绿氢耦合直接空气碳捕集通过费托合成生产液态烃类系统

本发明属于液态烃类制备，具体涉及一种绿氢耦合直接空气碳捕集通过费托合成生产液态烃类系统。

背景技术：

1、基于原油提炼的柴油、汽油等液体烃类燃料直接燃烧产生的碳排放也为实现双碳目标增加难度。我国西部等偏远地区具有丰富的风光等可再生能源，然而可再生能源发电具有波动性、间歇性及不稳定性，这对生产的绿电进行完全消纳带来挑战。绿电制氢是消纳可再生电力的可行方案，而氢气的运输、存储等问题丞待解决。

2、随着人们对co2排放问题认识的深入直接空气碳捕集是一种负碳技术，目前国内对直接空气碳捕集技术进行了示范性的探索，但存在耗能高，co2资源化利用不足等问题。如何为直接空气碳捕集提供可靠的低成本电力，对大量捕集的co2及绿氢生产易于存储运输的高附加值产品成为本领域技术人员亟待解决的问题。

3、中国专利申请cn 116873860a公开了一种绿氢耦合碳捕集生产合成气系统，该系统利用绿氢结合烟气碳捕集通过逆一氧化碳变换反应生成合成气。该系统的碳源依赖工业排放的二氧化碳，这对风光等可再生能源丰富但工业稀少的西部偏远地区并不友好，而且系统产物仍为气体，这将造成存储和运输的不便。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种绿电消纳比例高、负碳排放、产物价值高且易于存储运输的绿氢耦合直接空气碳捕集通过费托合成生产液态烃类系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种液态烃类生产系统，包括

4、电解水制氢装置，用于提供氢气，

5、碳捕集装置，用于从空气中捕集二氧化碳，并提供二氧化碳，

6、逆水煤气反应装置，分别与电解水制氢装置、直接空气碳捕集装置相连通，用于进行逆水煤气反应；

7、合成气净化装置，用于从逆水煤气反应产物中脱除水、二氧化碳，得到合成气；

8、费托合成反应装置，与合成气净化装置相连通，用于进行费托合成反应，得到液态烃类；

9、可再生能源发电装置，用于分别向电解水制氢装置、直接空气碳捕集装置、逆水煤气反应装置、合成气净化装置、费托合成反应装置提供电能。

10、进一步地，所述电解水制氢装置包括依次串联设置的补水器、电解水反应器、氢气储存器。

11、进一步地，所述电解水反应器采用碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢或固体氧化物电解水制氢。

12、进一步地，所述电解水制氢装置还包括设于补水器和电解水反应器之间的第一流量调节阀、设于电解水反应器和氢气储存器之间的第一气体压缩机，以及设于氢气储存器后的第二流量调节阀。

13、进一步地，所述直接空气碳捕集装置包括依次串联设置的直接空气碳捕集设备、co2储存罐。

14、进一步地，所述直接空气碳捕集设备采用固体吸附、液体吸附、水分波动吸附或电化学溶液捕集空气中的二氧化碳。

15、进一步地，所述直接空气碳捕集装置还包括设于直接空气碳捕集设备和co2储存罐之间的co2压缩机，以及设于co2储存罐后的二氧化碳流量调节阀。

16、进一步地，所述逆水煤气反应装置包括分别与电解水制氢装置、直接空气碳捕集装置相连通的第三气体压缩机，以及依次与第三气体压缩机串联设置的逆水煤气反应预热器、第一加热器、逆水煤气反应器；

17、所述逆水煤气反应预热器的冷侧分别与第三气体压缩机、第一加热器相连通，热侧与逆水煤气反应器出口相连通。

18、进一步地，所述逆水煤气反应器为轴向或轴径向固定床催化反应器。

19、进一步地，所述合成气净化装置包括与逆水煤气反应预热器热侧出口依次连接的第一气液分离器和合成气净化器；

20、所述第一气液分离器与补水器相连通，用于从逆水煤气反应产物中分离出水，并返回至补水器；

21、所述合成气净化器与第一加热器进口相连通，用于从脱水后的逆水煤气反应产物中分理出二氧化碳，并返回至第一加热器进口处。

22、进一步地，所述费托合成反应装置包括与合成气净化器依次串联设置的合成气压缩机、合成气预热器、第二加热器、费托合成反应器、第二气液分离器；

23、所述合成气预热器的冷侧分别与合成气净化器、合成气预热器相连通，热侧分别与费托合成反应器、第二气液分离器相连通，以利用费托合成反应器出口物流显热对新合成气进行预热；

24、所述第二气液分离器的气相出口与费托合成反应器的进口相连通，补充氢气量以调整合成气中氢气与一氧化碳的摩尔比，水相出口(冷凝水出液口)与补水器的水进口相连通，油相出口采出液态烃类。

