CN102060662B - 一种可回收利用co2的化工动力多联产能源系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源与环境技术领域，公开了一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统及方法。该系统将富碳原料在气化后所得的煤气与富氢原料即焦炉煤气混合，经过重整反应及化学合成反应得到反应产物，再经闪蒸过程及精馏过程分离出CO₂气体和最终产品，而精馏塔分离出的CO₂气体则一部分送往参加富碳原料的气化过程，另一部分送往参加重整反应。利用本发明，将精馏过程分离出的CO₂作为原料气进行系统直接回收利用，免去了水煤气变换反应、化学链燃烧等耗能较大的提高CO₂化学浓度的方法，解决了由于分离CO₂带来的能源系统效率下降以及对分离出的大量CO₂运输、储存困难等问题，实现了资源节能环保利用的双重效果生产模式。

Description

一种可回收利用CO2的化工动力多联产能源系统及方法

技术领域

本发明涉及能源化工与环境技术领域，特别是涉及一种节能环保的化工动力多联产能源系统及方法。

背景技术

我国能源结构以煤炭为主，煤炭作为高碳排放的化石能源，其传统的直接燃烧利用方式和转化技术能源利用效率低下(约为35％-38％)、CO₂排放严重，我国早在2007年CO₂排放量就已经超过了美国，居世界第一位。在《京都议定书》协议中，以及“哥本哈根会议”上，我国都表示积极参与CO₂减排，而我国正处在工业大发展时期，这无疑使得我国在政治、经济和环境方面承受着巨大的压力。我国富炭缺油的能源格局，又使得液体燃料严重短缺，我国从1993年起就已经从石油出口国变成纯石油进口国了，而且需求量一直增加，严重危险到国家能源安全，寻求新的煤基液体替代燃料刻不容缓。另一方面，作为炼焦大国，对于焦炉煤气的利用却显得明显不足，基本上以燃烧为主(290亿Nm3，2004)，焦炉煤气中氢气含量高达60％，CH₄含量约25％，这种直接燃烧的利用方式，不仅能量利用效率低，而且浪费了宝贵的氢资源。因此，如何实现煤炭资源以及焦炉煤气的合理转化利用，以解决能量利用效率低下，环境污染严重、液体燃料短缺等问题就值得关注。

面对以上能源和环境问题的压力，新的煤炭利用技术得到广泛关注和发展。整体煤气联合循环(IGCC)发电系统，以及在此基础上发展起来的化工-动力多联产系统在很大程度上提升了能源的利用程度，使能量利用效率在原有基础上提高了7％-10％。目前，世界上已有多座商业示范工程，尽管在技术和工艺上的改进提高了能源的利用效率，但是，对于大幅度降低CO₂的排放还是显得有些无能为力。为此，基于CO₂捕集储存技术(Carbon Capture and Storage，简称CCS)的IGCC多联产系统得到进一步的研究和发展。目前大部分减排CO₂途径大都是利用水煤气变换反应、膜分离技术、化学链燃烧技术等方法以提高CO₂的浓度，从而达到CO₂分离的目的。尽管这些技术可以很大程度上降低CO₂的排放，但CO₂分离能耗以及空分装置的能耗也相当大，当系统减排70％以上的CO₂时，系统能量利用效率仅为35％-37％。这些减排途径都是先将CO转化为CO₂，然后再进行CO₂分离，不仅浪费了宝贵的CO资源，还增加了分离能耗。此外，分离出的大量CO₂的处理也需要考虑，我国目前CO₂年需求量还不足100万吨/年，分离出来的CO₂远高于需求承受能力，对于将CO₂地下封存的处理尽管得到世界多个国家的认可，但是目前还仅停留在模拟和实验室阶段，而且地下埋存的风险性较大，CO₂的管道运输设备苛刻，成本高，并没有得到欧盟和美国等发达国家的认可。

从上面的研究进展可以看出，通过技术的改进可以提高系统能量利用效率，但避免不了CO₂排放问题。反之，通过技术的改进可以实现CO₂的减排，却又使得系统能量利用效率下降，同时分离出来的CO₂处理还存在一些技术上的难题。不难得到，能量利用效率和CO₂减排是一个对立、矛盾体，如何解决这个矛盾，以达到系统较高效率的同时，实现CO₂的减排，避免CO₂分离，以及CO₂后续处理等问题，最终实现生产系统节能减排双重效果就显得尤为关键和重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统及方法，以解决分离CO₂能耗高、运输及埋存CO₂困难和安全系数低等问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统，该系统包括：气化单元，用于接收部分来自该系统内部循环的CO₂气体，并将包括该CO₂气体、氧气、水蒸气及富碳原料在内的混合物制成粗煤气；合成气显热回收与净化单元，用于将该粗煤气进行降温、回收大部分显热并精制成洁净的气化煤气；重整单元，用于接收部分来自该系统内部循环的CO₂气体，并将包括该CO₂气体和所述洁净的气化煤气的混合气体进行重整反应制备合成反应新气；化工合成单元，用于将该合成反应新气进行合成反应制备反应产物；闪蒸器，用于将该反应产物分离出粗产品物流；精馏塔，用于将该粗产品物流精制为最终化学产品并分离出CO₂气体，其中，该分离出的CO₂气体即为所述系统内部循环的CO₂气体，再将该CO₂气体按照一定比例分开，分别送往重整单元和气化单元，完成所述CO₂气体在系统内部的循环利用。

