[发明专利]一种基于零能耗碳捕集甲醇重整制氨的方法及系统

说明书

本发明公开一种基于零能耗碳捕集甲醇重整制氨的方法及系统，包括以下步骤：S1、将甲醇和水按一定比例依次进行混合、重整、冷凝和变压吸附得到纯净氢气；S2、将加压后的纯氮气与加压后的纯氢气混合进行合成氨反应，合成产物经精馏得到纯氨气；S3、S1中变压吸附分离得到除纯氢气外还有阀气，阀气主要成分为二氧化碳和少量氢气，将阀气与纯氧气混合燃烧产生高温烟气，高温烟气为S1中的重整反应提供热量之后，经过冷凝得到高纯度的二氧化碳并实施碳捕集；本发明与传统煤制氨系统相比，联合了甲醇重整制氢和空气分离装置，构建了一种基于零能耗碳捕集甲醇制氨的方法及系统，为实现我国碳中和目标提供了一种新方案。

技术领域

本发明属于甲醇重整制氨领域，特别是涉及到一种基于零能耗碳捕集甲醇重整制氨的方法及系统。

背景技术

氨作为一种重要的原料，广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域，因此其需求量日益增长。目前氨气的工业合成方法主要是采用氢气和氮气在高温(450～500℃)、高压(20～30MPa)和催化剂存在的条件下反应合成。

传统的制氨系统采用重整天然气以提供制氨过程所需的氢气，并采用煤作为燃料，这种系统存在以下缺陷：天然气重整反应所需的温度条件较高(750～1000℃)，因此通常需要较高的能耗；煤燃烧后续需要进行固体物料处理和脱硫处理，且烟气中二氧化碳浓度较低，使得碳捕集能耗偏高。因此寻找一种高效余热利用、综合考虑经济性的零能耗碳捕集制氨系统是当前亟需解决的问题。

发明内容

因此，本发明为解决上述问题，提供一种结构简单、效率高、生产成本低、使用寿命长和对环境友好的基于零能耗碳捕集甲醇重整制氨的方法及系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于零能耗碳捕集甲醇重整制氨的方法，包括以下步骤：

S1、将甲醇和水按一定比例依次进行混合、重整、冷凝和变压吸附得到纯净氢气；

S2、将加压后的纯氮气与加压后的纯氢气混合进行合成氨反应，合成产物经精馏得到纯氨气；

S3、S1中变压吸附分离得到除纯氢气外还有阀气，阀气主要成分为二氧化碳和少量氢气，将阀气与纯氧气混合燃烧产生高温烟气，高温烟气为S1中的重整反应提供热量之后，经过冷凝得到高纯度的二氧化碳并实施碳捕集。

进一步的，S1中利用重整得到的第一合成气的余热对甲醇和水的混合物进行预热。

进一步的，S2中合成氨反应得到的第二合成气为S1中的重整反应提供热量。

进一步的，S3中阀气燃烧的高温烟气为S1中重整反应提供热量后，余热为进入甲醇重整反应器前甲醇和水的混合物提供热量。

本发明还提供一种基于零能耗碳捕集甲醇重整制氨的系统，包括第一混合器、第二换热器、甲醇重整反应器、第一冷凝器、变压吸附器、第一气体压缩机、第二气体压缩机、合成氨反应器、精馏塔、燃烧室和第二冷凝器，所述第一混合器设有甲醇入口和进水口，分别连接甲醇输送管道和给水管道，第一混合器出口连接第二换热器冷侧入口，对甲醇和水的混合物进行加热，第二换热器冷侧出口连接甲醇重整反应器入口，使甲醇和水在甲醇重整反应器中发生重整反应生成第一合成气，甲醇重整反应器出口连接第一冷凝器入口，第一冷凝器出口连接变压吸附器入口，第一合成气经变压吸附得到纯净的氢气，变压吸附器出口连接第一气体压缩机入口；第二气体压缩机入口连接氮气源，合成氨反应器分别连接第一气体压缩机出口和第二气体压缩机出口，在合成氨反应器中发生合成氨反应得到第二合成气，合成氨反应器出口连接精馏塔入口，第二合成气经精馏得到纯净氨气；

燃烧室分别连接变压吸附器的阀气出口和氧气源，燃烧室的烟气出口连接甲醇重整反应器，燃烧产生的高温烟气为重整反应提供热源，换热后的烟气经第二冷凝器冷凝后得到高纯的二氧化碳，并对二氧化碳实施碳捕集。