一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，包括：炼焦单元1，电石单元2，乙炔单元3，化学链还原及脱硫单元4，化学链氧化单元5，煅烧单元6，水蒸气重整制氢单元7，燃气/蒸汽联合循环单元8，和CO2捕集和储存单元9。根据本发明专利技术的所述系统基于钙基化合物的循环转化，实现了能量的高效利用和物质转换。与现有工艺相比，所述系统将电石炉尾气和焦炉煤气不经处理直接作为燃料，减少能量损失，节约处理成本；采用化学链燃烧的方式，降低燃料的火用损失，同时捕集CO2，减少温室气体排放；将电石渣用作脱硫剂、化学链燃烧载氧体和重整制氢吸收剂，实现废物利用；化学链燃烧后的烟气用于联合循环发电，提高系统的发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统
本专利技术涉及一种煤化工动力多联产系统，属于能源、电力和化工
，具体为一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统。
技术介绍
煤基电石乙炔路线作为我国重要的基础化工原料生产方式，在我国经济发展中仍起着不可替代的作用。但目前电石生产采用的电热法工艺，能耗较高。同时，副产物电石炉尾气和电石渣利用困难，既造成巨大的能量损失，又对环境造成严重危害，成为制约电石行业发展的重要因素。近年来，为降低电石乙炔生产的能耗和污染，学者提出了多种改进工艺。如神木电石集团以煤制兰炭，白灰、兰炭制电石，兰炭尾气发电，电石尾气煅烧白灰，构建出能源综合利用系统，降低了电石生产过程的能耗及污染排放(《聚氯乙烯》，2014，42卷，8期，P47)。专利(CN102850172A)公开了一种煤化工多联产工艺及系统，基于氧热法电石生产及电石炉尾气燃料电池发电，实现能量的梯级利用，降低能耗和污染。专利(CN107057772A)公开了一种钙载体循环H2-CO-C2H2多联产协同CO2捕集方法。通过钙载体的循环，耦合氧热法电石生产和煤气化过程，生产高品质的CO、H2和C2H2，同时捕集整个系统的CO2，实现资源高效利用。目前针对电石乙炔系统的优化一方面大多以氧化法技术为核心，但氧热法电石生产工艺复杂，成本较高，尚未有成熟工业化应用。另一方面，电石炉尾气燃烧后的CO2一般直接排放或通过富氧燃烧方式捕集，捕集成本和污染较高。此外，现有系统对副产物电石渣的再利用率也相对较低。因此，迫切需求一种更加高效、环保且易于实现的多联产系统，来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术目的是基于钙基化合物的循环转化，耦合煤基焦炭/电石/乙炔生产，焦炉煤气重整制氢，尾气化学链燃烧与脱硫，发电及CO2捕集等过程，构建高效、清洁的煤基化工动力多联产系统，以解决目前电石乙炔行业能耗高、污染大的问题，为能源高效、清洁利用及CO2低能耗捕集提供理论和技术支持。本专利技术采用的技术方案概述如下：采用煤制备焦炭，焦炭生产电石，电石制备乙炔。电石的副产物电石炉尾气进入化学链系统燃烧发电，同时捕集储存CO2。焦炭的副产物焦炉煤气用于化学链燃烧系统的补充燃料和水蒸气重整制氢原料，生产的氢气作为发电补燃燃料和化工产品。乙炔的副产物电石渣经煅烧后用作电石生产原料、焦炉煤气水蒸气重整制氢吸收剂和电石炉尾气及焦炉煤气脱硫剂，脱硫产物氧化后作为化学链燃烧系统的载氧体。具体技术方案如下：一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，所述系统包括：炼焦单元1，用于利用原料煤101炼焦生产焦炭102；电石单元2，与所述炼焦单元1连接，接收外部输入的生石灰201和来自所述炼焦单元1的焦炭102，生产电石203；乙炔单元3，与所述电石单元2连接，接收外部输入的水301和来自所述电石单元2生产的电石203，生产乙炔302，同时将部分废弃的电石渣304排出系统；化学链还原及脱硫单元4，分别与所述炼焦单元1和所述电石单元2连接，接收来自所述炼焦单元1的焦炉煤气103和来自所述电石单元2的电石炉尾气204，发生还原及脱硫反应生成CaS401；化学链氧化单元5，与所述化学链还原及脱硫单元4连接，接收外部输入的空气501和来自所述化学链还原及脱硫单元4的CaS401，进行氧化反应，同时将氧化后的CaSO4载氧体502返回输入所述化学链还原及脱硫单元4，同时将废弃的CaSO4载氧体504排出系统；煅烧单元6，分别与所述电石单元2、所述乙炔单元3和所述化学链还原及脱硫单元4连接，接收来自所述乙炔单元3的煅烧电石渣303和所述化学链还原及脱硫单元4的还原烟气402，利用所述还原烟气402再燃后的热量进行煅烧，并分别向所述电石单元2和所述化学链还原及脱硫单元4输送煅烧产物CaO601；水蒸气重整制氢单元7，分别与所述炼焦单元1和所述煅烧单元6连接，接收来自所述炼焦单元1的焦炉煤气103和来自所述煅烧单元6的CaO601和水蒸气602，制备氢气，同时将吸收CO2生成的CaCO3702返回输入所述煅烧单元6进行煅烧，将部分氢气701作为产品输出；燃气/蒸汽联合循环单元8，分别与外部电网，所述化学链氧化单元5，所述煅烧单元6和所述水蒸气重整制氢单元7连接，接收来自所述化学链氧化单元5的氧化烟气503，来自所述煅烧单元6的煅烧烟气603和来自所述水蒸气重整制氢单元7的补燃氢气703，生产电力801输出至外部电网。