一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开的一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统及其工作方法，属于煤化工技术领域。包括水煤浆制备单元、空分单元、储氧单元、煤气化单元、水煤气变换单元、低温甲醇洗单元、配气单元、甲醇合成单元、甲醇精馏单元、余热发电及蒸汽回收单元、配电单元、供水单元、电解制氢单元和储氢单元。本发明专利技术能够实现甲醇产量的提高与CO2排放的降低，实现煤炭资源的充分利用与能量的高效利用；同时能够动态地调节电解制氢与水煤气变换单元的负荷，使之与可再生电能供应量相匹配，实现可再生电能的消纳与甲醇产量的增加。甲醇产量的增加。甲醇产量的增加。

【技术实现步骤摘要】
一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于煤化工
，具体涉及一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着全球经济的不断发展，源于人类活动的CO2排放量逐年上升，截至2020年，全球大气CO2平均浓度已达412ppm，由CO2等温室气体引起的全球气候变化给人类的持续发展带来了重大挑战。为应对全球气候变化带来的影响，各国签署了《京都议定书》和《巴黎协定》等多个应对全球气候变化的协议，旨在逐步减少温室气体排放，将本世纪全球平均气温升高控制在2℃以内。
[0003]甲醇是重要的基础化工产品，因甲醇合成主要依靠煤制甲醇技术，单位产品CO2排放量为3.4～5.4吨CO2/吨甲醇，因此每年煤制甲醇行业CO2排放量超2亿吨，是主要的工业碳排放源之一，也是具有巨大减排潜力的行业之一。传统煤制甲醇装置在煤气化过程后产生的CO与H2比例较高，不适于直接进行甲醇合成，因此需要通过水煤气变换，使CO与H2O发生产应生成氢气与CO2以提高H2的比例，在此过程中需要消耗部分能量并消耗大量原本可用于甲醇合成的CO，因此造成能耗高与原料利用率低的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统及其工作方法，能够实现甲醇产量的提高与CO2排放的降低，实现煤炭资源的充分利用与能量的高效利用；同时能够动态地调节电解制氢与水煤气变换单元的负荷，使之与可再生电能供应量相匹配，实现可再生电能的消纳与甲醇产量的增加。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术公开了一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统，包括水煤浆制备单元、空分单元、储氧单元、煤气化单元、水煤气变换单元、低温甲醇洗单元、配气单元、甲醇合成单元、甲醇精馏单元、余热发电及蒸汽回收单元、配电单元、供水单元、电解制氢单元和储氢单元；
[0007]水煤浆制备单元的出口与煤气化单元的原料入口连接，空分单元的氧气出口与储氧单元的入口连接，储氧单元的氧气出口与煤气化单元的氧气入口连接，煤气化单元的出口分别与水煤气变换单元和低温甲醇洗单元的入口连接，水煤气变换单元的出口与低温甲醇洗单元的入口连接，低温甲醇洗单元的煤气出口与配气单元的煤气入口连接，配气单元的出口与甲醇合成单元的入口连接，甲醇合成单元的出口与甲醇精馏单元的入口连接，煤气化单元、低温甲醇洗单元和甲醇合成单元分别通过余热管路与余热发电及蒸汽回收单元连接，余热发电及蒸汽回收单元通过输电线路与配电单元连接，余热发电及蒸汽回收单元的冷凝水出口与供水单元的入口连接，配电单元通过电源接口与电网连接，并且通过输电线路与电解制氢单元连接，供水单元的出口与电解制氢单元的纯水入口连接，电解制氢单
元的氧气出口与储氧单元的入口连接，电解制氢单元的氢气出口与储氢单元的入口连接，储氢单元的氢气出口与配气单元的氢气入口连接。
[0008]优选地，煤气化单元的出口连接有三通控制阀，三通控制阀的第一出口和第二出口分别与水煤气变换单元和低温甲醇洗单元的入口连接。
[0009]优选地，储氧单元与煤气化单元之间的管路上设有氧气控制阀，水煤浆制备单元与煤气化单元之间的管路上设有水煤浆控制阀。
[0010]优选地，储氢单元与配气单元之间的管路上设有氢气控制阀，低温甲醇洗单元与配气单元之间的管路上设有煤气控制阀。
[0011]优选地，供水单元的出口连接有三通控制阀，三通控制阀的第一出口与电解制氢单元的纯水入口连接，第二出口与余热发电及蒸汽回收单元的水入口连接。
[0012]优选地，配气单元包括混气装置和储气装置，混气装置的氢气入口与储氢单元的氢气出口连接，混气装置的煤气入口与低温甲醇洗单元的煤气出口连接，混气装置的出口与储气装置的入口连接，储气装置的出口与甲醇合成单元的入口连接。
[0013]优选地，配电单元包括储能装置，储能装置分别与余热发电及蒸汽回收单元和电解制氢单元连接。
[0014]优选地，储氧单元和储氢单元均设有温度监测装置、压力监测装置和安全阀。
[0015]本专利技术公开的上述动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统的工作方法，包括：
