化工-动力多联产系统及方法技术方案

一种化工一动力多联产方法，以富碳原料制得的粗合成气首先全部进入化工生产流程，合成气不经变换反应降低ＣＯ／Ｈ↓［２］的比例（或虽经调整，但调整后ＣＯ／Ｈ↓［２］比远高于标准值），经降温、净化后直接进行化工合成，经合成反应器后部分合成气转化为化工产品，未转化的合成气一部分重新循环回合成反应器参加反应，一部分作为燃料送往燃气／蒸汽联合循环系统发电。本发明专利技术采用的系统包括：合成气制备单元、显热回收单元、合成气净化单元、化工合成单元、联合循环发电系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源与化工
，具体地说涉及一种利用富碳原料同时生产液体燃料(化工产品)和电力的方法。本专利技术还涉及实现上述方法所使用的化工-动力多联产系统。
技术介绍
目前大部分化工生产流程和动力发电系统是相互独立的，面对可持续发展的背景，分产化工流程与动力发电系统虽然也开始综合考虑降低能耗、提高能源利用率与控制污染等多方面的问题，但分产系统往往片面地追求某个目标，强调以某一个问题为主，其他问题为辅，这一思路是多数分产系统无法满足未来可持续能源系统要求的致命缺陷，使得分产系统很难同时克服能耗高、化学能利用过程损失大以及环境污染严重等问题。基于领域交叉与融合的思路，化工-动力多联产系统把化工生产流程和动力系统有机地结合在一起，在完成发电、供热的同时，生产甲醇、二甲醚、氢气等合成燃料与氨等化工产品，是同时满足能源、化工以及环境等多功能、多目标综合的能源利用系统。合理集成和整合的多联产系统在使动力系统能源利用率提高和污染排放降低的同时，降低了化工生产过程能耗与初投资，因此成为未来符合可持续发展要求的主要资源利用技术之一。目前的多联产系统主要分为并联型多联产系统与串联型多联产系统两类。以往国内外研究的多联产系统多为并联型，它是在保持原有化工生产流程和动力发电系统结构基本不变的基础上，粗合成气分别作为原料气与燃料气进入化工流程与动力系统，通过回收化工流程中的弛放气为燃料或采用热集成等措施来实现系统整体性能的提高。并联型联产系统可以视为-->分产流程的简单叠加，没有体现多联产系统所要求的化工流程与动力系统有机结合的本质特点，其性能是多联产系统中最低的，如并联型甲醇-动力多联产系统相对于分产系统的相对节能率(节能率)通常不超过6％。除并联型多联产系统之外，目前也存在几种常规的串联型多联产系统。串联型多联产系统的特点在于合成气首先全部进入化工生产流程合成化工产品，动力发电系统的燃料是来自于化工生产流程中的未转化为化工产品的合成气。目前常规串联型多联产系统均采用一次通过合成方式：在化工合成单元取消未反应气循环物流，未反应的合成气全部送往动力发电系统作为燃料。常规串联型多联产系统性能通常高于并联型多联产系统。根据是否调整合成气的CO/H2比，常规串联型多联产系统也可以分为合成气组分全调整(富H2合成)方案与合成气组分无调整(富CO合成)方案两类，后者性能稍高，但这两类常规串联型甲醇-动力多联产系统的相对节能率也难以超过8％。
技术实现思路
针对当前化工-动力多联产系统节能效果不理想的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种利用富碳原料同时生产液体燃料(化工产品)和电力的方法。本专利技术的又一目的在于提供实现上述方法所用的化工-动力多联产系统。为实现上述目的，本专利技术提供的化工-动力多联产方法，以富碳原料制得的粗合成气首先全部进入化工生产流程，经降温、净化后直接进行化工合成，合成气转化为化工产品，未转化的合成气一部分循环重新进行合成，另一部分作为燃料送往燃气/蒸汽联合循环发电系统。所述的方法，其中富碳原料为煤、焦或重油。所述的方法，富碳原料制得的粗合成气不调整或小幅调整CO/H2比，保持合成反应新气CO/H2比高于标准值0.5以上。所述的方法，合成反应后未转化的合成气中，重新进行合成的合成气-->与合成反应新气的摩尔流量之比在3.5到7.5之间。本专利技术提供的用于实现上述方法的化工-动力多联产能源系统，主要包括：合成气制备单元、显热回收单元、合成气净化单元、化工合成单元、动力发电系统；其中合成气制备单元为气化、拔头、热解、炼焦合成气制备过程；化工合成单元为甲醇、二甲醚液体燃料或化工产品的合成过程；动力发电系统以串联方式与化工合成单元连接。所述的系统，其中动力发电系统为燃气/蒸汽联合循环发电系统；蒸汽透平的工质来源于余热锅炉和化工生产流程中余热回收过程产生的蒸汽，动力发电系统除对外输出电力产品外，也要为化工生产流程提供工艺过程需要的做功用或加热用蒸汽。