一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法

本发明涉及二氧化碳捕集利用，具体为一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法。

背景技术：

1、近几年我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的战略目标，这为我国应对气候变化和绿色低碳发展明确了方向，二氧化碳的捕集利用与封存技术(ccus)是碳达峰后迈向碳中和目标的重要技术支撑，燃煤电厂排放的二氧化碳经捕集之后与可再生能源制取的氢气合成制取甲醇技术既有利于二氧化碳的资源化利用，又有利于氢能源的存储和运输，但当前的燃煤电厂在碳捕集过程中，需要消耗大量能量，严重削减了电厂效率，同时当前的二氧化碳和氢气制甲醇过程可释放大量能量，如果将制甲醇流程与燃煤机组进行系统集成，将制甲醇过程中的这部分能量进入燃煤电厂热力系统，可以有效为燃煤电厂弥补碳捕集所带的效率损失，同时可以增加由生产的甲醇所带来的经济效益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，包括以下步骤：步骤一，提供工质；步骤二，工质预热；步骤三，甲醇合成；步骤四，两级放热；步骤五，再沸器回水放热；步骤六，甲醇分离；

3、其中在上述步骤一中，将燃煤电厂捕集到的co2与h2混合，得到的混合新鲜气和循环气作为工质送入循环压缩机；

4、其中在上述步骤二中，循环压缩机升压将其内部的工质提供给预热器进行预热；

5、其中在上述步骤三中，预热完成后工质被送入合成塔中进行合成，待反应完毕后放出出塔气；

6、其中在上述步骤四中，合成塔将出塔气再送入预热器中进行一次放热，然后在进入冷却器中进行二次放热；

7、其中在上述步骤五中，二次放热的过程为加热电厂凝结水供热，然后再沸器的回水引入两级加热器之间的管路，形成燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统，以满足化学吸收剂在再生塔中的能耗；

8、其中在上述步骤六中，生成的甲醇进入甲醇分离器中，进行后续的分离处理。

9、优选的，所述步骤三中，合成塔内主要发生的三种可逆化学反应分别如下

10、δh1＝-90.70kj/mol

11、δh2＝-49.51kj/mol

12、δh3＝+41.19kj/mol。

13、优选的，所述步骤四中，二次放热是将冷却器拆分成两极，即两台换热器构成的冷却器，来取代原有的燃煤机组低压加热器。

14、优选的，所述步骤五中，燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的汽-水分布方程展开如下

15、

16、式中qm为两级甲醇冷却器中的单位工质放热量，根据该公式可以算出一体化系统中的各级加热器抽汽份额αi。

17、优选的，所述步骤五中，燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的循环热效率η2如下

18、

19、式中w2为燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统中单位工质的循环做功量，q2为燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统中单位工质的循环吸热量，h0为新蒸汽焓，hc为排汽焓，hfw为锅炉给水焓，qrh1为一次再热焓升，qrh2为二次再热焓升，hj为j级加热器抽汽焓，αp为给水泵汽轮机流量份额，hp为给水泵汽轮机进汽焓。

20、优选的，所述步骤五中，以热力系统的循环热效率为寻优目标，确定燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的汽轮机抽气参数，可以确定燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的优化模型如下

21、

22、式中p0和pc分别为二次再热汽轮机的进汽压力和排汽压力，ptc为捕碳汽轮机的排汽压力，prh1和prh2分别为一次和二次再热热段压力。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明相较于现有的二氧化碳的捕集利用方法，将合成甲醇过程与燃煤电厂进行合理的系统集成设计，采用抽汽式汽轮机为再沸器供能，将捕集到的二氧化碳引入到甲醇制备环节中，制甲醇过程放出的热量与再沸器回水放热共同用以加热电厂凝结水，同时取消燃煤电厂全部低压加热器的布置，实现了能量的梯级利用，且这样的集成方式使燃煤电厂热力系统中的汽轮机低压抽汽系统得到了简化，可以减少电厂成本，同时达到提高燃煤电厂效率的目的。

技术特征：

1.一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，包括以下步骤：步骤一，提供工质；步骤二，工质预热；步骤三，甲醇合成；步骤四，两级放热；步骤五，再沸器回水放热；步骤六，甲醇分离；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，其特征在于：所述步骤三中，合成塔内主要发生的三种可逆化学反应分别如下

3.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，其特征在于：所述步骤四中，二次放热是将冷却器拆分成两极，即两台换热器构成的冷却器，来取代原有的燃煤机组低压加热器。

4.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，其特征在于：所述步骤五中，燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的汽-水分布方程展开如下

5.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，其特征在于：所述步骤五中，燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的循环热效率η2如下

6.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，其特征在于：所述步骤五中，以热力系统的循环热效率为寻优目标，确定燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的汽轮机抽气参数，可以确定燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统的优化模型如下

技术总结
本发明公开了一种燃煤电厂制甲醇系统集成方法，包括以下步骤：步骤一，提供工质；步骤二，工质预热；步骤三，甲醇合成；步骤四，两级放热；步骤五，再沸器回水放热；步骤六，甲醇分离；本发明相较于现有的二氧化碳的捕集利用方法，将合成甲醇过程与燃煤电厂进行合理的系统集成设计，采用抽汽式汽轮机为再沸器供能，将捕集到的二氧化碳引入到甲醇制备环节中，制甲醇过程放出的热量与再沸器回水放热共同用以加热电厂凝结水，同时取消燃煤电厂全部低压加热器的布置，实现了能量的梯级利用，且这样的集成方式使燃煤电厂热力系统中的汽轮机低压抽汽系统得到了简化，可以减少电厂成本，同时达到提高燃煤电厂效率的目的。

技术研发人员：付文锋,窦艳滨,王蓝婧
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14