利用工業廢氣制備甲醇同時生產鋁硅合金的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及將工業排放的廢氣轉化為甲醇和鋁硅合金的方法，屬于能源與環境系 統工程和廢棄物循環利用技術領域。
【背景技術】
[0002] 相關文獻調研發現，現有的研宄僅僅單獨集中于碳減排的環保和甲醇制備的方 法。電廠方面僅僅是將CO 2捕集并且封存，未能有效利用CO2，這形成了碳捕集的高成本， 國內幾家碳捕集示范項目面臨的高昂的運行成本已經證明，現階段走"碳捕集+封存"的 道路在經濟上很難行得通。實際上，本研宄揭示〇) 2也是一種寶貴的碳資源，而化工生產方 面僅僅考慮了單獨的甲醇制備生產過程，CO2的利用也僅限于冶金、化工企業的高濃度CO 2 煙氣，而忽略了燃煤電廠這一最大的碳源，或按照化工方面的傳統觀念，認為火電廠低濃度 CO2難以制備甲醇。 在碳捕集技術方面，中國專利CN101314102[1]提出了"一種燃煤電廠煙氣中CO2捕集 方法和裝置"，它由煙氣預處理系統、吸收塔、再生塔、排氣洗滌系統、溶液加熱回收器、產品 氣處理系統（包括冷凝器、氣液分離器、壓縮機）組成，但該專利只適用于單純碳捕集。中 國專利CN201603511U [2]提出了"一種燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集系統"，它包括吸收塔 和再生塔，還包括再生氣冷凝器、貧富液換熱器、CO 2分離器和CO2壓縮機，該專利只適用于 單獨以碳減排為目的的工程，使用乙醇胺為吸收液，后續化工工序使用聯合制堿法的氯化 銨生產工藝。 在制備甲醇技術方面，美國專利5928806[3]采用空氣中的二氧化碳作為甲醇原材料的 替代來源，但是需要從大氣中經濟地俘獲CO2氣體，而大氣中含量極稀，僅萬分之幾。 參考文獻
[1] 許世森，劉練波，燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集方法和裝置，CN101314102 [P], 2008. 05.30 ；
[2] 杜云貴，燃煤電廠煙氣中二氧化碳捕集系統，CN201603511U [P]，2010.01. 14
[3] Olah, George A.，Prakash, G. K. Surya，Recycling of carbon dioxide into methyl alcohol and related oxygenates for hydrocarbons, 5, 928, 806 [P], July 27, 1999〇
【發明內容】
[0003] 本發明采用工業廢氣作為生產甲醇及其衍生物的重要原料，生產日益減少的化石 燃料替代產品；本發明還有利于減緩大氣溫室氣體的排放，由此緩和全球變暖趨勢。由于火 電廠廢氣排放量十分巨大，煤燃燒生成CO 2，燒Ikg煤產生3. 67kgC02，我國用煤多導致0)2排 放多，如2009年世界主要排0) 2的國家中，我國第一，占總排放量的24. 2%，我國電力行業是 排CO2的第一大戶，2010年電力行業CO 2排放占我國總排放量的49. 3%，共計排放35. 59億 噸，主要由火電廠產生。 本發明涉及使用工業廢氣作為制備甲醇及其衍生物的唯一氧化劑源材料，所述甲醇及 其化合物可以用于能量儲存、運輸、液體燃料的制備和衍生的合成烴制品。根據本發明制備 的甲醇可以進一步加工成其它衍生物或衍生化合物。例如，將甲醇脫水而產生二甲醚，兩者 都可以制備內燃機的液體燃料，中國當前已有些機動車使用甲醇燃料；甲醇還可以形成乙 烯和丙烯化合物，并進一步轉化成高級烯烴、合成烴、芳族化合物及其制品。根據本發明由 工業廢氣中的CO 2和電解H2O制備的甲醇和二甲醚便于儲存和運輸，甲醇可以容易地處理而 產生合成烴及其衍生物，還可以通過甲醇的氧化羰基化制備碳酸二甲酯。甲醇、二甲醚及其 衍生物合成烴和化合物制備的燃料都可以方便和安全的儲存；甲醇、二甲醚通過酸性-堿 性或沸石催化劑轉化成乙烯或丙烯，他們分別與水合形成乙醇和丙醇，并可以進一步轉化 成聚烯烴、多種合成烴、高級烯烴或芳族化合物。以上這些反應都已經有成熟工藝，并且工 藝中已經說明采用CO 2原料生產甲醇所需條件。 利用工業廢氣中的CO2制甲醇工藝的第一步先將CO 2還原成CO : C02+C=2C0.....................Λ H298k= -41. 66kcal/mol (1) 再用4和CO生成甲醇： C0+2H2=CH30H ..................Λ H298k= -21. 7kcal/mol (2) 反應（1)是一個增容、吸熱反應，在一個內裝塊狀煤的反應器內，用電加熱至1000°C， 通入的〇)2和赤熱的煤反應，即生成C0。 表1. CO反應器內反應物與生成物的質量、能量關系
即 Ig (JU2刀卩（λ (J 王成 I. ⑶，供熱用電（λ (JUllkWh。 反應（2)是在一個有催化劑（Cu、Zn化合物）的甲醇反應器中，一定的溫度、壓力下發生 的反應，此反應為減容、放熱的，加壓、散熱有利反應進行。 本發明涉及的典型工業廢氣為火電廠廢氣，以下介紹以火電廠廢氣為例制備甲醇的方 法，該方法包括：采用富氧氣體作為火電廠的助燃氣體，O2氣含量多21wt%，提高發電廠廢 氣中的CO 2含量；從發電廠鍋爐燃燒室排除的廢氣直接進入CO反應器，可以省略部分熱交 換或除塵工藝，或者簡化部分熱交換或除塵工藝；從CO反應器生產出來的CO氣體需要經過 熱交換、除硫、脫硝或除塵工藝，達到生產甲醇的工藝要求；經過凈化的CO氣體混合純凈H 2 氣制備出合成氣體，添加質量比例根據甲醇的分子量之比確定，為CO :H2=1 :0. 1-0. 2。該方 法中，所述CO2氣體全部來自火電廠廢氣，H 2氣體是使用任何必要的能量形式生產的。 進入反應容器中的CO2氣體被碳質原料進行部分還原得到CO為主的合成氣體，反應容 器通入的氧氣和碳質原料反應產生的熱量加上炙熱電廠廢氣帶入的熱量足以維持反應所 需熱量，構成自熱式反應器；反應容器通入少量氧氣甚至不通入氧氣，需要通過外部加熱維 持反應所需熱量，構成外熱式反應器。 CO2轉化成為甲醇的方法采用Canizzaro-Tishenk