耦合气化与直燃的生物质制备绿色甲醇的离网系统及方法与流程

本发明涉及一种生物质制备绿色甲醇的离网系统及方法，特别是一种耦合气化与直燃的生物质制备绿色甲醇的离网系统及方法，属于绿色甲醇制备。

背景技术：

1、甲醇作为一种重要的化工原料和清洁燃料，广泛应用于有机合成、医药、染料和国防等领域中。然而，传统甲醇生产过程主要依赖于煤和天然气等传统化石能源，使得甲醇工业成为碳排放最高的化工行业之一。而秸秆等生物质材料，本身具备碳资源，作为一种可再生碳源，其能源化利用具有清洁、零碳、可再生等显著优势。秸秆直接燃烧处理会产生较大的烟尘的大气污染，而且浪费了生物质材料内的碳资源，如果能够采用生物质材料直接制备甲醇，则可以对生物质材料进行绿色回收应用，即提供了一种生物质材料的良好的处理方法，而且制备的甲醇为纯绿色甲醇产品。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种耦合气化与直燃的生物质制备绿色甲醇的离网系统及方法，实现生物质制备绿色甲醇。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种耦合气化与直燃的生物质制备绿色甲醇的离网系统，包含生物质预处理装置、气化炉、余热锅炉、汽轮机发电系统、合成气处理系统、第一压缩机、甲醇合成塔、直燃锅炉、第一蒸汽轮机、烟气处理系统和电解水制氢系统，生物质预处理装置的出料口分别与气化炉的进料口和直燃锅炉的进料口连接，气化炉的合成气出口与余热锅炉的进气口连接，余热锅炉的合成气出口与汽轮机发电系统的进气口、合成气处理系统的进气口和直燃锅炉的进气口连接，余热锅炉的蒸汽出口与第一蒸汽轮机的进气口连接，直燃锅炉的蒸汽出口与第一蒸汽轮机的进气口连接，直燃锅炉的烟气出口与烟气处理系统的进气口连接，合成气处理系统的出气口和烟气处理系统的出气口与第一压缩机的进气口连接，第一压缩机的出气和电解水制氢系统的氢气出口与甲醇合成塔的进口连接，，甲醇合成塔的驰放气通入直燃锅炉。

4、进一步地，所述汽轮机发电系统包含燃气轮机、废热锅炉、内燃机和第二蒸汽轮机，余热锅炉的合成气出口与燃气轮机的进气口和内燃机的进气口连接，燃气轮机的出气口与废热锅炉的进气口连接，废热锅炉的蒸汽出口与第二蒸汽轮机的进气口连接。

5、进一步地，所述合成气处理系统包含布袋除尘装置、水洗塔、第二压缩机、干法脱硫装置和降温脱水装置，余热锅炉的合成气出口与布袋除尘装置的进气口连接，布袋除尘装置的出气口与第二压缩机的进气口连接，第二压缩机的出气口与干法脱硫装置的进气口连接，干法脱硫装置的出气口与降温脱水装置的进气口连接，降温脱水装置的出气口与第一压缩机的进气口连接。

6、进一步地，所述合成气处理系统还包含变换塔，干法脱硫装置的出气口与降温脱水装置的进气口之间设置有一条支路，变换塔设置在支路上。

7、进一步地，所述烟气处理系统包含烟气处理装置、二氧化碳捕集装置和二氧化碳储罐，直燃锅炉的烟气出口与烟气处理装置的进气口连接，烟气处理装置的出气口与二氧化碳捕集装置的进气口连接，二氧化碳捕集装置的二氧化碳出口与二氧化碳储罐的进气口连接，二氧化碳储罐的出气口与第一压缩机的进气口连接。

8、进一步地，所述电解水制氢系统包含风光发电系统、电储能设备、电解水制氢装置、储氢罐和氢压缩机，风光发电系统的电能直接或通过电储能设备与电解水制氢装置连接为电解水制氢装置提供电源，电解水制氢装置的氢气出口与储氢罐的进气口连接，储氢罐的出气口与氢压缩机的进气口连接，氢压缩机的出气口与甲醇合成塔的进口连接，电解水制氢装置的氧气出口通入直燃锅炉。

9、进一步地，还包含精馏塔和甲醇储罐，甲醇合成塔的甲醇出口与精馏塔的进口连接，精馏塔的甲醇出口与甲醇储罐的进口连接。

10、一种耦合气化与直燃的生物质制备绿色甲醇的方法，包含以下步骤：

11、s1、将生物质原料经过生物质预处理装置粉碎后，经上料系统输送到气化炉中，生物质原料燃烧产生的合成气送入余热锅炉降温，经过降温的合成气分成三部分，第一部分进入汽轮机发电系统，第二部分进入合成气处理系统，第三部分进入直燃锅炉，余热锅炉回收合成气热量产生蒸汽，蒸汽进入第一蒸汽轮机进行发电；