[0016]水煤浆制备单元制得的水煤浆通入煤气化单元，空分单元分离出的氧气通入储氧单元进行储存与缓冲，进入煤气化单元提供煤气化所需氧气；煤气化单元产生的粗煤气进入水煤气变换单元进行水煤气变换，调整CO与H2的比例，变换后的气体通入低温甲醇洗单元去除煤气或变换气中的酸性气体与杂质，净化后的气体通入配气单元调整合成气比例，调整后的合成气通入甲醇合成单元进行甲醇合成，合成出的粗甲醇通入甲醇精馏单元进行精馏纯化，最终得到合格的甲醇产品；煤气化单元、水煤气变换单元和甲醇合成单元在工作时释放的热量，热量产生过热蒸汽通入余热发电及蒸汽回收单元进行发电，电能通过输电线路至配电单元送入电解制氢单元使用，不足的电能由电网补充；冷凝后的脱盐水通入供水单元送入电解制氢单元，电解制氢单元电解纯水得到氢气和氧气，氧气通入储氧单元供煤气化单元使用，氢气通入储氢单元，储氢单元中的氢气通入配气单元供甲醇合成使用。
[0017]优选地，水煤气变换单元的负荷可在0～100％之间调整；当水煤气变换单元负荷最低时，煤气化单元产生的粗煤气全部进入低温甲醇洗单元；当水煤气变换单元负荷最高时，煤气化单元产生的粗煤气全部进入水煤气变换单元，电解制氢单元切出系统；水煤气变换单元在最低负荷下系统的甲醇产量为最高负荷下系统的甲醇产量的2倍。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019]本专利技术公开的一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统，在原有煤制甲醇装置基础上增加余热发电及蒸汽回收单元、配电单元、供水单元和电解制氢单元，甲醇利用现有合成装置进行合成与提纯，可大幅减少设备投资，同时电解制氢单元产生的氧气可用于煤气化单元运行，降低了空分单元的负荷，节约了能源，降低了运行成本。系统通过减少粗煤气的水煤气变换，降低CO消耗，同时以电解制氢来补充甲醇合成所需的氢元素以实现煤炭原料利用率与能量利用率的提高。因风电、光伏、水电等能源具有波动性的特征，系统能够动态地调节电解制氢与水煤气变换单元的负荷，使之与可再生电能供应量相匹配，实现
可再生电能的消纳与甲醇产量的增加。同时，对于煤气化单元、水煤气变换单元和甲醇合成单元在工作时释放的热量进行了充分利用，所产生电能和水用于供给电解制氢，节约了电能和水资源。
[0020]进一步地，煤气化单元的出口连接有三通控制阀，三通控制阀的第一出口和第二出口分别与水煤气变换单元和低温甲醇洗单元的入口连接，能够对水煤气变换单元的负荷进行灵活调整，根据需要调节甲醇的产量。
[0021]进一步地，储氧单元与煤气化单元之间的管路上设有氧气控制阀，水煤浆制备单元与煤气化单元之间的管路上设有水煤浆控制阀，能够调节进入煤气化单元的氧气和水煤浆的量，控制煤气化单元的反应进度。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统，其特征在于，包括水煤浆制备单元(1)、空分单元(2)、储氧单元(3)、煤气化单元(4)、水煤气变换单元(5)、低温甲醇洗单元(6)、配气单元(7)、甲醇合成单元(8)、甲醇精馏单元(9)、余热发电及蒸汽回收单元(10)、配电单元(11)、供水单元(12)、电解制氢单元(13)和储氢单元(14)；水煤浆制备单元(1)的出口与煤气化单元(4)的原料入口连接，空分单元(2)的氧气出口与储氧单元(3)的入口连接，储氧单元(3)的氧气出口与煤气化单元(4)的氧气入口连接，煤气化单元(4)的出口分别与水煤气变换单元(5)和低温甲醇洗单元(6)的入口连接，水煤气变换单元(5)的出口与低温甲醇洗单元(6)的入口连接，低温甲醇洗单元(6)的煤气出口与配气单元(7)的煤气入口连接，配气单元(7)的出口与甲醇合成单元(8)的入口连接，甲醇合成单元(8)的出口与甲醇精馏单元(9)的入口连接，煤气化单元(4)、低温甲醇洗单元(6)和甲醇合成单元(8)分别通过余热管路与余热发电及蒸汽回收单元(10)连接，余热发电及蒸汽回收单元(10)通过输电线路与配电单元(11)连接，余热发电及蒸汽回收单元(10)的冷凝水出口与供水单元(12)的入口连接，配电单元(11)通过电源接口与电网连接，并且通过输电线路与电解制氢单元(13)连接，供水单元(12)的出口与电解制氢单元(13)的纯水入口连接，电解制氢单元(13)的氧气出口与储氧单元(3)的入口连接，电解制氢单元(13)的氢气出口与储氢单元(14)的入口连接，储氢单元(14)的氢气出口与配气单元(7)的氢气入口连接。2.根据权利要求1所述的动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统，其特征在于，煤气化单元(4)的出口连接有三通控制阀，三通控制阀的第一出口和第二出口分别与水煤气变换单元(5)和低温甲醇洗单元(6)的入口连接。3.根据权利要求1所述的动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统，其特征在于，储氧单元(3)与煤气化单元(4)之间的管路上设有氧气控制阀，水煤浆制备单元(1)与煤气化单元(4)之间的管路上设有水煤浆控制阀。4.根据权利要求1所述的动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统，其特征在于，储氢单元(14)与配气单元(7)之间的管路上设有氢气控制阀，低温甲醇洗单元(6)与配气单元(7)之间的管路上设有煤气控制阀。5.根据权利要求1所述的动态调节电解制氢与煤制甲醇耦合的系统，其特征在于，供水单元(12)的出口连接有三通控制阀，三通控制阀的第一出口与电解制氢单元(13)的纯水入口连接，第二出...

【专利技术属性】
技术研发人员：温彦博，李旭，徐庆，刘蓉，上官科峰，李宣东，李慧，郭强，吕洋，黄琦，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：