提纯单元的提纯单元变压器的电力输入端连接。7.根据权利要求6所述的新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，其特征在于，所述甲醇提纯单元包括预精馏塔、氢氧化钠储罐、1#冷凝器、1#回收罐、1#再沸器、1#加压泵、预热器、加压精馏塔、2#再沸器、3#再沸器、2#回收罐、2#加压泵、2#冷凝器、常压精馏塔、3#冷凝器、3#回收罐、精甲醇储罐、提纯单元变压器以及提纯单元配电箱；所述氢氧化钠储罐的出液口与所述预精馏塔的氢氧化钠补充液进口连通，所述预精馏塔的塔顶采出口与所述1#冷凝器的进口连通，所述1#冷凝器液相出口与所述1#回收罐的进口连通，所述1#回收罐的液相出口与所述预精馏塔塔顶的液相回流口连通；所述预精馏塔的塔底采出口分两路，一路与所述1#再沸器的冷介质进口连通，另一路与所述1#加压泵的进口连通；所述1#再沸器的再沸气出口与所述预精馏塔塔底的气相回流口连通，所述1#加压泵的出口与所述预热器的冷介质进口连通，所述预热器的冷介质出口与所述加压精馏塔的进料口连通；

所述加压精馏塔的塔顶采出口与所述3#再沸器的热介质进口连通，所述3#再沸器的冷凝液出口与所述2#回收罐的进口连通，所述2#回收罐的出口分两路，一路通过2#加压泵与所述加压精馏塔塔顶的液相回流口连通，另一路与所述2#冷凝器的进口连通，所述2#冷凝器的出口与所述精甲醇储罐的进口连通；所述加压精馏塔的塔底采出口分两路，一路与所述2#再沸器的冷介质进口连通，另一路与所述预热器的热介质进口连通；所述2#再沸器的再沸气出口与所述加压精馏塔塔底的气相回流口连通，所述预热器的热介质出口与所述常压精馏塔的进料口连通；所述常压精馏塔的塔顶采出口与所述3#冷凝器的进口连通，所述3#冷凝器的出口与所述3#回收罐的进口连通，所述3#回收罐的出口分两路，一路与所述精甲醇储罐的进口连通，另一路与所述常压精馏塔塔顶的液相回流口连通；所述常压精馏塔的塔底采出口分两路，一路与后系统连通，另一路与所述3#再沸器的冷介质进口连通，所述3#再沸器的再沸气出口与所述常压精馏塔塔底的气相回流口连通；所述提纯单元变压器的电力输出端与所述提纯单元配电箱的电力输入端连接，所述提纯单元配电箱为预精馏塔、加压精馏塔以及常压精馏塔供电。

技术总结

本实用新型公开一种新能源电解制氢与碳捕捉联合制甲醇系统，包括新能源发电单元、电解制氢单元、二氧化碳捕捉单元、甲醇合成单元以及配电网。本实用新型采用风力发电、光伏发电的弃风、弃光为电解水制氢提供“绿色”电力，可以实现“绿氢”生产零碳排放；利用二氧化碳捕捉单元制取二氧化碳，氢气与二氧化碳气体进行混合形成混合气，混合气在催化剂作用下合成甲醇，粗甲醇经过净化装置提纯为精甲醇。本实用新型通过新能源制氢实现电网内多余的风电电力的消纳与储存，通过二氧化碳捕捉技术将燃煤发电厂排放烟气中的二氧化碳进行捕捉，通过碳捕捉与新能源制氢气相结合，为二氧化碳封存与利用提供新应用场景，将二氧化碳转化为甲醇进行封存与应用。行封存与应用。行封存与应用。

技术研发人员：李兵静 杜丽娟 张利东 魏巍 丁英华 牛守慧 王建华 于海鹏 司有华 璐娜 高亚辉 赛娜

受保护的技术使用者：内蒙古恒瑞新能源有限责任公司

技术研发日：2021.01.06

技术公布日：2021/10/26