的分级气化适度循环型化工-动力多联产系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于能源动力与煤化工领域，涉及煤炭的高效、清洁利用，尤其涉及一种基 于煤炭碳氢组分分级气化的捕集co2的化工未反应气适度循环型化工-动力多联产系统。
【背景技术】
[0002] 化工生产和动力系统的0)2捕集是当今煤炭清洁利用的重要命题。在传统化工中， co2捕集往往与合成气成分调整相结合，是作为满足化工合成要求而被脱除的副产品。为达 到传统化工单产对产品高转化率的要求，必须通过水煤气变换反应将气化后得到的合成气 中的H2/C0调整到当量摩尔比，S卩：合成气中的一部分C0与水蒸气反应得到0)2和H2，并脱 除co2后得到h2/co当量摩尔比的合成反应新气。由于〇)2的脱除服务于化工生产，水煤气 变换程度或者〇) 2分离前浓度受限于化工产品对合成气当量摩尔比的要求，C0 2分离前浓度 仅约20% -30%，分离能耗较高。
[0003] 而在传统的动力系统中，C02捕集大体分为燃烧前、燃烧后、富氧燃烧三种技术。燃 烧后捕集技术在燃烧后的尾气中脱除〇) 2,0)2被1所稀释，浓度只有10% -15%，且分离量 大，C02分离能耗高。燃烧前捕集技术通过水煤气变换单元将合成气中的C0转化为0)2，再 将C02脱除，C0 2分离前浓度相较燃烧后技术有所提升，但幅度有限，约30% -35%，C0 2分离 功仍然较高，而且IGCC燃烧前捕集往往需要配备气化所用的空分装置。富氧燃烧技术虽然 C02分离前浓度高（可达85%以上），分离能耗低，但也需要高纯度氧气为助燃剂，空分能耗 尚。
[0004] 综上所述，传统化工或动力系统中的co2捕集要么存在〇)2分离前浓度低，co2分离 能耗较大的缺陷，要么需要空分装置，空分能耗大，如何实现低能耗的〇) 2捕集是煤化工和 动力系统中亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在公开一种捕集C02的化工-动力多联产系统，以克服传统化工和动力 生产系统中〇)2分离前浓度不高、分离能耗较大、且化工单产和IGCC需要单独空分装置提 供氧气等弊端，根据联产系统中C0x(C0和co2)组分的迀移规律，通过化工合成反应既实现 了化工产品的高效生产，又实现了 〇)2的富集；采用化工未反应气适度循环，避免了传统化 工合成采用未反应气完全循环而带来的能耗急剧上升，同时实现了电力的高效联产，而且 通过适度循环，富集了未反应气中COx浓度。
[0006] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0007] 一种捕集co2的化工-动力多联产系统，包括气化岛、化工岛、动力岛和C02捕集压 缩单元，所述气化岛主要包括焦炭制备单元、焦炭气化单元、供热单元，气化煤首先在焦炭 制备单元中进行焦炭制备和焦炉煤气生产工艺，得到粗焦炭、富氢焦炉煤气、焦油等产品； 其次在焦炭气化单元中进行焦炭气化制备C0过程，将焦炭制备过程所得的高温粗焦炭与 C02反应生产富CO煤气；焦炭制备和焦炭气化过程所需热量由供热单元提供；其特征在于，
[0008] 所述化工岛主要包括水煤气变换和0)2分离单元、化工合成单元及余热回收单元， 其中：
[0009] -所述余热回收单元包括废热锅炉I和废热锅炉II，焦炭制备单元制备的富氢焦 炉煤气和焦炭气化单元制备的富C0煤气分别经废热锅炉I和废热锅炉II回收热量后产生 的高温蒸汽通入动力岛中的联合循环单元发电；
[0010] --上述气化岛中焦炭气化单元气化产生的富C0煤气经废热锅炉I回收热量后分 为两部分，一部分通入水煤气变换和〇)2分离单元，与水蒸气发生反应生成co2和氢气，经分 离后得到C02和纯净的H2，分离出的co2返回所述焦炭气化单元与高温粗焦炭继续反应；另 一部分富C0煤气与水煤气变换和C02分离单元得到的H2、以及焦炭制焦单元得到的富氢焦 炉煤气混合得到具备宽泛H2/co比的化工合成反应新气，水煤气变换和〇)2分离单元产生的 高温蒸汽通入动力岛中的联合循环单元发电；
[0011] --所述化工合成反应新气通入化工合成单元，化工合成单元产生的粗产品通入下 游的精制提纯单元，得到提纯后的化工产品及未反应气，该未反应气一部分循环进入化工 合成单元，另一部分通入下游的〇) 2捕集压缩单元；
[0012] 所述(302捕集压缩单元包括水煤气变换单元、C02分离单元和(：02压缩单元，上述化 工岛中产生的另一部分未反应气经所述水煤气变换单元和co2分离单元脱除〇)2后得到的 富氢燃气通入动力岛中的联合循环单元发电；co2分离单元中分离出的C0 2通入C0 2压缩单 J1_1〇
[0013] 优选地，气化岛采用煤炭碳氢组分分级气化方法，得到富氢焦炉煤气、H2、和富碳 气化煤气三种气体产品。
[0014] 优选地，化工岛采用未反应气适度循环，从化工合成单元出来的未反应气一部分 循环返回化工合成单元入口，调整化工产品产量，另一部分经过〇) 2捕集压缩单元中的水煤 气变换单元和co2分离单元后得到富氢燃气，并送入联合循环发电。
[0015] 优选地，C02分离单元置于化工合成单元的下游，从化工未反应气中脱除C0 2。
[0016] 优选地，所述系统为无调整适度循环型联产系统，水煤气变换和co2分离单元中分 离出仅满足焦炭气化单元所需的C02，水煤气变换单元的C0变换比例可调。