换热后的所述氧化烟气503经净化处理后变为烟气803排入大气；CO2捕集和储存单元9，与所述燃气/蒸汽联合循环单元8连接，接收所述煅烧烟气603经所述燃气/蒸汽联合循环单元8换热后形成的富CO2烟气802，通过冷凝除水，捕集并储存其中所含的二氧化碳。根据本专利技术的所述系统，其结合原则是基于钙基化合物的循环转化，所述钙基化合物包括CaO、CaC2、Ca(OH)2、CaCO3、CaS和CaSO4。优选地，根据本专利技术的基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统中所述电石单元2采用密闭电石炉电热法生产工艺，产生的电石炉尾气204不经净化处理，直接输入所述化学链还原及脱硫单元4进行化学链燃烧。所述乙炔单元3采用干法乙炔生产工艺。优选地，根据本专利技术的基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统中所述的化学链还原及脱硫单元4内同时进行尾气脱硫和化学链还原两个过程。脱硫剂采用在所述煅烧单元6中煅烧电石渣后产生的CaO601，化学链还原载氧体采用还原及脱硫反应产物CaS401氧化形成的CaSO4载氧体502。优选地，所述化学链氧化单元5内进行还原及脱硫反应产物CaS与空气的氧化反应生成CaSO4502。优选地，根据需要，所述煅烧单元6可以设有再燃室、CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室，所述还原烟气402先在再燃室中进行纯氧燃烧，为CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室提供热量，煅烧电石渣和CaCO3。优选地，根据本专利技术的基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统中所述水蒸气重整制氢单元7工作模式为运行和不运行两种。处于运行模式时，部分焦炉煤气103经净化脱硫后进入所述水蒸气重整制氢单元7进行甲烷的水蒸气重整反应，CO的水煤气变换反应和CaO吸附二氧化碳反应，生产氢气。处于不运行模式时，焦炉煤气103不经净化全部进入所述化学链还原及脱硫单元4，不生产氢气。优选地，所述燃气/蒸汽联合循环单元8包括补燃室、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机，运行模式分为无氢气补燃运行和氢气补燃运行两种。无氢气补燃运行时，所述煅烧烟气602直接进入余热锅炉，所述氧化烟气503先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉。氢气补燃运行时，燃气轮机前设有补燃室，补燃氢气703与所述氧化烟气503在补燃室中混合，并利用氧化烟气503中的剩余氧气进行燃烧，燃烧后的烟气先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉。余热锅炉采用双热源运行方式，利用所述煅烧烟气602和燃气轮机排气中的余热与水换热，产生高温高压的水蒸气，水蒸气送入蒸汽轮机系统，推动蒸汽轮机发电。本专利技术的优点为：基于钙基化合物的循环转化，本专利技术提出了一种煤经焦炭/电石制乙炔并结合尾气化学链燃烧发电和制氢的化工动力多联产系统。与现有工艺相比，本专利技术一是可以将电石炉尾气和焦炉煤气不经处理，直接作为化学链燃烧的燃料，充分利用原有尾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，所述系统包括：炼焦单元(1)，用于利用原料煤(101)炼焦生产焦炭(102)；电石单元(2)，与所述炼焦单元(1)连接，接收外部输入的生石灰(201)和来自所述炼焦单元(1)的焦炭(102)，生产电石(203)；乙炔单元(3)，与所述电石单元(2)连接，接收外部输入的水(301)和来自所述电石单元(2)生产的电石(203)，生产乙炔(302)，同时将部分废弃的电石渣(304)排出系统；化学链还原及脱硫单元(4)，分别与所述炼焦单元(1)和所述电石单元(2)连接，接收来自所述炼焦单元