一种垃圾焚烧烟气制甲醇系统及方法与流程

本发明涉及碳减排与资源化利用，具体涉及一种垃圾焚烧烟气制甲醇系统及方法。

背景技术：

1、生活垃圾焚烧过程中产生的烟气中含有一定浓度的二氧化碳，该部分二氧化碳具有较高的资源化利用潜力，可用于制备甲醇等基础化工产品，是实现垃圾焚烧减碳与资源化利用的重要路径之一。

2、现有技术中，通常采用钙基循环吸收或胺法吸收等工艺对烟气中的二氧化碳进行捕集，并通过再生过程获得高纯度二氧化碳用于后续化学合成。然而，在垃圾焚烧烟气工况下，烟气中含有sox、nox、hcl及重金属等多种杂质组分，易导致吸收剂性能衰减甚至失活，从而影响二氧化碳捕集过程的长期稳定运行。同时，部分工艺对运行温度及能量输入条件要求较高，与垃圾焚烧烟气的实际工况匹配性较差，进一步增加了系统运行的不稳定性。此外，在风光制氢耦合二氧化碳制甲醇的多联产系统中，风力发电与光伏发电具有显著的间歇性和波动性，而甲醇合成过程需要持续稳定的氢气和二氧化碳供给。当风光发电出力发生快速下降时，现有技术通常采用独立调节或顺序控制方式分别调整电解水制氢单元和甲醇合成单元的运行状态，难以对各单元之间的能源消耗和原料供给进行协调控制，容易造成制氢过程与甲醇合成过程之间出现电能及原料竞争，使系统运行负荷产生较大波动，甚至触发联锁保护导致整体系统停机。

3、因此，现有技术难以实现垃圾焚烧烟气中二氧化碳的稳定捕集及其连续用于甲醇合成。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种垃圾焚烧烟气制甲醇系统及方法，解决现有技术中难以实现垃圾焚烧烟气中二氧化碳的稳定捕集及其连续用于甲醇合成的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种垃圾焚烧烟气制甲醇系统，包括：预处理单元，用于对垃圾焚烧烟气进行净化处理；碳捕集单元，包括吸收塔和再生塔，吸收塔开设有烟气入口与富液出口，烟气入口与预处理单元的出口连接，富液出口与再生塔连接，再生塔开设有贫液出口和二氧化碳输出口，贫液出口通过吸收剂循环通路返回吸收塔，且吸收剂循环通路上设置有电渗析除盐模块；风光制氢单元，包括风力发电装置、光伏发电装置以及电解水制氢装置，风力发电装置和光伏发电装置与电解水制氢装置电连接，用于驱动电解水制氢；缓冲单元，包括原料缓冲件和电能缓冲件，原料缓冲件分别与电解水制氢装置和再生塔的二氧化碳输出口连接，用于储存氢气和二氧化碳，电能缓冲件的输入端与风力发电装置和光伏发电装置电连接，电能缓冲件的输出端与电解水制氢装置电连接，用于存储和释放电能以调节电解水制氢装置的输入功率；甲醇合成单元，与原料缓冲件连接，用于接收氢气和二氧化碳并进行催化合成甲醇；控制单元，与风光制氢单元、缓冲单元以及甲醇合成单元连接，用于获取电能缓冲件的电能状态、原料缓冲件的储量状态以及风力发电装置和光伏发电装置的输出状态，并调节电解水制氢装置和甲醇合成单元的运行负荷。

4、在一些实施例中，预处理单元包括依次连接的急冷降温塔、湿法洗涤塔和烟气精滤器，其中，急冷降温塔用于接收垃圾焚烧烟气并对其进行降温处理，湿法洗涤塔用于对降温后的烟气进行洗涤处理，烟气精滤器用于对洗涤后的烟气进行过滤处理。

5、在一些实施例中，吸收塔采用二元混合相变吸收剂，二元混合相变吸收剂包括n-甲基二乙醇胺和二乙烯三胺，其中吸收剂的质量配比为：n-甲基二乙醇胺为33%至35%，二乙烯三胺为6.5%至7.5%，水含量为28%至30%，余量为补充溶剂。

6、在一些实施例中，补充溶剂包括水、醇类溶剂或醇胺类稳定剂中的至少一种。

7、在一些实施例中，垃圾焚烧烟气制甲醇系统还包括热复用单元，热复用单元包括换热回路，换热回路回收甲醇合成单元产生的反应热以及预处理单元的余热。

8、在一些实施例中，换热回路包括一级换热支路、二级换热支路和三级换热支路，一级换热支路用于将甲醇合成单元产生的反应热输送至再生塔，二级换热支路用于甲醇合成单元产生的反应热输送至风光制氢单元，三级换热支路用于将预处理单元的余热输送至吸收塔。

