一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法技术

本发明专利技术涉及一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，本发明专利技术方法将煤气化、发电与化学产品生产耦合起来，耦合过程中将各过程物流、能量进行整合，即：从持续排放的CO2中取一定量输入发电系统循环利用，发电产生的水或蒸汽作流化气参与气化反应，其余CO2作为化工原料生产1,3,5‑均三嗪三醇，将1,3,5‑均三嗪三醇化学产品的化工生产和发电有机的结合起来，从根本上解决了CO2循环使用和C原子的充分利用，实现CO2的零排放。解决了现有多联产工艺中大量排放CO2温室气体的关键技术，实现了CO2资源化利用、绿色能源和化学工业的目的。实现CO2和氢气高效有机利用，该方法可以同时实现SO2、NOX、颗粒物及CO2近零排放，而且降低H2发电风险并实现CO2资源化利用的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法
本专利技术涉及一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，属于煤燃烧环保

技术介绍
化石能源占据我国一次能源的85％，其中以煤炭占比最高，约为66％。化石能源的大量使用导致SO2、NOX、颗粒物及CO2的过度排放，大气环境质量急剧恶化。虽然通过燃烧后脱除各种污染物可以减少污染；但需要大量设备的投入，而且产生了大量CO2。CO2的排放不仅加剧了温室效应引起全球气候变化，同时也导致了碳资源的浪费。氢能因具有能量密度高、热转化效率高、燃烧产物只有水等优点，受到广泛关注。天然气或焦炉气由于经济性好，而且氢气提取率与纯度均有很高的水平(参见制氢技术的研究现状及发展前景，《现代化工》，2013,33(5):31-35)，常被作为适用于工业大规模制氢的化石燃料；如：整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电系统(IGCC)清洁、高效，可以实现CO2近零排放(参见IGCC多联产系统工艺路线选择研究，《东北电力技术》，2014,35(8):22-25)；但并没有解决纯氢发电风险高及CO2资源化利用等问题。纯氢气燃烧容易出现燃爆，同时产生较高NOx排放等情况，目前主要参杂碳氢燃料或氮气燃烧。目前CO2资源化利用研究主要是合成甲烷、甲醇、二甲醚或液体燃料等，其主要问题是H2的用量大，过程能耗高且产物生命周期短。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法。专利技术概述：本专利技术方法将煤气化、发电与化学产品生产耦合起来，耦合过程中将各过程物流、能量进行整合，即：从持续排放的CO2中取一定量输入发电系统循环利用，发电产生的水或蒸汽作流化气参与气化反应，其余CO2作为化工原料生产1,3,5-均三嗪三醇，将1,3,5-均三嗪三醇化学产品的化工生产和发电有机的结合起来，从根本上解决了CO2循环使用和C原子的充分利用，实现CO2的零排放。解决了现有多联产工艺中大量排放CO2温室气体的关键技术，实现了CO2资源化利用、绿色能源和化学工业的目的。实现CO2和氢气高效有机利用，该方法可以同时实现SO2、NOX、颗粒物及CO2近零排放，而且降低H2发电风险并实现CO2资源化利用的方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，工艺中产生的CO2作为原料生产化学品，同时一定量的CO2输回发电系统循环使用，全过程无CO2对外排放；包括步骤如下：(1)化石燃料以水蒸汽作为流化气，在1～10Mpa的压强、1200～1600℃温度的条件下进行气化反应，获得粗转化气，粗转化气在1～10Mpa的压强、180～460℃温度的条件下进行变换反应得到粗变换气；(2)粗变换气经过脱硫、脱碳得到得到高纯氢气，之后经过CO2解析获得高纯度CO2；(3)步骤(2)获得的高纯CO2和高纯氢气中，取占总氢总量20～50％的氢气及CO2做稀释气输入发电系统中，同时输入氧气混合进行燃烧发电同时产生水，CO2输入量使氢气浓度稀释至20～60％；(4)步骤(2)高纯CO2和高纯氢气中，剩余所有持续产生的CO2和50～80％的氢气，与空分得到的N2合成固体产品1,3,5-均三嗪三醇；(5)发电剩余的CO2全部输回发电系统循环利用，产生的水或蒸汽作为步骤(1)的流化气参与气化反应。根据本专利技术优选的，步骤(1)气化反应在气化炉中进行，气化炉为固定床/移动床气化炉、沸腾床/流化床气化炉或气流床气化炉，所述固定床/移动床气化炉为UGI炉、鲁奇(Lurgi)炉或液态排渣鲁奇(BGL)炉，沸腾床/流化床气化炉为循环流化床气化炉或鼓泡流化床气化炉，气流床气化炉为Texaco、shell或GSP气化炉。根据本专利技术优选的，步骤(1)变换反应在变换炉中进行，变换炉为轴经向变换或列管式温变换炉。本专利技术的步骤(1)按现有技术进行，参见文献煤气化工艺的比较，《中氮肥》，2001,(1):30-32。根据本专利技术优选的，步骤(2)中脱硫脱碳工序为低温甲醇洗工序、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)工序、MEDA工序。本专利技术的步骤(2)的脱硫脱碳按现有技术进行，参见文献煤气化净化技术选择与比较，化学工程与装备，2009，(1)，108-111。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，燃烧发电时CO2、H2、O2流量比为0.1～2.3:1:0.5～0.6，燃空当量比φ＝0.8～1.4。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，燃烧发电时输入部分空分得到的N2，CO2、N2、H2、O2流量比为0.2～1.3:0.1～1:1:0.5～0.6，燃空当量比φ＝0.8～1.4。根据本专利技术优选的，步骤(3)中，发电系统为电站燃气轮机与蒸汽轮机。根据本专利技术优选的，步骤(4)中，合成固体产品1,3,5-均三嗪三醇的CO2、H2、N2体积比为1:1.5～1.7:3.0～3.4。根据本专利技术优选的，步骤(4)中，合成固体产品1,3,5-均三嗪三醇的具体条件如下：N2和H2首先在15～20MPa，400℃～520℃条件下合成NH3，之后NH3与CO2在10～30MPa、185～190℃条件下首先合成脲液，最后脲液在150～350℃，1～10Mpa合成固体产品1,3,5-均三嗪三醇，同时释放出的NH3返回继续利用，反应器可以为微波反应器、螺旋管反应器，催化剂为氯化铵。本专利技术的优点在于，通过化石能源制氢燃烧提高能源利用率，同时实现了SO2、NOX、颗粒物与CO2的近零排放；产生的CO2只需较少量的氢气与易得的N2，合成了CO2含量最高的稳定固体产品；氢气在CO2稀释下进行发电降低了燃烧风险，CO2循环利用无需补充；H2燃烧产生的水可重新返回制氢过程，降低了整个过程的能耗和水耗。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：提高能源利用率，减少污染物与温室气体气体排放，同时实现碳资源的高值利用。附图说明图1为本专利技术所述的一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法的流程示意图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种简易、高效的化石能源利用方法详细说明。实施例1一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，工艺中产生的CO2合成化学品，一定量CO2输回发电系统环使用，全过程无CO2对外排放；包括步骤如下：(1)1000吨褐煤(硫分2.03％)以水蒸汽作为流化气，在9.3Mpa的压强和1350℃温度的条件下进行气化反应，获得粗转化气，粗转化气在6.5Mpa的压强和230℃温度的条件下进行变换反应得到粗变换气；(2)粗变换气经过低温甲醇洗工序，首先得到约165吨99.5％浓度的高纯氢气，之后减压解析获得约1076吨99.1％浓度的高纯CO2；(3)高纯CO2和高纯氢气中，取92吨氢气和1吨CO2，维持进气处氢气与CO2流量比约1:1.5的条件下进入solar土星人20燃气轮机进行燃烧发电，产生220MWh电同时产生约820吨水汽；(4)高纯CO2和高纯氢气中，剩余全部的1075吨CO2和73吨的氢气，与空分得到的N2合成纯度92.3％的白色固体产品1,3,5-均三嗪三醇约1040吨；(5)发电过程中CO2未消耗，全部在发电系统中循环利用，燃烧产生的水或蒸汽作为步骤(1)的流化气参与气化反应。实施例2一种近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，工艺中产生的CO2作为原料生产化学品，同时一定量的CO2输回发电系统循环使用，全过程无CO2对外排放；包括步骤如下：(1)化石燃料以水蒸汽作为流化气，在1～10Mpa的压强、1200～1600℃温度的条件下进行气化反应，获得粗转化气，粗转化气在1～10Mpa的压强、180～460℃温度的条件下进行变换反应得到粗变换气；(2)粗变换气经过脱硫、脱碳得到得到高纯氢气，之后经过CO2解析获得高纯度CO2；(3)步骤(2)获得的高纯CO2和高纯氢气中，取占总氢总量20～50％的氢气及CO2做稀释气输入发电系统中，同时输入氧气混合进行燃烧发电同时产生水，CO2输入量使氢气浓度稀释至20～60％；(4)步骤(2)高纯CO2和高纯氢气中，剩余所有持续产生的CO2和50～80％的氢气，与空分得到的N2合成固体产品1,3,5‑均三嗪三醇；(5)发电剩余的CO2全部输回发电系统循环利用，产生的水或蒸汽作为步骤(1)的流化气参与气化反应。