[0017] 优选地，所述化工合成单元的化工合成工艺包含多种化工合成工艺，包含甲烷、氢 气、甲醇、二甲醚、合成油等多种化工合成工艺。每种化工产品的合成包含多种生产工艺，而 不仅限于某种工艺。输出的产品为多种化工产品和替代燃料，包括但不限于甲烷、氢气、甲 醇、二甲醚、合成油等。
[0018] 优选地，C02分离囊括各种C0 2分离方法，包括但不仅限于Selexol、PSA、MEA等方 法。
[0019] 本发明的捕集co2的化工-动力多联产系统的集成特征在于：
[0020] (1)与传统化工将C02分离单元置于化工合成单元前不同，本发明根据联产系统中 COx(C0和C02)组分的迀移规律，取消了合成气成分调整并将C02分离单元置于化工合成单 元之后，通过化工合成反应既实现了化工产品的高效生产，又实现了 〇)2的富集。
[0021] (2)不同于传统化工采用大流量化工未反应气循环，本发明采用化工未反应气适 度循环，将化工合成单元的一部分未反应气通入联合循环发电，避免了传统化工合成采用 未反应气完全循环而带来的能耗急剧上升，同时实现了电力的高效联产；而且，通过适度循 环，富集了未反应气中COx浓度。
[0022] (3)与传统煤化工和IGCC系统采用纯氧为气化剂不同，气化岛基于煤炭碳氢组分 分级气化，将煤炭气化分为焦炭制备、焦炭_C02气化、C0变换产氢三个步骤，以化工岛产生 的〇)2为气化岛气化剂，实现了化工岛和气化岛之间的组分有效利用。该气化方法不需要 设置单独的空分装置，省去了空分投资及能耗。
[0023] (4)从气化岛得到的富氢焦炉煤气、富C0气化煤气、氢气按一定比例混合后，得到 合适H2/C0比的合成反应新气，满足替代燃料/化工产品生产的要求，实现了有效成分的 "组分对口 "梯级利用；
[0024] (5)以蒸汽回收气化岛和化工岛的煤气显热和化学反应放热，并用于联合循环发 电单元，实现气化岛、化工岛、动力岛能量利用高度集成。
[0025] 本发明的捕集C02的化工-动力多联产系统，焦炭制备单元使用煤炭外燃的粗炼 焦工艺，使用的燃料分为气化煤和供热煤。气化煤可以使用所有的烟煤和褐煤，供热煤可以 使用所有煤种及其他低品位燃料。
[0026] 所述的发明中，原料分为气化煤和供热煤及其他燃料，气化煤用于产生合成气，供 热煤及其他燃料用于提供焦炭制备单元和焦炭气化单元吸热所需反应热量。
[0027] 所述的发明中，焦炭气化单元所需二氧化碳由水煤气变换和0)2分离单元得到。
[0028] 所述的发明中，焦炭制备单元也可以为冶金行业的加热炉、均热炉或煅烧炉。
[0029] 本发明与传统化工或者IGCC系统捕集0)2的区别为：⑴取消合成气成分调整，将C02分离单元后置，通过化工未反应气适度循环，实现化工未反应气中COx气体的富集，同时 实现化工产品的生产。本发明中〇)2分离前浓度可达50%以上，相较IGCC燃烧前捕集C02 分离前浓度大幅提高，C02分离能耗大幅降低。（2)本发明还基于碳氢组分分级气化方法， 以化工岛排放的C02用于气化岛的焦炭_C02气化，代替传统氧气气化，节省了空分电耗和投 资。
[0030] 本发明与一种煤炭碳氢组分分级气化的化工-动力多联产系统的区别在于本发 明在其基础上发现了联产系统中含碳组分COx的迀移富集规律，并在全流程COx浓度最大 处实施co2捕集，减小了C0 2捕集能耗。
【附图说明】
[0031] 图1本发明的捕集co2的分级气化适度循环型化工-动力多联产系统的原理示意 图。
[0032] 图2为本发明的捕集C02的分级气化无调整适度循环型化工-动力多联产系统典 型工艺流程示意图。
[0033] 图3为本发明的捕集C02的全调整分级气化适度循环型化工-动力多联产系统典 型工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0034] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。
[0035] 图1示出了本发明的捕集C02的分级气化适度循环型化工_动力多联产系统的工 作原理，供热煤在供热单元燃烧为气化单元提供热量，气化煤在气化单元中与下游的水煤 气变换和〇) 2分离单元得到的0)2反应得到富氢煤气及富碳煤气，富碳煤气一部分在第一水 煤气变换和〇) 2分离单元中反应制备并分离为0)2和H2，另一部分富碳煤气与气化单元中产 生的富氢煤气、第一水煤气变换和C02分离单元中分离出的H2混合后形成合适比例的H2/C0 的合成反应新气，并通入化工合成单元生产得到粗产品。粗产品经精制或提纯单元得到化 工产品以及未反应气，精制或提纯单元得到的未反应气一部分循环通入化工合成单元，另 一部分通入下游的第二水煤气变换和〇) 2分离单元，得到并分离为富氢燃气和纯净C0 2,纯 净0)2经C0 2压缩单元压缩后待运输，富氢燃气通入联合循环单元发电。
[0036]图2为本发明的捕集C02的分级气化无调整适度循环型化工-动力多联产系统典 型工艺流程示意图。如图2所示，首先，气化煤12经过焦炭制备单元3得到富氢焦炉煤气 13与焦炭15,焦炭15与C0218在焦炭气化单元4中反应，制得富C0气化煤气16。焦炭制 备单元3和焦炭气化单元4所需要的热量由供热单元即供热煤燃烧器2的供热煤28燃烧