9、在一些实施例中，换热回路设置有控制阀，控制阀用于在甲醇合成单元产生的反应热低于供热需求时，将换热回路切换至外部热源供热通道。

10、在一些实施例中，原料缓冲件包括氢气缓冲罐和二氧化碳缓冲罐，氢气缓冲罐和二氧化碳缓冲罐，用于对氢气和二氧化碳进行独立储存与缓冲调节。

11、在一些实施例中，控制单元配置为：根据电能缓冲件的荷电状态以及风力发电装置和光伏发电装置的预测出力状态，优先对电解水制氢装置的运行功率进行调节，以吸收风力发电装置和光伏发电装置的输出波动；并在原料缓冲件的储量状态不足时，降低甲醇合成单元的运行负荷，以维持甲醇合成单元的连续稳定运行。

12、第二方面，本发明还提供了一种垃圾焚烧烟气制甲醇的方法，包括以下步骤，对垃圾焚烧烟气进行预处理，以去除其中的颗粒物及酸性杂质；将预处理后的烟气通入碳捕集单元，利用吸收剂对烟气中的二氧化碳进行吸收形成富液，将富液输送至再生塔进行再生处理，以获得二氧化碳气体，再生后的贫液通过吸收剂循环通路返回吸收塔继续参与二氧化碳吸收，并对吸收剂循环通路中的吸收剂进行在线电渗析除盐处理；利用风力发电装置和光伏发电装置驱动电解水制氢装置制备氢气，并通过缓冲单元分别对氢气、二氧化碳以及风力发电装置和光伏发电装置产生的电能进行储存和调节；将氢气与二氧化碳通入甲醇合成单元进行催化反应生成甲醇，并将甲醇合成单元产生的反应热输送至碳捕集单元的再生塔进行热能回收利用；获取缓冲单元中电能缓冲件的荷电状态、原料缓冲件的储量状态以及风力发电装置和光伏发电装置的预测出力状态；根据预测出力状态和荷电状态，调节电解水制氢装置的运行功率，以调节电能缓冲件的储能状态；根据原料缓冲件的储量状态，调节甲醇合成单元的生产负荷，以使甲醇合成单元的原料消耗量与原料缓冲件的供给能力相匹配，维持系统连续稳定运行。

13、与现有技术相比，本发明提供的垃圾焚烧烟气制甲醇系统及方法，通过在碳捕集单元前端设置预处理单元，对垃圾焚烧烟气进行降温、洗涤及过滤处理，减少酸性气体、颗粒物及有机污染物对吸收剂的不利影响；同时，在吸收剂循环通路上设置电渗析除盐模块，对循环吸收剂进行在线净化，降低热稳定性盐等杂质累积，减少吸收剂频繁更换，提高二氧化碳捕集过程的稳定性和经济性。此外，本申请通过设置热复用单元，对系统运行过程中的余热进行分级回收利用，并通过缓冲单元和控制单元对风光制氢、二氧化碳供给及甲醇合成过程进行协调调节，降低风光波动对系统运行的影响，从而实现二氧化碳捕集、风光制氢与甲醇合成之间的连续衔接，提高系统连续运行稳定性。

1.一种垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述预处理单元包括依次连接的急冷降温塔、湿法洗涤塔和烟气精滤器，其中，所述急冷降温塔用于接收垃圾焚烧烟气并对其进行降温处理，所述湿法洗涤塔用于对降温后的烟气进行洗涤处理，所述烟气精滤器用于对洗涤后的烟气进行过滤处理。

3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述吸收塔采用二元混合相变吸收剂，所述二元混合相变吸收剂包括n-甲基二乙醇胺和二乙烯三胺，其中所述吸收剂的质量配比为：n-甲基二乙醇胺为33%至35%，二乙烯三胺为6.5%至7.5%，水含量为28%至30%，余量为补充溶剂。

4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述补充溶剂包括水、醇类溶剂或醇胺类稳定剂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述垃圾焚烧烟气制甲醇系统还包括热复用单元，所述热复用单元包括换热回路，所述换热回路回收所述甲醇合成单元产生的反应热以及所述预处理单元的余热。

6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述换热回路包括一级换热支路、二级换热支路和三级换热支路，所述一级换热支路用于将所述甲醇合成单元产生的反应热输送至所述再生塔，所述二级换热支路用于所述甲醇合成单元产生的反应热输送至所述风光制氢单元，所述三级换热支路用于将所述预处理单元的余热输送至所述吸收塔。

7.根据权利要求6所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述换热回路设置有控制阀，所述控制阀用于在所述甲醇合成单元产生的反应热低于供热需求时，将所述换热回路切换至外部热源供热通道。

8.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述原料缓冲件包括氢气缓冲罐和二氧化碳缓冲罐，所述氢气缓冲罐和所述二氧化碳缓冲罐，用于对氢气和二氧化碳进行独立储存与缓冲调节。

9.根据权利要求1所述的垃圾焚烧烟气制甲醇系统，其特征在于，所述控制单元配置为：

10.一种垃圾焚烧烟气制甲醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：