25、进一步地，所述合成气压缩机的进口还与氢气储存器相连通。

26、进一步地，所述可再生能源发电装置包括风力发电机、太阳能发电机、潮汐能发电机或地热能发电机中的至少一种，用于对上述压缩机、加热器、费托合成反应器、逆水煤气反应器进行供电。

27、本发明提供一种绿氢耦合直接空气碳捕集通过费托合成生产液态烃类系统，其包括风光等可再生能源发电装置、可从空气中直接捕集二氧化碳的碳捕集装置、电解水制氢装置、逆水煤气反应装置、合成气净化装置及费托合成反应装置；可再生能源发电装置为系统的其他耗能装置供能，碳捕集装置的二氧化碳出气口和电解水制氢装置的氢气出气口均与逆水煤气反应装置的原料气进气口相连，逆水煤气反应装置的粗合成气出气口与合成气净化装置的粗合成气进气口相连，合成气净化装置的二氧化碳循环气体出气口与逆水煤气反应装置的原料气进气口相连，合成气净化装置的合成气出气口与费托合成反应装置的合成气进气口相连。

28、本发明不仅实现了绿电能源的综合消纳，还实现了co2的资源化利用，同时不会增加新的碳排放，综合碳排放为负值，对偏远地区的丰富风光资源利用与缓解全球变暖具有极高的应用前景。

29、与现有技术相比，本发明具有以下特点：

30、本发明中的一种绿氢耦合直接空气碳捕集通过费托合成生产液态烃类系统耦合了多个用电设备，简单合理地运行策略可以100％消纳可再生绿电，此系统也可以作为风光等电厂的弃电消纳设备和电网调峰设备；系统的产物为高附加价值的液态烃类燃料，这对于可再生能源丰富但石油匮乏的地区有很好的技术优势；耦合了直接空气碳捕集这一负碳技术，生产过程中系统的综合碳排放是负的；系统唯一的原料只有水，这降低了偏远工业基础薄弱地区的原材料成本。

技术特征：

1.一种液态烃类生产系统，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述电解水制氢装置包括依次串联设置的补水器(1)、电解水反应器(3)、氢气储存器(5)。

3.根据权利要求2所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述电解水制氢装置还包括设于补水器(1)和电解水反应器(3)之间的第一流量调节阀(2)、设于电解水反应器(3)和氢气储存器(5)之间的第一气体压缩机(4)，以及设于氢气储存器(5)后的第二流量调节阀(6)。

4.根据权利要求1所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述直接空气碳捕集装置包括依次串联设置的直接空气碳捕集设备(7)、co2储存罐(9)。

5.根据权利要求4所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述直接空气碳捕集装置还包括设于直接空气碳捕集设备(7)和co2储存罐(9)之间的co2压缩机(8)，以及设于co2储存罐(9)后的二氧化碳流量调节阀(10)。

6.根据权利要求2所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述逆水煤气反应装置包括分别与电解水制氢装置、直接空气碳捕集装置相连通的第三气体压缩机(11)，以及依次与第三气体压缩机(11)串联设置的逆水煤气反应预热器(14)、第一加热器(12)、逆水煤气反应器(13)；

7.根据权利要求6所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述合成气净化装置包括与逆水煤气反应预热器(14)热侧出口依次连接的第一气液分离器(15)和合成气净化器(16)；

8.根据权利要求7所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述费托合成反应装置包括与合成气净化器(16)依次串联设置的合成气压缩机(18)、合成气预热器(21)、第二加热器(19)、费托合成反应器(20)、第二气液分离器(22)；

9.根据权利要求7所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述合成气压缩机(18)的进口还与氢气储存器(5)相连通。

10.根据权利要求7所述的液态烃类生产系统，其特征在于，所述可再生能源发电装置(23)包括风力发电机、太阳能发电机、潮汐能发电机或地热能发电机中的至少一种。

技术总结本发明属于液态烃类制备技术领域，涉及一种绿氢耦合直接空气碳捕集通过费托合成生产液态烃类系统，包括电解水制氢装置、碳捕集装置、分别与电解水制氢装置和直接空气碳捕集装置相连通并用于进行逆水煤气反应的逆水煤气反应装置、用于从逆水煤气反应产物中脱除水和二氧化碳得到合成气的合成气净化装置、与合成气净化装置相连通并用于进行费托合成反应得到液态烃类的费托合成反应装置，以及用于分别向上述装置供电的可再生能源发电装置。与现有技术相比，本发明不仅实现了绿电能源的综合消纳，还实现了CO<subgt;2</subgt;的资源化利用，同时不会增加新的碳排放，综合碳排放为负值，对偏远地区的丰富风光资源利用与缓解全球变暖具有极高的应用前景。技术研发人员：于立军,徐帅,刘雨杭,黄成炜,刘莘轶,徐加陵,戴朝辉,刘单珂受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16