一种生物质原料加氢制备甲醇的方法和装置与流程

本发明属于制氢领域，尤其涉及一种生物质原料加氢制备甲醇的方法和装置和方法。

背景技术：

1、现有制氢站的装机和容量多为固定式的，新能源与制氢连接供电时，当有光电和风电机组等新能源发电接入时固定装模块化制氢装置无法消纳新能源电力时，由于制氢站的装机和容量限制，无法消纳新能源电力，造成清洁能源的浪费；当固定装模块化制氢装置检修时，固定式的制氢站一方面无法利用新能源电力，另一方面造成制氢容量下降影响氢气的稳定供给。

2、但是在寒冷的冬季，由于积雪和低温寒冷，当出现弃光或弃风时，利用光伏系统与pem制氢设备耦合时，pem制氢设备与电源连接较困难，例如采用电缆连接时，由于电缆需要人工拖动并压接电缆端子板，操作费时且操作困难；另外，当利用车载制氢装置制氢时，由于车轮与挡板定位出现偏差，使得pem制氢设备的第一电力装置或者第二电源连接单元与电力汇控柜之间的距离出现偏差，采用人工操作连接电源时，由于距离偏差出现电缆长度不够连接不上或者电缆端子孔不匹配从而无法螺接pem制氢设备与电力汇控柜之间的连接电缆端子板。

3、目前甲醇生产有80％来自煤炭，2010年以来煤气化制甲醇的占比继续扩大；而煤炭或者煤气化制甲醇一方面带来环保压力，另一方面消耗大量不可再生资源。利用新能源制氢并运用于甲醇制备是提高资源可再生循环需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种生物质原料加氢制备甲醇的方法和装置和方法，实现分布式制氢站所生产的氢气的调度，不仅充分利用了光伏和风能，同时利用生物质气合成甲醇避免了煤炭和煤气的消耗提高清洁能源利用率。

2、一种生物质原料加氢制备甲醇的方法，甲醇制备中心包含炼炉、净化炉、车载pem制氢耦合装置、混合炉、合成塔、反馈炉、气液分离炉和甲醇存储罐，所述方法包括以下步骤：

3、步骤1、将生物质原料填装入炼炉，炼炉内的生物质原料发生气化反应生成co和co2粗合成气，粗合成气送入净化炉中净化；

4、步骤2、经净化炉净化后的净化气与车载pem制氢耦合装置供应的氢气在混合炉中混合均匀形成混合气体；

5、步骤3、将混合炉中的混合气体送至合成塔，合成塔中进行催化反应生成甲醇混合物，所述甲醇混合物经气液分离炉分离后将甲醇存至甲醇存储罐，气液分离炉分离出的气体经反馈炉调温后回送至合成塔二次利用。

6、优选地，车载pem制氢耦合装置制备氢气的方法步骤包括：

7、在离甲醇制备中心第一预设距离内设有m个基础制氢站；在离甲醇制备中心第一预设距离至第二预设距离之间设有n个调节制氢站，m和n均为大于1的整数；

8、每个基础制氢站和调节制氢站内设置有光伏板和/或风电机组，光伏板或风电机组发电为基础制氢站和调节制氢站提供电源；

9、每个基础制氢站和调节制氢站内都包括车载pem制氢耦合装置；

10、所述方法包括：

11、步骤m1，每个基础制氢站设置标志ai，每个调节制氢站设置标志bj，i和j为大于1的整数；每个基础制氢站ai在当日的固定时间或者预定时间统计站内车载pem制氢耦合装置氢气余量si；每个调节制氢站bj在当日的固定时间或者预定时间统计站内车载pem制氢耦合装置氢气余量tj；

12、步骤m2，当∑si>0.9p时，每个调节制氢站bj与甲醇制备中心的距离标记为dbj，在调节制氢站bj车载pem制氢耦合装置氢气余量tj>0.1p中选取dbj最小的调节制氢站作为调节站，将基础制氢站和所述调节站内的车载pem制氢耦合装置运输至甲醇制备中心。

13、优选地，在步骤m2中，若不存在调节制氢站bj车载pem制氢耦合装置氢气余量tj>0.1p，选取dbj最小的q个调节制氢站作为调节站组，并满足调节站组车载pem制氢耦合装置氢气余量之和大于0.2p，[n/8]≤q≤[n/3]，[n/3]和[n/8]分别为对n/3和n/8取整，q为整数，将基础制氢站和所述调节站组内的车载pem制氢耦合装置运输至甲醇制备中心。

14、优选地，在步骤m2之后，还包括：

15、步骤m3，当0.6p≤∑si≤0.9p时，对每个调节制氢站bj在当日车载pem制氢耦合装置氢气余量tj作降序排列并记为rk，即从大到小排序，k取为1、2、3、4……n，对降序排列rk中的前c个求和，并满足c为整数并满足1≤c≤n，n1为整数，d为第一调节系数，d取为1.5-2；将基础制氢站和降序排列rk中的前c个对应的调节制氢站内的车载pem制氢耦合装置运输至甲醇制备中心。

