一种煤催化气化系统技术方案

本实用新型专利技术涉及煤催化气化工艺领域，提供了一种煤催化气化系统。该系统包括气化炉、提纯系统、交换耦合系统和发电系统，气化炉用于煤发生气化反应；提纯系统的液化天然气出口与第一换热器连接；交换耦合系统包括依次管道连接的空气压缩机、第二换热器和精馏塔，精馏塔内的部分液氮升温后进入第一换热器内；发电系统包括回热器、燃烧器、透平和发电机，粗煤气在燃烧器内燃烧，经提纯系统脱离出的CO2跟随粗煤气的燃烧产物进入透平膨胀做功推动发电机工作。本申请将液态天然气气化过程释放的冷量与交换耦合系统的能量有效耦合，实现冷量的高效利用，同时，充分利用了煤气化过程中产生的CO2，产生了电力，实现能量优化利用。实现能量优化利用。实现能量优化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种煤催化气化系统


[0001]本技术涉及煤催化气化工艺领域，具体涉及一种煤催化气化系统。

技术介绍

[0002]随着经济的迅速发展以及环保规定的日益严格，对天然气这一清洁能源的需求量呈爆炸式增长。催化气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式，采用催化气化技术，煤在相对较低的温度下与气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，生成高浓度的甲烷。催化气化工艺采用的加压流化床气化炉，煤和气化剂于催化剂作用下在气化炉内发生催化气化反应，得到富含甲烷的粗煤气。粗煤气后续经净化降温后得到主要成分为CO、H2、CH4的煤气。
[0003]现有系统采用深度冷却分离，在低于零下162
°
的温度下实现甲烷和合成气的分离，得到液态天然气即LNG和合成气，合成气经升温后可作为化工合成原料使用，但是，该种分离形式还存在能耗较高，反复降温、升温，且过程中能量未得到充分利用的缺陷。
[0004]因此，针对现有系统，需开发能量综合利用效率高、温室气体排放少的煤催化气化制备天然气的系统，在获取高纯度天然气产品的同时，获取其他可用能源形式。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本技术提供了一种煤催化气化系统。
[0006]上述一种煤催化气化系统包括：
[0007]气化炉，用于煤发生气化反应；
[0008]提纯系统，用于将煤气化产物提纯为液化天然气，所述提纯系统的液化天然气出口与第一换热器连接；
[0009]交换耦合系统，包括依次管道连接的空气压缩机、第二换热器和精馏塔，压缩空气中的氮气和氧气经所述精馏塔提取分离后分别进入到液氮储罐和液氧储罐内，所述精馏塔、第二换热器和所述第一换热器依次管道连接，所述精馏塔内的部分液氮经过所述第二换热器升温后进入到所述第一换热器内；
[0010]发电系统，包括回热器、燃烧器、透平和发电机，经所述提纯系统冷却除尘得到的部分粗煤气进入到所述燃烧器内，所述液氧储罐、回热器和所述燃烧器依次管道连接，液氧经过所述回热器升温成氧气后进入到所述燃烧器内，所述燃烧器、透平和所述发电机依次连接，经所述提纯系统脱离出的CO2进入到所述燃烧室内，并跟随所述粗煤气的燃烧产物进入所述透平膨胀做功推动所述发电机工作。
[0011]可选的，还包括循环系统，所述循环系统包括依次连接的冷却器、水分离器、CO2压缩机、CO2预冷器和CO2泵，所述透平排出的气态介质经所述回热器释放部分热量后进入到所述冷却器内降温，所述气态介质中的水蒸气冷凝后通过所述水分离器分离，所述气态介质内的CO2依次经过所述CO2压缩机和所述CO2预冷器后进入到所述CO2泵内，所述CO2泵将CO2输
送至所述回热器。
[0012]可选的，所述CO2泵与所述气化炉管道连接，用于将部分CO2输送至气化炉内。
[0013]可选的，所述提纯系统包括：
[0014]冷却除尘系统，与气化炉连接，用于去除高温粗煤气中的部分粉尘以及降低粗煤气的温度；
[0015]酸气脱除系统，与所述冷却除尘系统连接，用于脱除粗煤气中的 CO2；
[0016]深冷分离系统，与所述酸气脱除系统连接，用于分离粗煤气中的合成气和所述液化天然气。
[0017]可选的，所述发电系统还包括氧气冷却器，液氧经所述回热器升温成氧气后进入到所述氧气冷却器内降温，再进入到所述燃烧器内。
[0018]可选的，经所述深冷分离系统分离的合成气依次通过所述氧气冷却器和所述回热器升温后进入到气化炉内。
[0019]可选的，经酸气脱除系统脱离的CO2经过所述回热器升温后进入到所述燃烧器内。
[0020]可选的，所述第一换热器与所述第二换热器之间管道连接有用于压缩氮气的循环氮压机。
