一种基于煤炭碳氢组分分级气化的替代燃料/化工产品生产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种替代燃料/化工产品生产系统，耦合了煤炭碳氢组分分级气化和传统化工工艺，包括气化岛和化工岛,利用化工岛变换单元和CO2分离单元产生的CO2，用以气化岛焦炭气化，从而淘汰了原气化岛所需的水煤气变换与CO2分离单元，降低了能耗及设备投资；从气化岛得到的富氢焦炉煤气、富CO气化煤气、氢气按一定比例混合后，得到合适H2/CO比的合成反应新气，满足替代燃料/化工产品生产的要求，实现了有效成分的组分对口、梯级利用；气化岛焦炉煤气、气化煤气显热回收得到的蒸汽用于化工岛汽轮机发电，化工岛富产的电力一部分用于气化岛所需CO2的压缩，实现了气化岛和化工岛的能量利用高效集成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源动力与煤化工领域，涉及煤炭的高效、清洁利用，尤其涉及一种基于“煤炭碳氢组分分级气化”的替代燃料/化工产品生产系统。
技术介绍
现有的替代燃料/化工产品生产工艺大多基于传统煤气化技术，如壳牌煤气化、GE煤气化等。而传统的煤气化工艺(如图1所示)是以O2或O2与水蒸气的混合物为气化剂，需要消耗大量纯氧，而氧气制备会造成大量的电力消耗(一般而言，空分单元电耗占煤化工厂总电耗的约60％-70％)以及额外的设备投资。为了匹配全厂电力消耗，传统化工厂一般配备小型、低效的自备电厂，进一步降低了全厂能源转化效率。而且，现有的替代燃料/化工产品生产工艺基于的传统煤气化技术，只能得到富碳合成气，气化气体产物单一，需要配备水煤气变换单元将大部分CO转换成H2，才能满足替代燃料/化工产品的生产对合成气高H2/CO比的要求，从而造成了合成气化学能的损失。同时，传统的替代燃料生产工艺对煤种有严格的要求，这取决于该系统所采用的煤气化方式。我国煤炭剩余资源量约为1.54万亿吨，分为褐煤、烟煤和无烟煤。鲁奇炉可采用褐煤和部分烟煤(长焰煤、不粘煤、弱粘煤和气煤)，可用资源量为5934.5亿吨，占总资源量的58％。德士古炉可采用大部分的烟煤，可用资源量为6728.8亿吨，占总资源量的66％。谢尔炉可采用褐煤和几乎全部的烟煤，资源量为9242亿吨，占总资源量的91％。恩德炉可采用褐煤和少部分烟煤(长焰煤和不粘煤)，可用资源量为4479.6亿吨，占总资源量的44％。针对传统替代燃料/化工产品生产工艺空分电耗大、自备电厂低效、气化产物H2/CO低且气化产物单一、以及对气化煤种适应性有限等诸多限制，中国专利CN201210592802.7提出了一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化方法，该方法基于燃料“组分对口，分级转化”的原则，将煤炭气化分为碳化、生产一氧化碳化、变换产氢三个步骤，首先将煤炭进行碳化提纯，得到粗焦炭，然后与二氧化碳反应生成一氧化碳，最后通过变换反应生成氢气和二氧化碳，二氧化碳供给焦炭一氧化碳化单元。中国专利CN201210592802.7所提出的煤炭的碳氢组分分级转化的气化方法，虽然可大大降低煤炭的气化过程的不可逆性，使得煤炭的气化效率有显著上升，但对于其制备得到的通过氢气、一氧化碳和焦炉煤气混合可以得到不同碳氢比的合成煤气如何高效制备利用并未给出切实可行的操作路径。本专利技术基于“组分对口，分级转化”思想，提出了“煤炭碳氢组分分级气化”的替代燃料/化工产品生产系统，将气化岛和化工岛之间的成分与能量有效耦合，从而克服传统替代燃料/化工产品能源转化效率较低的缺点。