所排放的高温烟气27分别通过传热室5、6提供。空气24在预热器1中与从传热室5、6排 出的燃烧烟气进行热交换，形成高温空气26,再通入供热煤燃烧单元2中与供热煤28反应 生产高温烟气，预热器1的排烟25则排入大气或进一步热利用。
[0037] 富C0气化煤气16经废热锅炉1130回收显热后分为两股，一股进入水煤气变换和 〇)2分离单元7,与水蒸气17发生反应，并经过C0 2分离后，形成C0 2气体18以及氢气19。 氢气19、富氢焦炉煤气13和另一股富C0气化煤气16混合后形成合适比例的H2/C0的合成 反应新气20,并通入化工合成单元9生产得到粗产品21。从水煤气变换和0)2分离单元7 得到的C02气体18经压缩机8后通入焦炭气化单元4。
[0038] 粗产品21经分流/分离单元10得到的循环气22通入化工合成单元9,另一部分 通入提纯或精制单元11得到化工产品23以及未反应气；未反应气通入水煤气变换单元37 中将C0转化为0)2和H20，使C02进一步富集；富集后的气体通入C0 2分离单元38得到纯净 C02气体以及富氢燃气；纯净C0 2经压缩机39压缩后待运输，富氢燃气通入联合循环单元34 发电。
[0039] 从化工合成单元9回收的蒸汽33,废热锅炉129、废热锅炉1130回收的蒸汽31、 32，联合循环单元34中发电，所得的部分电力36用以驱动C02压缩机8。
[0040] 其中，焦炭制备单元3的反应温度为600~1100°C，焦炭气化单元4的反应温度 为800~1100°C，主要产品为C0,变换产氢过程中变换反应发生的温度约在200~500°C。 〇)2分离方法，包括36161〇1、？54、]\^4等。
[0041] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0042] 比较实施例：
[0043] 图3为本发明的基于煤炭碳氢组分分级气化的化工未反应气适度循环型化工-动 力多联产系统的典型工艺流程。该工艺流程用于生产替代燃料天然气和电力。气化煤经过 焦炭制备单元得到焦炉煤气与焦炭，焦炭与co2反应制得富C0气化煤气。焦炭制备单元和 焦炭气化单元所需要的热量由供热单元的燃料煤燃烧提供。焦炉煤气经热回收和冷却后进 入脱硫单元除去硫分，并被压缩至约23bar。富C0气化煤气经热回收后进入水煤气变换单 元。在变换单元中气化煤气中的C0和水蒸气发生反应，生成0)2和H2，变换反应后的气体经 热回收并冷凝后进入脱碳单元。在脱碳单元中，被脱除的〇)2-部分用于焦炭的气化，剩余 部分排空（无调整适度循环型联产系统没有排空的C02)。富C0气化煤气、脱碳后的富4合 成气与净化后的焦炉煤气混合，得到H2/CO约为3. 0的反应新气，反应新气经预热至300°C 后，进入甲烷化合成单元制得天然气产品。为控制甲烷化反应器温度（甲烷化反应器温度 应不超过700°C，以保证催化剂活性以及防止严重积碳），从第一级反应器出来的未反应气 气体，一部分经压缩后循环进入第一级反应器，另一部分进入甲烷提纯单元。进入甲烷提纯 单元的未反应气经SELEXOL和PSA两级分离后，得到高纯度甲烷气体，以及含有C0和氏的 未反应气体。含有C0和H2的未反应气体随后通入水煤气变换单元，将C0全部转化为C0 2 和H2，再通过C02分离单元将C02捕集后压缩，最后得到高纯度H2并通入联合循环单元发电。 高温焦炉煤气热回收、甲烷化单元热回收制得的高温蒸汽通入汽轮机单元发电。
[0044] 其中，燃烧单元1的操作条件为：炉内压力取微正压，烟气出炉温度为1400~ 1700°C，根据换热周期适度的调整。燃烧排烟温度140°C。制焦单元和焦炭气化单元的温 度为l〇〇〇°C，焦炭气化单元的碳转化率为0. 99,碳化过程和一氧化碳生产单元过程的换热 损失均约为14%。水煤气变换单元的操作温度为250°C，甲烷化单元为绝热反应器，考虑 到催化剂特性，甲烷化反应器的温度控制在700°C。联合循环单元燃气轮机压比为18. 0， 透平初温为1300°C，余热锅炉采用三压再热技术，分别为120bar/535°C，30bar/535°C， 30bar/290°C。联合循环排烟温度为95. 4°C，压力为微正压1. 03bar。煤气热回收单元、化工 合成单元的蒸汽热回收参数设置为120bar/30bar/8bar，温度为535°C/430°C/290°C。采 用10级级间冷却工艺将C02压缩至lOObar。
[0045] 基于煤炭碳氢组分分级气化的带0)2捕集的适度循环型联合系统的典型实施例的 性能如表1和表2所示。相对分产系统，带C02捕集的全调整适度循环型联产系统在同样 产品输出的情况下，相对节能率为16. 4%，折合SNG生产效率达65. 9%，具有良好的节能效 果。而带〇)2捕集的无调整适度循环型联产系统因取消了部分水煤气变换单元，节省了蒸 汽消耗，且〇) 2分离前浓度更高（全调整适度循环型联产系统C0 2分离前浓度仅为35 %，而 无调整适度循环型联产系统〇)2分离前浓度可达50%以上），分离功更低，因而相对节能率 可达19. 4%，折合SNG生产效率达71. 7%，如表2所示。
[0046] 表1带C02捕集的无调整适度循环型联合系统性能