[0021]可选的，所述第一换热器与所述精馏塔管道连接，氮气经所述第一换热器降温后得到的低温氮返回至所述精馏塔内。
[0022]可选的，所述交换耦合系统还包括氩塔和液氩储罐，压缩空气中的氩气经所述精馏塔提取分离后进入到所述氩塔内制成粗氩，再进入到所述液氩储罐内。
[0023]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0024]本申请将液态天然气气化过程释放的冷量与交换耦合系统的能量有效耦合，实现冷量的高效利用，同时，充分利用了煤气化过程中产生的CO2，产生了电力，实现能量优化利用。
附图说明
[0025]图1是本技术一实施方式中煤催化气化系统的示意图；
[0026]图2是本技术一实施方式中带有循环系统的煤催化气化系统中的示意图。
[0027]附图标记：
[0028]1、空气压缩机；2、第二换热器；3、循环氮压机；4、第一换热器；5、液氧储罐；6、液氮储罐；7、液氩储罐；8、氧气冷却器；9、CO2预冷器；10、透平；11、发电机；20、CO2压缩机；30、CO2泵；40、冷却器；50、气化炉；51、冷却除尘系统；52、酸气脱除系统；53、深冷分离系统；60、燃烧器；61、回热器；62、水分离器；70、精馏塔；71、氩塔。
具体实施方式
[0029]为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0030]如图1所示，本申请实施例提供的一种煤催化气化系统包括气化炉50、提纯系统、交换耦合系统和发电系统。
[0031]气化炉50具体为加压流化床气化炉50，用于煤发生气化反应。具体地，炉煤和气化炉50底部通入的以水蒸气、氧气为主的气化剂在催化剂催化作用下发生煤气化反应，得到以CH4、CO、H2、CO2为主的粗煤气。
[0032]提纯系统用于将煤气化产物提纯为液化天然气，提纯系统的液化天然气出口与第一换热器4连接。具体地，提纯系统包括冷却除尘系统51、酸气脱除系统52和深冷分离系统53。
[0033]冷却除尘系统51与气化炉50连接，用于去除高温粗煤气中的部分粉尘以及降低粗煤气的温度，得到较为洁净的粗煤气。该过程中回收一定热量，可以副产一定量蒸汽，同时可将高温粗煤气同气化炉50 入口的气化剂换热，提高气化剂入炉温度。
[0034]酸气脱除系统52与冷却除尘系统51连接，用于脱除粗煤气中的CO2等酸性气体，得到以CH4、CO、H2、为主的煤气。分离出来的温室气体CO2可以作为发电系统的工质，避免直接排放于大气中造成温室气体排放污染。
[0035]深冷分离系统53与酸气脱除系统52连接，用于分离粗煤气中的合成气和液化天然气。具体地，合成气为CO和H2，在-162℃左右下得到处于塔底的液化天然气以及处于塔顶的CO和H2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤催化气化系统，其特征在于，包括：气化炉，用于煤发生气化反应；提纯系统，用于将煤气化产物提纯为液化天然气，所述提纯系统的液化天然气出口与第一换热器连接；交换耦合系统，包括依次管道连接的空气压缩机、第二换热器和精馏塔，压缩空气中的氮气和氧气经所述精馏塔提取分离后分别进入到液氮储罐和液氧储罐内，所述精馏塔、第二换热器和所述第一换热器依次管道连接，所述精馏塔内的部分液氮经过所述第二换热器升温后进入到所述第一换热器内；发电系统，包括回热器、燃烧器、透平和发电机，经所述提纯系统冷却除尘得到的部分粗煤气进入到所述燃烧器内，所述液氧储罐、回热器和所述燃烧器依次管道连接，液氧经过所述回热器升温成氧气后进入到所述燃烧器内，所述燃烧器、透平和所述发电机依次连接，经所述提纯系统脱离出的CO2进入到所述燃烧器内，并跟随所述粗煤气的燃烧产物进入所述透平膨胀做功推动所述发电机工作。2.根据权利要求1所述的煤催化气化系统，其特征在于，还包括循环系统，所述循环系统包括依次连接的冷却器、水分离器、CO2压缩机、CO2预冷器和CO2泵，所述透平排出的气态介质经所述回热器释放部分热量后进入到所述冷却器内降温，所述气态介质中的水蒸气冷凝后通过所述水分离器分离，所述气态介质内的CO2依次经过所述CO2压缩机和所述CO2预冷器后进入到所述CO2泵内，所述CO2泵将CO2输送至所述回热器。3.根据权利要求2所述的煤催化气化系统，其特征在于，所述CO2泵与...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛燕东，李克忠，刘雷，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：