一种灵活高效二氧化碳发电耦合氨醇联产系统及方法与流程

本发明涉及能源与化工处理，特别涉及一种灵活高效二氧化碳发电耦合氨醇联产系统及方法。

背景技术：

1、面对气候变化、环境风险挑战、能源资源约束等日益严峻的全球问题，构建绿色能源技术创新体系，全面提升能源科技和装备水平，建立健全绿色低碳循环发展经济体系，有助于解决我国资源环境生态问题，也是世界能源发展的主要方向。

2、超临界二氧化碳发电技术是将临界点以上的二氧化碳流体作为流体工质，利用其高能量密度的特性来实现高效率发电的技术，具有系统简化、效率高、体积小、易于实现模块化组装等技术优势，具有良好的应用前景和研究价值。

3、氨是地球上所有食物和肥料的重要成分，也是很多药物和商业清洁用品中直接或间接的组成部分。甲醇是常见的有机化工原料，其应用遍及化工、制药、轻工、纺织及运输等多个领域。现在合成氨和合成甲醇的原料来源主要是石油，而石油资源本身又具有不可再生性，所以随着该类资源的不断减少，积极探寻其他合适的原料，解决能耗问题十分关键，并可以优化生态环境。

4、二氧化碳捕集是碳捕集、利用与封存技术的核心部分，而捕集能耗高是目前的技术瓶颈。将可再生能源电解水制取的绿氢与低温空气分离所得的氮气作为原料合成氨，并通过利用分流的二氧化碳和可再生能源电解水制取的绿氢作为原料合成甲醇，不仅可实现新能源的本地化有效消纳，也是化工绿色转型的重要途径，可显著降低化工行业的碳排放，规模化潜力巨大。

5、目前市面上缺少将二氧化碳发电、氨制备和甲醇制备三者系统耦合的相关设备，因此有必要提供一种灵活高效二氧化碳发电耦合氨醇联产系统及方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

2、一种灵活高效二氧化碳发电耦合氨醇联产系统，包括：

3、空气压缩分离系统，所述空气压缩分离系统包括空气压缩机、空气压缩热存储装置、空气分离装置、氮气储罐和氧气储罐，所述空气压缩机依次与空气压缩热存储装置和空气分离装置连接，所述空气分离装置的出口分别连接氮气储罐和氧气储罐；

4、超临界二氧化碳发电系统，所述超临界二氧化碳发电系统与所述空气压缩分离系统相连接，所述超临界二氧化碳发电系统包括燃烧器、透平膨胀机、发电机、第一回热器、预冷器、水分离装置和循环介质输送通路，所述氧气储罐通过氧气压缩机依次与燃烧器、透平膨胀机、第一回热器、预冷器、水分离装置和循环介质输送通路相连接，所述燃烧器设置有天然气进口，所述循环介质输送通路分别与第一回热器和所述空气压缩热存储装置相连接，所述第一回热器和所述空气压缩热存储装置分别与所述燃烧器相连接，所述透平膨胀机连接有发电机；

5、氨制备系统，所述氨制备系统与所述氮气储罐相连接；

6、甲醇制备系统，所述甲醇制备系统与所述超临界二氧化碳发电系统相连接。

7、进一步的，所述循环介质输送通路包括二氧化碳压缩机和第二三通阀，所述水分离装置通过第一三通阀与所述二氧化碳压缩机相连接，所述二氧化碳压缩机通过第二三通阀分别与第一回热器和所述空气压缩热存储装置相连接，所述第一回热器和所述空气压缩热存储装置分别与所述燃烧器相连接。

8、进一步的，所述水分离装置通过第一三通阀分别与二氧化碳压缩机和甲醇制备系统相连接，所述预冷器分别与甲醇制备系统和第二氢储罐相连接。

9、进一步的，所述甲醇制备系统包括压力调节阀、第五三通阀、氢气压缩机、第六三通阀、第三回热器、甲醇合成装置、甲醇分离装置和第二氢储罐，所述水分离装置与所述第一三通阀相连接，所述第一三通阀依次与压力调节阀、第五三通阀、第三回热器和甲醇合成装置相连接，所述甲醇合成装置的出料口依次与所述第三回热器和所述甲醇分离装置相连接，第二氢储罐依次与预冷器和第六三通阀相连接，所述甲醇分离装置与所述第六三通阀的一个端口相连接，所述第六三通阀的另一端口与氢气压缩机的进口相连接，所述氢气压缩机的出口与所述第五三通阀的一个端口相连接。

