[發明專利]一種基于煤制備甲醇的裝置及甲醇制備工藝

在審

• 申請號: 201910856860.8
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN112457159A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 李燦;王集杰;姚婷婷;李軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C07C29/151
• 分類號: C07C29/151;C07C31/04;C25B1/04;C25B11/089
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 周游

本申請公開了一種基于煤制備甲醇的裝置以及利用該裝置的甲醇制備工藝。所述裝置包括：(1)電解水單元；(2)煤氣化單元，包括煤粉制備裝置、煤粉氣化裝置和凈化裝置；(3)氣體調節單元，包括檢測單元、混合容器和調節閥，其中，所述檢測單元與所述混合容器以及所述煤氣化單元的凈化裝置相連；所述調節閥與所述混合容器以及電解水單元的氫氣管道相連；(4)甲醇合成反應區，與所述混合容器相連。利用本發明的裝置和工藝，可以大限度地降低煤化工過程的能耗，大幅度提高煤資源的利用效率，實現煤化工過程中低碳甚至零碳排放過程。達到節能與環保的雙重效益，實現了可持續性發展和生態文明建設。

技術領域

本申請涉及一種基于煤制備甲醇的裝置及甲醇制備工藝，屬于二氧化碳加氫制備液體燃料的領域。

背景技術

中國能源的總體結構是多煤，貧油、少氣的現狀。目前我國能源消費的主體仍是化石能源。而煤炭作為支撐我國經濟社會發展的基礎能源，占一次能源消費的比重維持在60％左右，預計到2050年占比約降至40％左右。因此如何有效科學利用我國的煤炭資源并最大限度的減排二氧化碳，不但關系到我們能源戰略的安全，也是實現可持續發展，建設生態文明的關鍵問題。

目前煤炭清潔高效利用的重要途徑是煤化工，其主要方式是煤氣化制備合成氣?；镜姆磻砣缁瘜W式(1)和(2)所示：首先煤、蒸汽與氧在一定溫度下氣化，然后通過與水蒸氣反應調節碳氫比，即所謂的合成氣。根據合成氣的碳氫比例，可以用于一系列的大宗化學品合成，例如煤制合成氣用于合成甲烷，甲醇，乙醇和合成油等。

3C+3/2O₂→3CO (1)

2CO+2H₂O→2H₂+2CO₂ (2)

煤制合成氣作為煤化工的核心環節，由于其固有的熱力學原理限制，存在碳資源利用效率低的問題，煤制甲醇的總包反應如化學式(3)所示，以年產60萬噸甲醇為例，需約30萬噸煤，實際需要90萬噸煤，其中約60萬煤用于水煤氣變換制氫氣，最終轉化為CO₂排放掉。

3C+3/2O₂+H₂O＝CH₃OH+2CO₂ (3)

煤的氣化(化學式1)需要建立相應的空分裝置分離氧氣，用于煤的氣化。空分裝置投資大，能耗高，大約占煤制甲醇工藝整體投資的10～12％。水煤氣變化(化學式2)通常在較苛刻(5MPa，320～550℃)的條件下完成，能耗也非常高?？梢娒夯ぷ鳛槊禾抠Y源清潔高效利用的重要途徑，無法克服其自身碳資源利用率低下的痼疾，同時整個工藝過程能耗高，耗水量大。

目前我國的煤炭資源主要分布在華北、西北和西南地區，在煤炭資源分布豐富的大部分地區，恰好也是我國可再生能源發展的優勢地區，例如在西北地區具有豐富的風力和太陽能資源，在西南部具有豐富的水力資源。利用可再生能源與傳統的化石能源交替互補，尤其是新能源與煤化工的結合將是未來的方向。其中一個重要的途徑就是利用可再生能源電解水，利用分解水產生氫氣來調節煤化工過程中的碳氫比，避免了水煤氣變化過程，減少了CO₂排放問題；另一方面電解水產生的高純氧氣來實現煤的氣化過程，替代傳統煤化工中的空分過程。

當前，工業堿性電解水制氫可實現每小時千立方以上的制氫規模，可滿足大規模催化加氫反應的需求，但該技術也面臨著單位制氫能耗高的問題，直接限制了氫氣利用和深度轉化的經濟性。在當前工業堿性電解水設備中引入廉價、高效的水分解催化劑來降低反應過電勢，直接降低單位制氫能耗及成本，有利于推進水電解制取氫氣的廣泛利用。最近電解水的能量效率由以前的50％左右已經提升到80％以上，為實現上述的新舊能源結合提供了堅實的技術基礎。

因此利用可再生能源與傳統煤炭資源結合，有可能實現低碳甚至零碳排放的煤化工產能。提供碳資源的高效利用，對于我國經濟可持續發展和社會生態建設具有重要意義。

發明內容