[0048] *相对节能率=(分产系统总输入-联产系统总输入）/分产系统总输入；参比系 统为带C02捕集的SNG单产系统及带C02捕集的IGCC系统
[0049] **折合SNG生产效率=(联产系统SNG输出V(联产系统煤输入-联产系统电力 输出/带C02捕集的IGCC分产效率）
[0050]表2带C02捕集的全调整适度循环型联合系统性能
[0052] *参比系统为带C02捕集的SNG单产系统及无C02捕集的IGCC系统
[0053] 本发明公开的捕集C02的化工-动力多联产系统，取消了合成气成分调整过程并 将C02分离单元置于化工合成单元之后，采用化工未反应气适度循环手段，通过化工合成反 应实现了C02浓度的富集，降低了C02分离功，从而使联产系统的节能率提升约3-4个百分 点。
[0054] 如上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1. 一种捕集CO 2的化工-动力多联产系统，包括气化岛、化工岛、动力岛和CO 2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CO过程，将焦炭制备过程所得的高温粗焦炭与CO 2 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， 所述化工岛主要包括水煤气变换和(1)2分离单元、化工合成单元及余热回收单元，其 中： --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CO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； --上述气化岛中焦炭气化单元气化产生的富CO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002分离单元，与水蒸气发生反应生成CO2和氢气，经分离后 得到CO 2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CO煤气与水煤气变换和CO 2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/C0比的化工合成反应新气，水煤气变换和CO 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； --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； 所述(302捕集压缩单元包括水煤气变换单元、CO2分离单元和CO 2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；CO 2分离单元中分离出的CO 2通入CO 2压缩单元。2. 按照权利要求1所述的联产系统，其特征在于：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。3. 按照权利要求1所述的联产系统，其特征在于：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CO 2分离单元后得到富氢燃气，并送入联 合循环发电。4. 按照权利要求1所述的联产系统，其特征在于：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CO 2。5. 按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：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CO 2，水煤气变换单 元的CO变换比例可调。6. 按照权利要求1所述的系统，其特征在于：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。7. 按照权利要求1所述的系统，其特征在于：C02分离囊括各种0)2分离方法，包括但不 仅限于Selexol、PSA、MEA等方法。
【专利摘要】本发明公开了一种捕集CO2的分级气化适度循环型化工-动力多联产系统，根据联产系统中COx组分的迁移规律，取消了合成气成分调整并将CO2分离单元置于化工合成单元之后，采用化工未反应气适度循环的手段，既实现了化工产品的高效生产，又实现了CO2的富集。同时，本发明以化工岛排放的CO2用于气化岛的焦炭-CO2气化，取代传统化工/IGCC电站的氧气气化技术，节省了空分电耗和投资。相较于合成气成分全调整并将CO2分离置于化工合成前的系统，本发明中CO2分离前浓度从35％提高到50％以上，大幅降低了CO2分离功。与传统分产系统相比，本发明公开的联产系统相对节能率高达19％-21％，折合化工产品生产效率高达70％-72％。
【IPC分类】C01B31/20, C10J3/72, C01B3/12, C10J3/00, C10J3/82
【公开号】CN104962316
【申请号】CN201510373254
【发明人】金红光, 李胜, 张筱松, 高林
【申请人】中国科学院工程热物理研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月30日