10、进一步的，所述第一三通阀与所述压力调节阀之间连接有二氧化碳储罐。

11、进一步的，所述氨制备系统包括第三三通阀、第四三通阀、混合气体压缩机、第二回热器、氨合成装置和氨分离装置，所述第三三通阀与所述第四三通阀相连接，所述第三三通阀的另外两个端口分别与第一氢储罐和氮气储罐相连接，所述第四三通阀的一个端口依次连接有混合气体压缩机、第二回热器和氨合成装置，所述氨合成装置的出气端依次与所述第二回热器和所述氨分离装置相连接，所述氨分离装置与所述第四三通阀的一个端口相连接。

12、一种灵活高效二氧化碳发电耦合氨醇联产系统的联产方法，包括以下步骤：

13、空气压缩分离系统：常温常压空气经空气压缩机压缩后升压升温，随后高压高温的空气流经空气压缩热存储装置存储压缩热降温，高压常温空气进入空气分离装置生成氮气和氧气，氧气存储于氧气储罐中，氮气存储于氮气储罐中；

14、二氧化碳发电：来自氧气储罐的氧气经氧气压缩机压缩至指定压力后进入燃烧器内，与燃烧器内的通入的天然气一起燃烧，燃烧产生的高温气体与通入燃烧器的二氧化碳混合，形成的以二氧化碳为主的高温高压混合气体从燃烧器的出口进入透平膨胀机内配合发电机进行做功发电，透平膨胀机的排气经第一回热器回收热量和预冷器降温及水分离装置分离其中的水分，然后经过第一三通阀分流，分流后二氧化碳经二氧化碳压缩机压缩至指定压力后，通过第二三通阀将压缩后的二氧化碳再次分离，一股二氧化碳流经第一回热器升温进入燃烧器内与氧气和天然气的燃烧产物混合后继续循环，另一股二氧化碳流经空气压缩热存储装置后升温进入燃烧器内与氧气和天然气的燃烧产物混合后继续循环；

15、氨制备：来自氮气储罐的氮气经第三三通阀与氢气混合，氮气、氢气的混合气体经第四三通阀与氨分离装置分离出的气体进一步混合后经混合气体压缩机压缩至指定压力，随后混合气体经第二回热器升温后进入氨合成装置反应生成氨，氨合成装置的出口与第二回热器的高温气体进口连接，混合气体经第二回热器降温后进入氨分离装置分离氨，分离氨后的混合气体随后流入第四三通阀与氢气、氮气混合后继续循环制氨；

16、甲醇制备：经第一三通阀分流后的二氧化碳储存在二氧化碳储罐内，从二氧化碳储罐输出的二氧化碳经过压力调节阀调节压力后，流入第五三通阀与氢气按照一定比例混合；氢气经预冷器升温后与甲醇分离装置分离出的气体进一步混合后经氢气压缩机压缩至指定压力，随后进入第五三通阀与二氧化碳按一定比例混合；混合后的气体经第三回热器升温后进入甲醇合成装置反应生成甲醇，甲醇合成装置的出口与第三回热器的高温气体进口连接，混合气体经第三回热器降温后进入甲醇分离装置分离甲醇，分离甲醇后的混合气体随后流入第六三通阀与氢气混合后继续循环。

17、本发明的有益效果在于：

18、本发明提供的一种灵活高效二氧化碳发电耦合氨醇联产系统及方法，采用天然气为燃料，并通过富氧的燃烧方式，实现二氧化碳全捕集，以高能量密度的二氧化碳为工质在透平膨胀机中做功发电，提高热功转换效率，并且当工质处于超临界状态时，由于避免了工质相态的改变，减少了压缩功的消耗。

19、通过将富氧燃烧所需的空气分离装置分离出的氮气作为氨制备系统的氮气来源，不仅可实现分离氮气的本地化有效消纳，还能实现氨合成化工绿色生产。

20、通过将超临界二氧化碳发电系统收集的二氧化碳分流至甲醇制备系统，不仅解决了二氧化碳捕集能耗高的难题，同时实现二氧化碳的本地化有效利用，以及实现甲醇合成化工绿色生产。

21、通过合理的运行调控，可以实现发电、合成氨和合成甲醇的单模块及模块间的耦合运行和整个联产系统的同时运行，实现整个联产系统的净零排放及高经济性运行。