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提出一种替代燃料/化工产品生产系统，将生产系统划分为气化岛和化工岛两部分，基于“煤炭碳氢组分分级气化”的思想，使气化岛和化工岛之间的成分与能量充分有效耦合。本专利技术为实现其技术目的所采取的技术方案如下：一种替代燃料/化工产品生产系统，包括气化岛和化工岛，所述气化岛包括燃烧器、焦炭制备单元和焦炭气化单元，供热煤与预热后的高温空气在燃烧器中燃烧生成高温烟气，随后高温烟气供入所述焦炭制备单元和焦炭气化单元，所述焦炭制备单元将气化煤制备为焦炭，所述焦炭供入所述焦炭气化单元中，所述焦炭制备单元制备的富氢焦炉煤气以及所述焦炭气化单元制备的富CO气化煤气供入所述化工岛，其特征在于，所述化工岛包括水煤气变换单元、CO2分离单元及替代燃料生产/化工合成单元，其中，--所述气化岛中焦炭气化单元制备的富CO气化煤气经一废热锅炉回收热量后分为两路，一路通入所述水煤气变换单元与水蒸气发生反应，生成CO2气体和氢气的混合气，之后混合气经所述CO2分离单元分离为CO2气体和氢气，另一路富CO气化煤气与所述CO2分离单元分离出的氢气、以及所述焦炭制备单元制备的经另一废热锅炉回收热量后的富氢焦炉煤气按比例混合后形成H2/CO的合成反应新气，所述合成反应新气通入所述替代燃料生产/化工合成单元生产替代燃料/化工产品；--所述CO2分离单元分离出的CO2气体分为两路，一路经CO2压缩机压缩后通入所述气化岛中的焦炭气化单元，另一路直接排空或经过CO2纯化单元提纯后再经压缩单元压缩后实施碳捕集；--所述替代燃料生产/化工合成单元回收的蒸汽及各废热锅炉回收的蒸汽汇流后，通入汽轮机及发电设备单元中发电，所得的部分电力用以驱动所述CO2压缩机。进一步地，所述替代燃料生产/化工合成单元为甲烷化合成单元，所述甲烷化合成单元包括多级甲烷化反应器，其中从第一级甲烷化反应器排出的未反应气气体，大部分经压缩后重新循环进入所述第一级甲烷化反应器，其余部分经冷却降温后通入下一级甲烷化反应器，同样地，下一级甲烷化反应器排出的未反应气气体，大部分经压缩后重新循环进入所述下一级甲烷化反应器，其余部分经冷却降温后通入下下一级甲烷化反应器。进一步地，所述焦炭制备单元制备的富氢焦炉煤气经热回收和冷却后通入脱硫单元除去硫分，并被压缩后与富CO气化煤气及所述CO2分离单元分离出的氢气汇流合成反应新气。优选地，所述CO2分离单元的CO2分离方式包括各种CO2分离方法，包括但不仅限于Selexol、PSA、MEA等方法；除焦炭气化所需的CO2，CO2分离单元所得的多余CO2可排空也可压缩后实施碳捕集。优选地，所述气化煤种包括各类褐煤、烟煤、无烟煤，所述供热煤为所有煤种，所述焦炭为所有焦炭，包括但不限于冶金用焦。优选地，所述化工合成包含多种化工合成工艺，包含甲烷、氢气、甲醇、二甲醚、合成油等多种化工合成工艺。每种化工产品的合成包含多种生产工艺，而不仅限于某种工艺。输出的产品为多种化工产品和替代燃料，包括但不限于甲烷、氢气、甲醇、二甲醚、合成油等。气化岛采用“煤炭碳氢组分分级气化”方法。气化煤首先进行焦炭制备和焦炉煤气生产工艺，得到粗焦炭、焦炉煤气、焦油等产品，所需热量由供热煤与高温空气在外燃式燃烧器中燃烧产生的热量提供。其次进行焦炭气化制备CO过程，将焦炭制备过程所得的高温粗焦炭与二氧化碳反应生产高纯度的CO，该过程所需的热量同样由上述供热煤与高温空气燃烧产生的热量提供。