CN101892081B - 煤基能源化工多联产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤基能源化工多联产工艺，本发明以煤为原料，通过煤的气化获取粗煤气，同时根据多联产项目的工艺需要，将各项目合理配置，使其形成上下游的优化组合、有机的耦合集成。本发明是关于煤、化、电、冶、热等产业的有机耦合和优化配置以及粗煤气中有效组分的合理、综合利用，以达到资源节约、能耗降低和产品成本下降的目的。本发明本着物质及能量守恒的基本原理，利用当代的工艺、工程及控制科学，使得能源及资源得到高效的充分利用，同时又使工厂在相互调节上更加灵活方便，为工厂的稳定运行打下良好的技术基础。

Description

煤基能源化工多联产工艺
技术领域
本发明涉及一种高效利用物质及能量的煤基能源化工工艺的优化整合与集成，具体的说是涉及一种煤基能源化工产业的串联技术与工程的特色应用，形成化、电、冶、热等多种产品联产的新工艺。
背景技术
我国能源是以煤为基础的化石能源结构，在未来几十年中也不可能发生根本改变。采用“多联产”新型煤基能源化工技术来减少投资、降低产品成本和促进节能减排是发展新一代煤化工的唯一途径。现有示范的多联产一般采用一个气化岛后并联多个产品的工艺，只是IGCC及化工产品简单的加和，除部分公用工程外，相互联系并不紧密，更做不到互有关联的有机结合，因没有从系统工程上去优化集成，从而达不到真正意义上的节能、减排、灵活调峰、优化调配发挥装置产能最大效益的多联产目的。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种煤基能源化工多联产工艺，该煤基能源化工多联产工艺是将化、电、冶、热等有机的结合起来，通过工艺、工程、控制等若干单元及系统的衔接和优化处理过程实现，是不同学科及不同产业之间的集成耦合，解决了化、冶、电、热合理匹配及灵活调峰等关键技术问题，达到节能、降耗、减排的目的。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种煤基能源化工多联产工艺，将原料煤制成粗煤气，再将粗煤气经过处理制得合格的合成气，所述合成气用于合成化学品、气体燃料及液体燃料中的至少一种；
合格的合成气制得化学品、气体燃料及液体燃料中的至少一种后的剩余气体经膨胀透平回收能量后，得到降压气体(气体的压强下降至2～3MPa)，此降压气体的一部分输送至燃气轮机的燃烧室作燃料，推动燃气轮机发电，燃气轮机排出的高温烟气输送至余热锅炉并与余热锅炉中的水汽进行热交换，高温烟气得到降温，余热锅炉产生过热蒸汽，余热锅炉产生的过热蒸汽输送至蒸汽轮机并驱动蒸汽轮机发电且供热，实现热能梯级利用；此降压气体的另一部分再经过膨胀透平进一步降压回收能量，回收能量后后的气体作为还原剂(压强约为0.5～1.0MPa)用于还原炼铁或还原炼制其它有色金属。
本发明的进一步技术方案是：
所述将原料煤制成粗煤气所采用的方法是：原料煤经一系列预处理，获得能满足气化工艺要求的合格原料，然后与气化剂(包括氧气、富氧空气、空气、水蒸汽等)一起进入气化炉，并在压强0～10MPa和温度900～1400℃的条件下进行气化反应，产生粗煤气(含CO、H2、CO2、H2O及H2S、COS等组份)。
将所述的粗煤气制成合格的合成气所采用的方法是：粗煤气经洗涤除尘后，该粗煤气进入变换装置进行变换后送入脱硫脱碳净化工序；也可根据不同产品工艺所需的氢碳比(H/C)不同，部分进入变换装置进行变换，另外部分不变换，然后两者混合送入脱硫脱碳净化工序；还可以使粗煤气不经过变换直接送入脱硫脱碳净化工序。脱硫脱碳后的气体再进行脱羰等净化工序后制得合格的合成气。合格的合成气便可送入合成工序去合成化学品或气、液体燃料产品。为了既用于生产化学品或气、液体燃料产品又进行发电，应采用低氢碳比(H/C)的合成气，因而应当尽可能的降低粗煤气中CO的变换率，以减少CO变换消耗和粗煤气的热值损失，为了适应低氢碳比(H/C)的合成气用于合成工艺，可根据需要配以新型的合成反应器或催化剂。