(1)的焦炉煤气(103)和来自所述电石单元(2)的电石炉尾气(204)，发生还原及脱硫反应生成CaS(401)；化学链氧化单元(5)，与所述化学链还原及脱硫单元(4)连接，接收外部输入的空气(501)和来自所述化学链还原及脱硫单元(4)的CaS(401)，进行氧化反应，同时将氧化后的CaSO4载氧体(502)返回输入所述化学链还原及脱硫单元(4)，同时将废弃的CaSO4载氧体(504)排出系统；煅烧单元(6)，分别与所述电石单元(2)、所述乙炔单元(3)和所述化学链还原及脱硫单元(4)连接，接收来自所述乙炔单元(3)的煅烧电石渣(303)和所述化学链还原及脱硫单元(4)的还原烟气(402)，利用所述还原烟气(402)再燃后的热量进行煅烧，并分别向所述电石单元(2)和所述化学链还原及脱硫单元(4)输送煅烧产物CaO(601)；水蒸气重整制氢单元(7)，分别与所述炼焦单元(1)和所述煅烧单元(6)连接，接收来自所述炼焦单元(1)的焦炉煤气(103)和来自所述煅烧单元(6)的CaO(601)和水蒸气(602)，制备氢气，同时将吸收CO2生成的CaCO3(702)返回输入所述煅烧单元(6)进行煅烧，将部分氢气(701)作为产品输出；燃气/蒸汽联合循环单元(8)，分别与外部电网，所述化学链氧化单元(5)，所述煅烧单元(6)和所述水蒸气重整制氢单元(7)连接，接收来自所述化学链氧化单元(5)的氧化烟气(503)，来自所述煅烧单元(6)的煅烧烟气(603)和来自所述水蒸气重整制氢单元(7)的补燃氢气(703)，生产电力(801)输出至外部电网。换热后的所述氧化烟气(503)经净化处理后变为烟气(803)排入大气。CO2捕集和储存单元(9)，与所述燃气/蒸汽联合循环单元(8)连接，接收所述煅烧烟气(603)经所述燃气/蒸汽联合循环单元(8)换热后形成的富CO2烟气(802)，通过冷凝除水，捕集并储存其中所含的二氧化碳。...

【技术特征摘要】
1.一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，所述系统包括：炼焦单元(1)，用于利用原料煤(101)炼焦生产焦炭(102)；电石单元(2)，与所述炼焦单元(1)连接，接收外部输入的生石灰(201)和来自所述炼焦单元(1)的焦炭(102)，生产电石(203)；乙炔单元(3)，与所述电石单元(2)连接，接收外部输入的水(301)和来自所述电石单元(2)生产的电石(203)，生产乙炔(302)，同时将部分废弃的电石渣(304)排出系统；化学链还原及脱硫单元(4)，分别与所述炼焦单元(1)和所述电石单元(2)连接，接收来自所述炼焦单元(1)的焦炉煤气(103)和来自所述电石单元(2)的电石炉尾气(204)，发生还原及脱硫反应生成CaS(401)；化学链氧化单元(5)，与所述化学链还原及脱硫单元(4)连接，接收外部输入的空气(501)和来自所述化学链还原及脱硫单元(4)的CaS(401)，进行氧化反应，同时将氧化后的CaSO4载氧体(502)返回输入所述化学链还原及脱硫单元(4)，同时将废弃的CaSO4载氧体(504)排出系统；煅烧单元(6)，分别与所述电石单元(2)、所述乙炔单元(3)和所述化学链还原及脱硫单元(4)连接，接收来自所述乙炔单元(3)的煅烧电石渣(303)和所述化学链还原及脱硫单元(4)的还原烟气(402)，利用所述还原烟气(402)再燃后的热量进行煅烧，并分别向所述电石单元(2)和所述化学链还原及脱硫单元(4)输送煅烧产物CaO(601)；水蒸气重整制氢单元(7)，分别与所述炼焦单元(1)和所述煅烧单元(6)连接，接收来自所述炼焦单元(1)的焦炉煤气(103)和来自所述煅烧单元(6)的CaO(601)和水蒸气(602)，制备氢气，同时将吸收CO2生成的CaCO3(702)返回输入所述煅烧单元(6)进行煅烧，将部分氢气(701)作为产品输出；燃气/蒸汽联合循环单元(8)，分别与外部电网，所述化学链氧化单元(5)，所述煅烧单元(6)和所述水蒸气重整制氢单元(7)连接，接收来自所述化学链氧化单元(5)的氧化烟气(503)，来自所述煅烧单元(6)的煅烧烟气(603)和来自所述水蒸气重整制氢单元(7)的补燃氢气(703)，生产电力(801)输出至外部电网。换热后的所述氧化烟气(503)经净化处理后变为烟气(803)排入大气。CO2捕集和储存单元(9)，与所述燃气/蒸汽联合循环单元(8)连接，接收所述煅烧烟气(603)经所述燃气/蒸汽联合循环单元(8)换热后形...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑞东，吴晋沪，秦建光，陈天举，訾仲岳，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37