然后进行CO变换产氢过程，将上述焦炭气化制备CO过程生产的部分一氧化碳与水蒸气变换反应生成二氧化碳和氢气，使用分离装置进行分离得到二氧化碳和纯净的氢气，分离出的二氧化碳一部分返回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种替代燃料/化工产品生产系统，包括气化岛和化工岛，所述气化岛包括燃烧器、焦炭制备单元和焦炭气化单元，供热煤与预热后的高温空气在燃烧器中燃烧生成高温烟气，随后高温烟气供入所述焦炭制备单元和焦炭气化单元，所述焦炭制备单元将气化煤制备为焦炭，所述焦炭供入所述焦炭气化单元中，所述焦炭制备单元制备的富氢焦炉煤气以及所述焦炭气化单元制备的富CO气化煤气供入所述化工岛，其特征在于，所述化工岛包括水煤气变换单元、CO2分离单元及替代燃料生产/化工合成单元，其中，‑‑所述气化岛中焦炭气化单元制备的富CO气化煤气经一废热锅炉回收热量后分为两路，一路通入所述水煤气变换单元与水蒸气发生反应，生成CO2气体和氢气的混合气，之后混合气经所述CO2分离单元分离为CO2气体和氢气，另一路富CO气化煤气与所述CO2分离单元分离出的氢气、以及所述焦炭制备单元制备的经另一废热锅炉回收热量后的富氢焦炉煤气按比例混合后形成H2/CO的合成反应新气，所述合成反应新气通入所述替代燃料生产/化工合成单元生产替代燃料/化工产品；‑‑所述CO2分离单元分离出的CO2气体分为两路，一路经CO2压缩机压缩后通入所述气化岛中的焦炭气化单元，另一路直接排空或经过CO2纯化单元提纯后再经压缩单元压缩后实施碳捕集；‑‑所述替代燃料生产/化工合成单元回收的蒸汽及各废热锅炉回收的蒸汽汇流后，通入汽轮机及发电设备单元中发电，所得的部分电力用以驱动所述CO2压缩机。...

【技术特征摘要】
1.一种替代燃料/化工产品生产系统，包括气化岛和化工岛，所述气化
岛包括燃烧器、焦炭制备单元和焦炭气化单元，供热煤与预热后的高温空气
在燃烧器中燃烧生成高温烟气，随后高温烟气供入所述焦炭制备单元和焦炭
气化单元，所述焦炭制备单元将气化煤制备为焦炭，所述焦炭供入所述焦炭
气化单元中，所述焦炭制备单元制备的富氢焦炉煤气以及所述焦炭气化单元
制备的富CO气化煤气供入所述化工岛，其特征在于，
所述化工岛包括水煤气变换单元、CO2分离单元及替代燃料生产/化工合
成单元，其中，
--所述气化岛中焦炭气化单元制备的富CO气化煤气经一废热锅炉回收
热量后分为两路，一路通入所述水煤气变换单元与水蒸气发生反应，生成CO2气体和氢气的混合气，之后混合气经所述CO2分离单元分离为CO2气体和氢
气，另一路富CO气化煤气与所述CO2分离单元分离出的氢气、以及所述焦
炭制备单元制备的经另一废热锅炉回收热量后的富氢焦炉煤气按比例混合后
形成H2/CO的合成反应新气，所述合成反应新气通入所述替代燃料生产/化工
合成单元生产替代燃料/化工产品；
--所述CO2分离单元分离出的CO2气体分为两路，一路经CO2压缩机压
缩后通入所述气化岛中的焦炭气化单元，另一路直接排空或经过CO2纯化单
元提纯后再经压缩单元压缩后实施碳捕集；
--所述替代燃料生产/化工合成单元回收的蒸汽及各废热锅炉回收的蒸汽
汇流后，通入汽轮机及发电设备单元中发电，所得的部分电力用以驱动所述
CO2压缩机。
2.根据权利要求1所述的替代燃料/化工产品生产系统，其特征在于，所
述替代燃料生产/化工合成单元为甲烷化合成单元，所述甲烷化合成单元包括
多级甲烷化反应器，其中从第一级甲烷化反应器排出的未反应气气体，大部
分经压缩后重新循环进入所述第一级甲烷化反应器，其余部分经冷却降温后
通入...

【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，李胜，张筱松，高林，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11