[发明专利]化学制氢的CO2

说明书

本发明涉及一种本发明提出了一种化学制氢的CO₂零排放煤制甲醇系统、方法及应用。所述系统包括：空气分离装置，煤气化炉装置，合成气净化装置，甲醇合成与精馏装置，H₂S制备装置，SO₂制备装置，本生反应装置和HI分解装置。本发明的化学制氢的CO₂零排放煤制甲醇系统，省去了传统煤化工过程的水煤气变换环节，简化了工艺流程；同时由于整个生产过程不产生CO₂，在产生相同数量的化工产品下，大大降低了系统的煤耗和能耗，煤气化炉和合成气净化装置规模也大幅下降，降低了系统投资，大幅提升了系统的能源利用效率，系统经济效益也将得到提高，实现了煤化工过程CO₂零排放，实现了煤的低耗能低排放的高效清洁利用。

技术领域

本发明涉及一种化学制氢的CO₂零排放煤制甲醇系统和方法及应用。

背景技术

实现碳达峰、碳中和是一场硬仗，在“双碳”目标下，煤基能源的兴衰关系到煤炭、煤电和煤化工上下游各个相关板块，影响面甚重。基于我国“富煤、贫油、少气”的能源禀赋，在保证国家能源安全和应对气候变化的双重约束下，发展现代煤化工产业，走独具中国特色的能源转型发展之路，有利于实现煤炭清洁高效综合利用，实现产业链、供应链自主可控，降低石油对外依存度。

出于煤炭自身结构及反应过程，1吨煤排放2-3吨以上二氧化碳，高碳正是煤化工产业长期被诟病的主要问题之一，相比传统利用方式，现代煤化工碳排放量虽有所减少，故转化过程能否不排碳是关键所在。与此同时，近期一系列针对高耗能、高排放的“两高”项目政策举措密集出台，加强“两高”项目生态环境源头预防，推动行业绿色转型，其中化工就属于重点关注行业；现代煤化工项目因自身规模大、能耗总量高，虽能效已达世界先进水平，也难以通过节能审查。

在此背景下，氢能被认为是实现碳中和的重要路径，多个国家将氢能列为国家战略。首先，氢能作为原料，一是用于氢还原炼钢，替代炼钢过程还原剂CO，以减少焦化过程排放的CO₂；二是用于合成氨，替代煤气化制氢；三是氢气用于石油炼化、煤化工生产化工品，替代煤气化后水煤气变换制氢或天然气重整制氢，以减少变换或重整过程排放的CO₂。其次，氢能作为燃料，替代化石能源，实现CO₂减排，一是用于水泥煅烧、供热、发电；二是借助燃料电池，用于交通、发电；三是用于储能，增强电力系统灵活性，从而能促进可再生能源在能源结构中更高比例的发展。

据上述分析，氢能可以促进传统化石能源的转型升级，由燃料向原料彻底转变。可以将化石能源中的碳，与氢相结合，形成碳一化学的基本原料CO和H₂，生产满足人类日常需要的纺织品服装、饮料瓶、包装材料、可降解塑料、甚至轮胎和安全气囊等等日常化工用品，使得化石能源中的碳资源得到充分利用，实现CO₂零排放。故高效、大规模、低能耗、低CO₂排放的制氢系统及工艺在实现碳中和路径中显得尤为重要。

热化学碘硫闭式循环制氢被认为是效率最高，能实现大规模生产的一种工艺。碘硫闭式循环制氢过程主要包括一下三个化学反应：Bunsen反应(本生反应)SO₂+I₂+2H₂O＝2HI+H₂SO₄，H₂SO₄热分解反应H₂SO₄＝H₂O+SO₂+1/2O₂，HI分解反应2HI＝I₂+H₂。其中，硫酸分解温度在850℃左右，碘化氢的分解温度在400℃左右，需要消耗大量的高温热源。由于第四代先进核能技术，高温气冷堆(出口温度700℃～950℃)和超高温气冷堆(出口温度950℃以上)是目前最理想的高温电解制氢热源，因此热化学碘硫闭式循环制氢，通常都是与核电制氢相关联。但受限于核电的装机规模，与核电关联的热化学碘硫闭式循环制氢的氢气总量难以满足碳中和目标下的氢气需求。