所述还原炼铁和还原炼制有色金属是将所述作为还原剂的气体输送至竖炉或其它相应装置并与精铁矿石或有色金属矿进行还原反应，制得高纯度的海绵铁或海绵状有色金属。
还原炼铁和有色金属还原炼制过程中竖炉或其它相应装置排出的尾气经过加压、脱硫脱碳后循环使用。
在制成粗煤气过程中气化炉所副产的蒸汽(压强为4～10MPa)驱动蒸汽轮机发电；合成化学品或气、液体燃料过程中副产的蒸汽(压强为1～4MPa)驱动空气压缩机和民用或工业用所需的低压蒸汽。
合成的化学品或气、液体燃料，经冷凝分离所得的气体分成三路，第一路气体作为循环气体，经合成圈内的循环压缩机，压缩后继续用于合成化学品或气、液体燃料；第二路气体作为燃料气，用于驱动燃气轮机发电；第三路气体作为还原气，用于铁或有色金属及其他物质的还原炼制等。
本发明以煤为原料，按照所拥有的煤种和确定的多联产项目选择适宜的煤气化工艺，通过煤的气化获取粗煤气。同时根据多联产项目的工艺需要，将各项目合理配置，使其形成上下游的优化组合、有机的耦合集成。然后，按照项目的需要使获得的粗煤气连贯的通过各项目装置，进行产品的生产。因此，本发明是关于煤、化、电、冶、热等产业的有机耦合和优化配置以及粗煤气中有效组分的合理、综合利用，以达到资源节约、能耗降低、产品成本下降的目的。
本发明的有益效果是：该煤基能源化工多联产工艺将化、电、冶、热有机的结合起来，解决学科及产业之间的集成耦合、控制优化，解决化、冶、电、热合理匹配及灵活调峰等关键技术问题，将能量梯级合理利用，达到了节能、降耗、减排的目的，该煤基能源化工多联产工艺体现了循环经济“3R”原则，即减量化、再利用、资源化。
附图说明
图1为实施例1所述试验示范项目工艺流程图；
图2为实施例2所述试验示范项目工艺流程图。
具体实施方式
结合下面实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：某120万吨/年甲醇联产400MW发电及50万吨/年海绵铁项目为该煤基能源化工多联产工艺的试验示范项目。主要设备如下：6台多喷嘴对置式气化炉，采取半废锅流程，单台煤气化炉日投煤量为2000吨(以收到基计)；2套低热值9E燃气-蒸汽联合循环发电机组；2套60万吨/年甲醇合成装置；1套50万吨/年海绵铁竖炉还原装置；1套硫回收装置；配套建设2×12000t/d海水淡化工程及相应配套的公用工程。
该项目的工艺流程如图1所示。
原料煤经一系列预处理，获得能满足气化工艺要求的合格原料，然后与气化剂(包括氧气、富氧空气、空气、水蒸汽等)一起进入气化炉，并在压强8.7MPa和温度1300～1400℃的条件下进行气化反应，产生含CO、H2、CO2、H2O及H2S、COS等组份的粗煤气。粗煤气经洗涤除尘后，少部分粗煤气进入变换装置进行变换，然后与大部分未变换的粗煤气混合送入脱硫脱碳净化工序；粗煤气也可不经过变换直接送入脱硫脱碳净化工序。
从变换装置装置来的变换气经脱硫脱碳后直接送入甲醇合成系统合成甲醇。从甲醇合成塔中出来的剩余气体经膨胀透平回收能量后，得到降压气体(气体的压强下降至2～3MPa)，此降压气体的一部分输送至9E燃气轮机的燃烧室作燃料，推动燃气轮机发电，燃气轮机排出的高温烟气输送至余热锅炉并与余热锅炉中的水汽进行热交换，高温烟气得到降温，余热锅炉产生各种参数的过热蒸汽，余热锅炉产生的过热蒸汽输送至蒸汽轮机并驱动蒸汽轮机发电且供热，实现热能梯级利用；
此降压气体的另一部分再经过膨胀透平进一步降压回收能量，回收能量后的气体(压强约为0.5～1.0MPa)作为还原剂输送至竖炉并与精铁矿石团矿进行还原反应，制得高纯度的海绵铁。竖炉顶部排出的尾气经过加压、脱硫脱碳净化处理后与补充气混合再进入竖炉循环使用。