根据上述内容可以看出，本专利技术是将富碳原料制备为粗合成气，粗合成气首先全部进入化工生产流程，不采用传统组分调整方式调整粗合成气组分达到标准值(主要是降低CO/H2的摩尔比以达到合成反应化学计量比)，而是取消成分调整过程(或虽经调整，但调整后CO/H2比高于标准值0.5以上)，粗煤气经降温与净化后直接作为合成反应新气用于合成化工产品，未转化的合成气一部分循环重新进入合成反应器，另一部分作为燃料送往燃气/蒸汽联合循环发电系统。循环的合成气(循环气)的流量与作为燃料的合成气(燃料气)的流量的比例关系可以通过改变循环倍率(循环气流量与合成反应新气流量之间的比例)调整，本专利技术提出的适度循环所要求的循环倍率在3.5到7.5的范围之间。本专利技术在化工流程与动力系统串联型连接的基础上，将合成气组分无调整(或低调整)的合成反应新气制备方式与未反应气适度循环的利用方式独创性地整合在一起：由于采用合成气组分无调整(或低调整)的合成反应新气制备方式，合成反应新气制备过程的能量利用大幅提高；采用未反应气适度循环的利用方式，通过寻找最佳的未反应气循环倍率，新系统在保证合成反应新气的有效组分充分转化为化工产品的前提下，有效利用能量，从而实现组分转化与能量转换利用的耦合与协调。-->本专利技术提出的化工生产流程可以生产多种液体燃料或化工产品，可根据具体需求匹配某一种或多种化工生产流程，得出不同产品联产的化工-动力多联产系统，例如甲醇-动力的多联产系统或二甲醚-动力多联产系统等。本专利技术提供的动力发电系统是燃气/蒸汽联合循环发电系统，与常规独立的联合循环发电系统不同的是，在多联产系统中动力发电系统消耗的燃料气为化工生产流程中的未转化为化工产品的组分，动力发电系统也接收来自化工生产流程中显热回收单元产生的蒸汽作为蒸汽循环的作功工质。在对外输出电力的同时，动力发电系统也要为化工生产流程提供所需要的做功用或加热用蒸汽。本专利技术的有益效果是，克服了已有的化工-动力多联产系统节能效果不理想的缺陷，与已有节能效果最明显的多联产系统相比，新系统的节能效果可以大幅度提高(从8％提高到15％以上)，与分产系统相比可节约原料达10～20％。附图说明图1：以煤为原料同时生产液体燃料(化工产品)和电力的化工-动力多联产能源系统示意图。图2：甲醇合成单元流程示意图。图3：二甲醚合成单元流程示意图。图4：合成气组分调整、未反应气循环对串联型多联产系统节能率的影响图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。请参见附图1，本专利技术提供的利用富碳原料同时生产液体燃料(化工产品)和电力的化工-动力多联产能源系统，主要由合成气制备单元(1)、显热回收单元(2)、合成气净化单元(3)、化工合成单元(4)、动力发电系统(5)-->组成。原料(6)在合成气制备单元(1)中的制得粗合成气在显热回收单元(2)中降温回收显热，然后进入合成气净化单元(3)脱除酸性气体得到合成反应新气，合成反应新气(10)与循环气(11)混合进入化工合成单元(4)生产化工产品(13)，从化工合成单元(4)出来的未反应气(9)被分为循环气(11)与燃料气(14)两部分，循环气(11)与合成反应新气(10)混合后再次进入合成反应单元(4)，燃料气送往动力发电系统(5)作为燃气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化工－动力多联产方法，以富碳原料制得的粗合成气首先全部进入化工生产流程，经降温、净化后直接进行化工合成，合成气转化为化工产品，未转化的合成气一部分循环重新进行合成，另一部分作为燃料送往燃气／蒸汽联合循环发电系统。

【技术特征摘要】
1.一种化工—动力多联产方法，以富碳原料制得的粗合成气首先全部进入化工生产流程，经降温、净化后直接进行化工合成，合成气转化为化工产品，未转化的合成气一部分循环重新进行合成，另一部分作为燃料送往燃气/蒸汽联合循环发电系统。2.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述富碳原料为煤、焦或重油。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，富碳原料制得的粗合成气不调整或小幅调整CO/H2比，保持合成反应新气CO/H2比高于标准值0.5以上。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，合成反应后未转化的合成气中，重新进行合成的合成气与合成反应新气摩尔流量之比在...

【专利技术属性】
技术研发人员：金红光，高林，林汝谋，
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：11[中国|北京]