本發(fā)明涉及能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型合成甲烷的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

甲烷CH₄，人們稱為天然氣，除自然資源開采的天然氣外，是由CO₂、H₂為主要成分的原料氣，CO為少量氣體，按CH比＝1:3或CH＝1:4在催化劑下合成甲烷作天然氣。人們把煤、石油、輕烴、生物質(zhì)等熱裂解產(chǎn)生CO、CO₂、H₂氣體作為原料氣經(jīng)過甲醇化反應(yīng)制成甲烷，也有以甲醇為原料經(jīng)催化裂解CO+2H₂加氫甲烷化合成甲烷，或采用二氧化碳與甲醇分解加氫合成甲烷，合成甲烷的技術(shù)是成熟的，其主要原料需要大量的二氧化碳和氫氣。而二氧化碳為原料合成甲烷、天然氣工業(yè)應(yīng)用，目前仍沒有報(bào)道，相關(guān)文獻(xiàn)資料仍沒有公開。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新型合成甲烷的方法及系統(tǒng)，能較方便合成甲烷。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種新型合成甲烷的方法，包括:

將甲醇與水蒸氣混合在銅系催化劑下重整生成氫氣作為種子氫；

將所述種子氫與水蒸汽在氧化催化劑下把水分子的氫分子和氧分子分離，氫分子與氫原子或氫離子結(jié)合生成氫氣；

將輸入的二氧化碳經(jīng)催化劑反應(yīng)變換成一氧化碳；

將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器合成甲烷。

可選的，所述將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器合成甲烷，包括：

將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器按1:3比例合成甲烷。

可選的，所述方法還包括：

將所述一氧化碳加氫在合成甲醇反應(yīng)器生成甲醇，將甲醇作為種子氫不斷循環(huán)使用。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種新型合成甲烷的系統(tǒng)，包括：

甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器、氫化反應(yīng)器、甲烷化反應(yīng)器；

其中，所述甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器，用于將甲醇與水蒸氣混合在銅系催化劑下重整生成氫氣作為種子氫；

所述氫化反應(yīng)器，用于將所述種子氫與水蒸汽在氧化催化劑下把水分子的氫分子和氧分子分離，氫分子與氫原子或氫離子結(jié)合生成氫氣；將輸入的二氧化碳經(jīng)催化劑反應(yīng)變換成一氧化碳；

所述甲烷化反應(yīng)器，用于將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器合成甲烷。

可選的，所述系統(tǒng)還包括：

合成甲醇反應(yīng)器，用于將所述一氧化碳加氫在合成甲醇反應(yīng)器生成甲醇，將甲醇作為種子氫不斷循環(huán)使用。

可選的，所述甲烷化反應(yīng)器將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器按1:3比例合成甲烷。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明將甲醇與水蒸氣混合在銅系催化劑下重整生成氫氣作為種子氫；將所述種子氫與水蒸汽在氧化催化劑下把水分子的氫分子和氧分子分離，氫分子與氫原子或氫離子結(jié)合生成氫氣；將輸入的二氧化碳經(jīng)催化劑反應(yīng)變換成一氧化碳；將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器合成甲烷。這樣就比較方便實(shí)現(xiàn)了新型合成甲烷的方法，成本更低，可循環(huán)利用，更具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法還可以將所述一氧化碳加氫在合成甲醇反應(yīng)器生成甲醇，將甲醇作為種子氫不斷循環(huán)使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明的新型合成甲烷的方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明的新型合成甲烷的方法的工藝流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的新型合成甲烷的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的第一示意圖；

圖4是本發(fā)明的新型合成甲烷的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的第二示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本發(fā)明可能采用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種信息，但這些信息不應(yīng)限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用來將同一類型的信息彼此區(qū)分開。例如，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，第一信息也可以被稱為第二信息，類似地，第二信息也可以被稱為第一信息。取決于語境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時(shí)”或“當(dāng)……時(shí)”或“響應(yīng)于確定”。

