一种碳捕集耦合电解制氢甲烷化装置的制作方法

本技术涉及二氧化碳捕集与利用和绿色化工，具体涉及一种碳捕集耦合电解制氢甲烷化装置及方法。

背景技术：

1、我国的能源结构是“富煤、贫油、少气”，随着环保政策的加强和可持续发展战略的实施，我国对天然气的需求将与日俱增，预计到2030年，需求量达到3000亿m3，而同期天然气的产量约1400~1600亿m3，未来将会出现天然气供需矛盾问题。

2、天然气的主要成分是甲烷，目前传统制备天然气的工艺主要以煤为原料获得合成气一氧化碳和氢气，进一步反应生成甲烷。目前，我国已经建成投产的大型煤制天然气装置有4套，分别是大唐克旗、辽宁阜新、内蒙汇能、新疆庆华煤制天然气项目，规模共计514亿m3，这些装置的投产能够一定程度上缓解天然气需求。然而，在双碳背景下，煤化工装置减碳已成为重点关注领域。

3、我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取2060年前实现碳中和目标，二氧化碳捕集利用与封存（ccus）已经成为实现双碳目标的重要路径，预计到2028年，煤电ccus减排量将达到600万吨/年，2040年达到峰值2~5亿吨/年。

4、电厂烟气通过碳捕集获得高纯co2，与电解水制备得到的绿氢进行耦合生产甲醇，是实现二氧化碳资源化利用的重要途径之一，也是解决温室效应、发展绿色能源和实现经济可持续发展的现实选择，对ccus产业链条的发展具有的重要支撑作用。

5、专利cn120714610a公开了一种用于二氧化碳甲烷化反应的氧化铈负载非贵金属催化剂及制备方法，以水热法合成氧化铈载体，以浸渍法制备出氧化铈负载非贵金属催化剂。制备方法简单，反应条件可控，原料成本低， 设备要求低。

6、专利cn116899572b公开了一种耐高温的co2甲烷化催化剂制备方法及其应用，采用熔融法在惰性气氛中一步法制备出耐高温的二氧化碳甲烷化催化剂前体，制备的甲烷化催化剂高温稳定性好、抗积碳和抗烧结性能强，适用于不同工况条件下煤制合成天然气的工艺技术。

7、目前二氧化碳甲烷化技术研究仍然处于实验室研究阶段，主要侧重于催化剂技术研究和开发，对于工艺流程的开发和研究较少，而且也很少有研究者将二氧化碳捕集工艺和电解水制氢技术进行有机结合。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种碳捕集耦合电解制氢甲烷化的方法，该方法将吸收法碳捕集技术、电解水制氢与二氧化碳加氢技术进行耦合，具有工艺流程集成度高和实现废水循环利用等特点。

2、本实用新型目的可以通过以下技术方案实现

3、一种碳捕集耦合电解制氢甲烷化装置，该装置包括合成气压缩机，来自电厂的烟气通过缓冲罐与膜分离器相连，分离后得到的co2气体进入合成气压缩机；来自界外脱盐水与电解槽相连，电解槽得到的氢气通过储氢罐也与成气压缩机相连；

4、合成气压缩机的输出端与预热器相连，预热器的一个输出端与1#甲烷化反应器相连，另一个输出端与2#甲烷化反应器相连，1#甲烷化反应器和2#甲烷化反应器底部的输出端均通过预热器与气液分离器相连，所述气液分离器的气体输出端与甲烷提纯系统相连。

5、上述装置中，气液分离器的液体输出端通过净化系统与电解槽相连。

6、上述装置中，所述的1#甲烷化反应器和2#甲烷化反应器采用列管式固定床结构。

7、一种利用上述的装置实现碳捕集耦合电解制氢甲烷化的方法，该方法包括以下步骤：

8、1）来自界外的脱盐水进入到电解槽装置发生电化学反应，得到高纯氢气；

9、2）来自界外的电厂烟气依次经过缓冲罐和膜分离器，得到高纯二氧化碳；

10、3）步骤1）和步骤2）所得氢气和二氧化碳气体依次经过合成气压缩机、预热器后分为两个支路，分别进入到1#甲烷化反应器和2#甲烷化反应器，获得含甲烷工艺气体汇合后经预热器进入气液分离器进行气液分离，顶部出口甲烷气体经甲烷提纯系统后获得甲烷产品送至界外；

11、4）步骤3）所述气液分离器底部分离产生的废水经净化系统返回电解槽回用。

12、上述方法中：步骤1）所得氢气与步骤2）所得的高纯二氧化碳进行配比，使得进入1#甲烷化反应器和2#甲烷化反应器的氢气和一氧化碳的体积分数比例为4.0~4.3:1。

13、上述方法中：步骤3）所述的1#甲烷化反应器和2#甲烷化反应器的操作温度为200℃~400℃，操作压力为3.0 ~5.0mpa。

14、上述方法中：所述预热器出口分为两个支路，进入1#甲烷化反应器和2#甲烷化反应器的体积流量比为0.5~0.7。

15、有益效果：

16、本实用新型提供了一种碳捕集耦合电解制氢甲烷化工艺装置及方法，该方法可以同时将吸收法碳捕集技术、电解水制氢与二氧化碳加氢技术进行耦合，具有工艺流程集成度高和实现系统废水循环利用等特点。

1.一种碳捕集耦合电解制氢甲烷化装置，其特征在于，该装置包括合成气压缩机，来自电厂的烟气通过缓冲罐与膜分离器相连，分离后得到的co2气体进入合成气压缩机；来自界外脱盐水与电解槽相连，电解槽得到的氢气通过储氢罐也与成气压缩机相连；

2.根据权利要求1所述的碳捕集耦合电解制氢甲烷化装置，其特征在于，气液分离器的液体输出端通过净化系统与电解槽相连。

3.根据权利要求1所述的碳捕集耦合电解制氢甲烷化装置，其特征在于，所述的1#甲烷化反应器和2#甲烷化反应器采用列管式固定床结构。