12、s2、第一部分合成气进入汽轮机发电系统的燃气轮机或内燃机中发电，燃气轮机产生的高温废气通入到废热锅炉中产生蒸汽，蒸汽通入到第二汽轮机中继续发电，废热锅炉出来的废气a和内燃机出来的废气b通入到直燃锅炉中燃烧；

13、s3、第二部分合成气进入合成气处理系统，首先通过布袋除尘装置去除合成气中的飞灰，然后通过水洗塔进一步去除固体颗粒以及溶于水的杂质，水洗后的合成气经过第二压缩机压缩后送入干法脱硫装置中进行脱硫，脱硫后的合成气一部分通过风机抽取至换热器升温后与纯氧混合，混合纯氧后的合成气再次进入到气化炉内与生物质原料一起燃烧，脱硫后的合成气另一部分通过降温脱水装置冷凝脱除水分并送入第一压缩机中；

14、s4、第三部分合成气是余热锅炉出来的合成气热值不满足汽轮机发电系统和甲醇合成要求时的合成气，第三部分合成气进入直燃锅炉，与直燃锅炉内的生物质原料一起燃烧，直燃锅炉产生的烟气送入烟气处理系统中，在烟气处理系统中经过烟气处理装置去除不凝气杂质，然后合成气通过二氧化碳捕集装置获得高纯度二氧化碳，高纯度二氧化碳存储在二氧化碳储罐内并送入第一压缩机中；

15、s5、余热锅炉和直燃锅炉产生的蒸汽进入到第一蒸汽轮机中进行发电，第一蒸汽轮机发出的电作为厂用电；

16、s6、电解水制氢系统中风光发电系统发电位电解水制氢装置供电从而产生氢气和氧气，风光发电系统多余的电量通过电储能设备存储，氢气通过储氢罐存储并通过氢压缩机加压后送入到甲醇合成塔，氧气通入到直燃锅炉中进行助燃；

17、s7、氢气和二氧化碳按照3：1的摩尔比在混合加压后送入甲醇合成塔，合成气与甲醇合成塔的甲醇循环气混合并经过换热器预热后进入甲醇合成塔，反正完全的甲醇依次通过换热器和冷凝器冷却，冷凝下来的液体在甲醇捕集罐中分离出粗甲醇，粗甲醇在闪蒸罐中解压，释放出溶解的气体，然后送往精馏塔，精馏塔分离出高纯度甲醇并送入甲醇储罐存储；

18、s8、当风光发电系统发电功率小于电解水制氢的额定功率时，此时优先消耗储氢罐中存储的氢气，当储氢罐中存储的氢气消耗完全时，由电储能设备与风光发电系统为电解水制氢设备联合供电，保证电解水制氢工作在额定功率，当电储能设备的储存电能耗完全时，汽轮机发电系统开启将余热锅炉出来的一部分合成气送入汽轮机发电系统进行发电，汽轮机发电系统与风光发电系统为电解水制氢设备联合供电，保证电解水制氢工作在额定功率；

19、s9、当系统开始启动时，甲醇储罐内的甲醇送入甲醇内燃机中发电，作为系统的启动电源，当系统启动并稳定运行后，甲醇内燃机停止供电，系统由第一蒸汽轮机和汽轮机发电系统联合供电。

20、本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

21、1、有效地耦合生物质气化和直燃工艺，通过在二氧化碳加氢合成甲醇反应中掺入10%左右的一氧化碳来促进反应的进行并增加产物的选择性，一氧化碳占据催化剂表面产生逆水汽变换反应的活性点，使得逆水汽变换反应受到抑制，二氧化碳加氢合成甲醇的选择性进一步提高，从而获得更优的甲醇收率；

22、2、本发明能够灵活地调节电力供给，维持一体化系统电力的长期稳定，生物质气化产生的合成气，由于生物质成分不稳定，当合成气热值较好时，合成气供甲醇合成塔合成甲醇以及供汽轮机发电系统发电从而提供系统以及整个厂区供电，当合成气热值较差而无法满足发电以及合成甲醇要求时，合成气送入直燃锅炉进行燃烧，燃烧热量用于发电为厂区供电，燃烧氧气回收二氧化碳后用作甲醇合成，对合成气实现了全部应用，避免了合成气的浪费；

23、3、本发明整个系统离网设置，不需要连接市电网络，保证所有的能源均为绿色能源，系统启动采用成品甲醇发电作为启动电源，运行稳定后，采用生物质、合成气直燃进行内部稳定供能，实现制备完全的绿色甲醇，并且整套系统从生物质的气化到后续的甲醇合成、发电、直燃等都采用流水化运行，不间断进行生产；

24、4、供汽轮机发电系统的废气以及甲醇合成塔的驰放气通入到直燃锅炉中燃烧，对废气和驰放气的残余能量进行了充分的利用，同时燃烧后的烟气中的二氧化碳进行回收并进行甲醇合成，对生物质中的碳值实现高效的利用，避免生物碳的浪费，电解水制得的氧气直接通入直燃锅炉或者与空气混合后通入直燃锅炉，对直燃锅炉进行助燃，实现了对氧气的合理利用，同时提高直燃锅炉的燃烧效率。