本發(fā)明提供一種新型合成甲烷的方法及系統(tǒng)，能較方便合成甲烷。

圖1是本發(fā)明的新型合成甲烷的方法的流程示意圖，包括步驟：

在步驟101中，將甲醇與水蒸氣混合在銅系催化劑下重整生成氫氣作為種子氫；

在步驟102中，將所述種子氫與水蒸汽在氧化催化劑下把水分子的氫分子和氧分子分離，氫分子與氫原子或氫離子結(jié)合生成氫氣；

在步驟103中，將輸入的二氧化碳經(jīng)催化劑反應(yīng)變換成一氧化碳；

在步驟104中，將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器合成甲烷。

本發(fā)明一種新型合成甲烷的方法，采用種子氫技術(shù)，初始時(shí)以甲醇和水混合物為原料在Cu銅系催化劑下甲醇水蒸汽重整制氫作為種子氫，種子氫與水蒸汽在氧化催化劑下把水分子的氫分子和氧分子分離，一個(gè)種子氫與水分子分離出的一個(gè)氫分子結(jié)合生成二個(gè)氫分子，同樣相應(yīng)的種子氫和水蒸汽在催化劑下變成一倍數(shù)量的氫分子，水蒸汽制氫使氫的數(shù)量被增加成為合成甲烷的氫源。

外部的二氧化碳經(jīng)催化劑反應(yīng)被變換成一氧化碳。一氧化碳加氫在合成甲醇反應(yīng)器生成甲醇，甲醇作為種子氫不斷循環(huán)使用，無需要外部輸入甲醇或種子氫。一氧化碳加氫在甲烷化器合成甲烷，經(jīng)冷卻、壓縮成為LNG天然氣。一種二氧化碳合成甲烷天然氣就這樣實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過折算1.0kg甲醇可合成1.5M³(20℃)天然氣。1.28t二氧化碳可合成1.5M³(20℃)天然氣，因此可發(fā)現(xiàn)具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果，同時(shí)為二氧化碳消納和循環(huán)利用提供一個(gè)可行的方案。

本發(fā)明的工藝流程圖可參照圖2所示，圖2是本發(fā)明的新型合成甲烷的方法的工藝流程示意圖。

種子氫3H₂在氫化反應(yīng)器內(nèi)生成6H₂，外部原料二氧化碳在氫化反應(yīng)器生成2CO。CO+2H₂或CO₂+3H₂在合成甲醇反應(yīng)器內(nèi)合成甲醇和水，甲醇水供給水蒸汽重整制生成種子氫3H₂，如此循環(huán)，為反應(yīng)系統(tǒng)提供氫源。從氫化反應(yīng)器出口的CO、H₂按CH比＝1:3在合成甲烷反應(yīng)器內(nèi)生成甲烷，經(jīng)冷卻、分離減壓成為甲烷燃?xì)狻?/p>

本發(fā)明的工藝技術(shù)數(shù)據(jù)：

1、甲醇水蒸汽重整制種子氫

原料：

(1)甲醇 0.58t

2、氫化反應(yīng)

(3)二氧化碳

3、合成甲醇反應(yīng)

4、合成甲烷

上述詳細(xì)介紹了本發(fā)明一種新型合成甲烷的方法，以下介紹相應(yīng)的系統(tǒng)。

圖3是本發(fā)明的新型合成甲烷的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的第一示意圖。

參照圖3，一種新型合成甲烷的系統(tǒng)，包括：

甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器301、氫化反應(yīng)器302、甲烷化反應(yīng)器303；

其中，所述甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器301，用于將甲醇與水蒸氣混合在銅系催化劑下重整生成氫氣作為種子氫；

所述氫化反應(yīng)器302，用于將所述種子氫與水蒸汽在氧化催化劑下把水分子的氫分子和氧分子分離，氫分子與氫原子或氫離子結(jié)合生成氫氣；將輸入的二氧化碳經(jīng)催化劑反應(yīng)變換成一氧化碳；

所述甲烷化反應(yīng)器303，用于將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器合成甲烷。

系統(tǒng)還包括：合成甲醇反應(yīng)器304，用于將所述一氧化碳加氫在合成甲醇反應(yīng)器生成甲醇，將甲醇作為種子氫不斷循環(huán)使用。

圖4是本發(fā)明的新型合成甲烷的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的第二示意圖。

一種新型合成甲烷的系統(tǒng)，包括甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器1、氫化反應(yīng)器2、合成甲醇反應(yīng)器3、甲烷化反應(yīng)器4。