装置系统中所有蒸汽均采取分级利用，高压蒸汽用于发电；中压蒸汽用于驱动；低压蒸汽用于供热，也包括用于脱除海水中的大部分盐分，使处理后的海水符合民用水标准。
该项目采用本发明所述煤基能源化工多联产工艺达到如下的综合能耗和减排效果：
综合能耗
  名称   单位   综合能耗GJ
  甲醇   t   40.73
  供电   kWh   0.0082
  海绵铁   t   19.31
  供热   t   3.06
减排效果
  项目   单位   总量   备注
  硫回收   t/a   2×104
  SO2减排   t/a   736.7
  CO2减排   t/a   145.32×104
  回收高纯CO2   t/a   172×104
  NOx   t/a   44   比1000MW超超临界少排
  粉尘   t/a   326   比1000MW超超临界少排
实施例2：某煤化电热氨醇多联项目，该项目为本发明所述煤基能源化工多联产工艺的试验示范项目，其规模为30万吨/年甲醇、18万吨/氨、50MW电力及240t/h蒸汽。
该项目以高硫煤为原料，经气化、脱硫变换、脱硫脱碳净化、硫回收、甲醇的合成与精馏、甲醇合成后的气体再经进一步变换、脱硫脱碳、甲烷化、氨合成、尿素合成及浓缩造粒等生产工艺过程及IGCC发电，其工艺流程如图2所示。
该项目选用洁净煤气化技术，节能减排效果明显：通过对气体净化和硫回收装置，可将高硫煤中绝大部分的硫(≥98％)回收制成硫磺，该项目年回收硫磺1.568万吨(原料煤中硫按2％计，回收率98％)，同时锅炉采用循环流化床锅炉，采用炉内石灰石固硫及湿法烟道气脱硫，可以脱除燃煤中85％以上的硫，从而减少了硫的排放。
同时，该项目采用先进的聚醚复合(MNHD)脱碳技术，得到的CO2浓度高达98％以上，年产生CO2约89万吨，尿素生产就需要CO2作原料，年约消耗CO2 14万吨。如果通过CO2再次精制浓缩，可以用作化工产品的原料或者做成食用级CO2。
由于集中供汽，利用高热效率的大型循环流化床锅炉，替换现在共计300t/h的小型锅炉，大型锅炉吨标煤能产生蒸汽约8吨，而项目所在地周边的小型锅炉吨标煤仅能产生4～6吨蒸汽左右，采用本方案集中供汽后，年可节煤约25万吨。

Claims (1)

1.一种煤基能源化工多联产工艺，其特征在于：
将原料煤制成粗煤气，再将粗煤气经过处理制得合格的合成气，所述合成气可合成化学品、气体燃料及液体燃料中的至少一种；
合格的合成气制得化学品、气体燃料及液体燃料中的至少一种后的剩余气体经膨胀透平回收能量后，得到降压气体，此降压气体的一部分作为燃气轮机的燃料，推动燃气轮机发电，燃气轮机排出的高温烟气经余热锅炉回收显热，并产生过热蒸汽，余热锅炉产生的过热蒸汽用于驱动蒸汽轮机发电并供热；此降压气体的另一部分再经过膨胀透平进一步降压回收能量，回收能量后的气体作为还原炼铁和还原炼制其它有色金属的还原剂；其中所述将原料煤制成粗煤气所采用的方法是：原料煤经一系列预处理，获得能满足气化工艺要求的合格原料，然后与气化剂一起进入气化炉，并在压强0～10MPa和温度900～1400℃的条件下进行气化反应，产生粗煤气；
将所述的粗煤气制成合格的合成气所采用的方法是：粗煤气经洗涤除尘后，该粗煤气进入变换装置进行变换后送入脱硫脱碳净化工序，脱硫脱碳后的气体再进行包括脱羰的净化工序后得到合格的合成气；
所述还原炼铁和有色金属还原炼制是将所述作为还原剂的气体输送至竖炉并与精铁矿石或其它有色金属原矿进行还原反应，制得海绵铁或海绵状的其它有色金属；
海绵铁和海绵状有色金属还原炼制过程中排出的尾气经过加压和脱硫脱碳后循环使用。
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