16、优选地，在步骤m3之后，还包括：

17、步骤m4，∑si<0.6p时，将基础制氢站和调节制氢站内的车载pem制氢耦合装置全部运输至甲醇制备中心。

18、优选地，所述第二预设距离大于所述第一预设距离。

19、优选地，所述第二预设距离为所述第一预设距离加上调整距离。

20、优选地，所述生物质原料包括：秸秆、树叶、果木枝、动物粪便或果蔬菜叶中的一种或多种。

21、优选地，所述车载pem制氢耦合装置包括：pem制氢装置、第一电力装置、第二电力装置和挡板，第一电力装置具有第一电源连接单元，第二电力装置具有第二电源连接单元；新能源光伏系统或者风电机组发电汇流至电力汇控柜，电力汇控柜的电力连通至制氢控制开关柜，所述制氢控制开关柜通过第一电力电源连接单元或第二电源连接单元向车载pem制氢耦合装置提供电源。

22、优选地，还包括一种生物质原料加氢制备甲醇的装置，所述装置中所述混合气体各组分的体积比为co:co2:h2＝9-13:8-15:70-80。

23、优选地、催化反应的温度为160-360℃，反应压力为5-10mpa，催化剂为氧化锆。

24、优选地，还包括一种生物质原料加氢制备甲醇的装置，所述pem制氢耦合装置包含保护装置，当供电波动超过电压、电流或者频率限值时，所述保护装置分断pem制氢耦合装置的供电。

25、可选地、甲醇制备中心、基础制氢站和调节制氢站内设置有计算机控制装置，甲醇制备中心与基础制氢站和调节制氢站之间通讯连接。

26、有益的技术效果：

27、利用光伏和风能等可再生能源在分布式制氢站生产氢气，将生产的氢气运输至甲醇制备中心以进一步合成甲醇，不仅提高了光伏和风能的消纳能力，而且避免了电解水制氢消耗的额外能源、工艺设备和电极材料，另外利用提高了可再生能源利用率。

技术特征：

1.一种生物质原料加氢制备甲醇的方法，其特征在于，甲醇制备中心包含炼炉、净化炉、车载pem制氢耦合装置、混合炉、合成塔、反馈炉、气液分离炉和甲醇存储罐，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，车载pem制氢耦合装置制备氢气的方法步骤包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤m2中，若不存在调节制氢站bj车载pem制氢耦合装置氢气余量tj>0.1p，选取dbj最小的q个调节制氢站作为调节站组，并满足调节站组车载pem制氢耦合装置氢气余量之和大于0.2p，[n/8]≤q≤[n/3]，[n/3]和[n/8]分别为对n/3和n/8取整，q为整数，将基础制氢站和所述调节站组内的车载pem制氢耦合装置运输至甲醇制备中心。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤m2之后，还包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤m3之后，还包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预设距离大于所述第一预设距离，所述第二预设距离为所述第一预设距离加上调整距离。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质原料包括：秸秆、树叶、果木枝、动物粪便或果蔬菜叶中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车载pem制氢耦合装置包括：pem制氢装置、第一电力装置、第二电力装置和挡板，第一电力装置具有第一电源连接单元，第二电力装置具有第二电源连接单元；新能源光伏系统或者风电机组发电汇流至电力汇控柜，电力汇控柜的电力连通至制氢控制开关柜，所述制氢控制开关柜通过第一电力电源连接单元或第二电源连接单元向车载pem制氢耦合装置提供电源。

9.一种生物质原料加氢制备甲醇的装置，所述装置执行权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述混合气体各组分的体积比为co:co2:h2＝9-13:8-15:70-80；

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，甲醇制备中心、基础制氢站和调节制氢站内设置有计算机控制装置，甲醇制备中心与基础制氢站和调节制氢站之间通讯连接。

技术总结本发明涉及一种生物质原料加氢制备甲醇的方法和装置，属于制氢领域。生物质原料加氢制备甲醇的方法，包括：甲醇制备中心包含炼炉、净化炉、车载PEM制氢耦合装置、混合炉、合成塔、反馈炉、气液分离炉和甲醇存储罐，所述方法包括以下步骤：步骤1、将生物质原料填装入炼炉，炼炉内的生物质原料发生气化反应生成CO和CO<subgt;2</subgt;粗合成气送入净化炉中净化；步骤2、净化后的净化气与车载PEM制氢耦合装置供应的氢气在混合炉中混合形成混合气体；步骤3、将混合气体送至合成塔进行催化反应生成甲醇混合物，所述甲醇混合物经气液分离炉分离后将甲醇存至甲醇存储罐，气液分离炉分离出的气体经反馈炉调温后回送至合成塔二次利用。技术研发人员：张婷婷,董武,何适,王勖冲,宋佳,王伟明,董一博,孙钰凯,李麟,谢贵镇受保护的技术使用者：长春吉电氢能有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18