反應(yīng)時(shí)，由外部一臺(tái)導(dǎo)熱油爐產(chǎn)生熱量，通過導(dǎo)熱油把熱量傳遞給甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器1(簡稱反應(yīng)器1)、氫化反應(yīng)器2(簡稱反應(yīng)器2)、合成甲醇反應(yīng)器3(簡稱反應(yīng)器3)、甲烷化反應(yīng)器4(簡稱反應(yīng)器4、加熱器5、過熱器6、加熱器7。

初始時(shí)甲醇和水按0.58/0.33混合至原料回流罐8，由計(jì)量表9按設(shè)定流程輸入至熱交換器10，經(jīng)加熱器5、蒸發(fā)器11、過熱器6進(jìn)入反應(yīng)器1，反應(yīng)溫度＞225℃－250℃，壓力常壓﹣1.0MPa，甲醇與水蒸汽混合物在反應(yīng)器1內(nèi)被轉(zhuǎn)化為氫氣作為種子氫，種子氫從反應(yīng)器1出口進(jìn)入反應(yīng)器2，與外部輸入的二氧化碳在反應(yīng)器2內(nèi)匯合，在反應(yīng)器2內(nèi)被轉(zhuǎn)化為CO+4H₂合成氣，一部分合成氣作為合成甲醇原料，熱交換器10、冷卻器12進(jìn)入氣液分離器13，原料氣經(jīng)壓縮機(jī)14加壓5MPa進(jìn)入壓力罐15，經(jīng)由加熱器16進(jìn)入反應(yīng)器3，在反應(yīng)器3內(nèi)被轉(zhuǎn)化為甲醇，甲醇蒸汽從反應(yīng)器3出口經(jīng)減壓閥減壓至0.1－1.0MPa進(jìn)入熱交換器10、冷卻器12、氣液分離器13，分離出液體甲醇，回收甲醇水蒸汽重整制種子氫原料甲醇，原料甲醇循環(huán)使用。在氣液分離器13內(nèi)部未反應(yīng)的原料經(jīng)壓縮機(jī)14加壓制反應(yīng)器3，未反應(yīng)氣體循環(huán)使甲醇效率提高。

另一部分合成氣進(jìn)入反應(yīng)器4，在反應(yīng)器4內(nèi)轉(zhuǎn)化為甲烷天然氣，氣體由熱交換機(jī)17、冷卻器18冷卻至常溫進(jìn)入氣液分離器19，減壓閥20作為天然氣或經(jīng)壓縮、冷卻液化為液化天然氣。

主原料二氧化碳CO₂經(jīng)熱交換機(jī)17、加熱器7進(jìn)入反應(yīng)器2，這樣一種由二氧化碳合成甲烷的系統(tǒng)就完成了甲烷的生產(chǎn)。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明將甲醇與水蒸氣混合在銅系催化劑下重整生成氫氣作為種子氫；將所述種子氫與水蒸汽在氧化催化劑下把水分子的氫分子和氧分子分離，氫分子與氫原子或氫離子結(jié)合生成氫氣；將輸入的二氧化碳經(jīng)催化劑反應(yīng)被變換成一氧化碳；將所述一氧化碳與氫氣在甲烷化器合成甲烷。這樣就比較方便實(shí)現(xiàn)了新型合成甲烷的方法，成本更低，可循環(huán)利用，更具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。二氧化碳原料來源豐富，成本低廉，本發(fā)明二氧化碳合成甲烷可以獲得大量廉價(jià)的氫源作為原料。

進(jìn)一步的，本發(fā)明方法還可以將所述一氧化碳加氫在合成甲醇反應(yīng)器生成甲醇，將甲醇作為種子氫不斷循環(huán)使用。

上述裝置中各個(gè)單元的功能和作用的實(shí)現(xiàn)過程具體詳見上述方法中對應(yīng)步驟的實(shí)現(xiàn)過程，在此不再贅述。

對于裝置實(shí)施例而言，由于其基本對應(yīng)于方法實(shí)施例，所以相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

以上對本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。