【技术特征摘要】
1.一种近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，工艺中产生的CO2作为原料生产化学品，同时一定量的CO2输回发电系统循环使用，全过程无CO2对外排放；包括步骤如下：(1)化石燃料以水蒸汽作为流化气，在1～10Mpa的压强、1200～1600℃温度的条件下进行气化反应，获得粗转化气，粗转化气在1～10Mpa的压强、180～460℃温度的条件下进行变换反应得到粗变换气；(2)粗变换气经过脱硫、脱碳得到得到高纯氢气，之后经过CO2解析获得高纯度CO2；(3)步骤(2)获得的高纯CO2和高纯氢气中，取占总氢总量20～50％的氢气及CO2做稀释气输入发电系统中，同时输入氧气混合进行燃烧发电同时产生水，CO2输入量使氢气浓度稀释至20～60％；(4)步骤(2)高纯CO2和高纯氢气中，剩余所有持续产生的CO2和50～80％的氢气，与空分得到的N2合成固体产品1,3,5-均三嗪三醇；(5)发电剩余的CO2全部输回发电系统循环利用，产生的水或蒸汽作为步骤(1)的流化气参与气化反应。2.根据权利要求1所述的近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，其特征在于，步骤(1)气化反应在气化炉中进行，气化炉为固定床/移动床气化炉、沸腾床/流化床气化炉或气流床气化炉，所述固定床/移动床气化炉为UGI炉、鲁奇(Lurgi)炉或液态排渣鲁奇(BGL)炉，沸腾床/流化床气化炉为循环流化床气化炉或鼓泡流化床气化炉，气流床气化炉为Texaco、shell或GSP气化炉。3.根据权利要求1所述的近零排放、CO2资源化利用的化石能源利用方法，其特征在于，步骤(1)变...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维群，柴树，王倩，孟丽，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37