优选地，该系统为甲醇-电力多联产系统或二甲醚/甲醇-电力多联产系统，所述富碳原料为煤炭、重油、石油焦或生物质颗粒。

优选地，所述参加重整反应的混合气体包括焦炉煤气、所述洁净的气化煤气及部分所述系统内部循环的CO₂气体，其中，重整反应为将所述混合气中的CH₄和CO₂转化为CO和H₂。

为达到上述目的，本发明提供了一种可回收利用CO₂的化工动力多联产方法，该方法包括：步骤A，将部分来自系统内部循环的CO₂气体、氧气、水蒸气及富碳原料在内的混合物气化并精制成纯净的气化煤气；步骤B，将包括所述纯净的气化煤气与部分来自系统内部循环的CO₂气体混合后的混合气体进行重整反应制备合成反应新气；步骤C，将所述合成反应新气进行合成反应制备反应产物，再将所述反应产物分离出粗产品物流；步骤D，将所述粗产品物流精制为最终化学产品并分离出CO₂气体，该分离出的CO₂气体即为所述系统内部循环的CO₂气体，再将所述CO₂气体按照一定比例分开，并将系统内部循环的CO₂气体分别送往参加所述重整反应及所述气化过程，完成该CO₂气体在系统内部的循环利用。

优选地，所述步骤D中采用精馏过程将所述粗产品物流分离出最终化学产品和CO₂气体。

优选地，所述步骤B中进行重整反应的所述混合气体包括焦炉煤气、所述洁净的气化煤气及部分所述系统循环利用的CO₂，其中，重整反应为将所述混合气体中的CH₄和CO₂转化为CO和H₂。

优选地，所述步骤C包括闪蒸过程，该闪蒸过程将所述反应产物分离出粗产品物流和未反应气物流，所述未反应气物流进一步分为循环气和未循环气两部分，其中，循环气返回继续参加合成反应，未循环气作为燃料直接燃烧以提供重整反应所需要热量，或作为燃料燃烧发电。

优选地，步骤D中所述分别送往参加重整反应与所述气化过程的CO₂摩尔流量比为0.2-4.5。

更优选地，上述方法中，所述气化煤气与焦炉煤气的摩尔比例，由所述最终化学产品所要求的合成反应新气中CO与H₂的摩尔比大小决定。

更优选地，上述方法中，所述重新参加合成反应的循环气与未循环气的摩尔流量比为0.3-4.2。

本发明的优点在于取消了传统的利用水煤气变换反应、化学链燃烧等技术提升CO₂浓度并分离CO₂的生产模式，使系统中产生的CO₂可返回到系统的单元中循环利用，克服了目前由于回收CO₂引起的能量利用效率大幅度下降的缺陷，更是避免了回收CO₂的存储、埋存的风险性，真正意义上实现了生产系统节能减排经济的多重效果；此外，本发明取消了目前化工流程普遍采用的水煤气变换反应调整合成气CO/H₂比的生产模式，改用CO₂/CH₄重整反应，将CO₂和CH₄转化为CO和H₂，合理利用了焦炉煤气富氢和气化煤气富碳的特点，将二者有机耦合并转化利用，减少了水资源的消耗和温室气体的排放，增加了合成新气有效组分(CO+H₂)含量，实现了煤炭和焦炉煤气高效利用。

附图说明

图1为本发明提供的一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统结构示意图。

图2为本发明提供的一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统工艺流程图。

图3为本发明提供一种可回收利用CO₂的煤基二甲醚/甲醇-电力多联产能源系统工艺流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，以下结合实例分析，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明提供的一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统结构示意图，该系统包括了气化单元1、合成气显热回收与净化单元2、重整单元3、化工合成单元4、闪蒸器5、精馏塔6、重整辅助单元7、联合循环发电单元8。其中，重整单元3包括第一换热器和重整反应器。化工合成单元4包括新气压缩机、循环压缩机、第二换热器和化工合成反应器。

其中，气化单元1用于接收一部分循环利用的CO₂气体和富碳原料。将富碳原料、氧气，水蒸气等物料气化制备粗煤气，并将制得的粗煤气输出给合成气显热回收与净化单元2。合成气显热回收与净化单元2用于对接收的粗煤气进行降温并回收大部分显热并净化，然后将制得的洁净煤气输出给重整单元3。重整单元3中的第一换热器对洁净的煤气和焦炉煤气及循环利用的CO₂混合气体进行预热后输出给重整反应器，并对来自重整反应器的产物进行放热处理后输出给化工合成单元4，重整反应器对进行预热处理后的混合气进行重整反应，将CH₄和CO₂转化为CO和H₂，将得到的合成反应新气通过换热器放热后输出给化工合成单元4。化工合成单元4的新气压缩机对合成反应新气进行升压做功，循环压缩机对混合后的升压后的气体与来自闪蒸器的未参加合成反应的循环气进一步压缩做功得到所需的化工合成压力的反应气，再将所述反应气输出给第二换热器进行预热处理后输出给化工合成反应器，该化工合成反应器对进行预热处理后的混合气进行化学合成反应，将得到的合成反应产物通过第二换热器放热后输出给闪蒸器5。闪蒸器5用于将化工合成单元4输出的反应产物分离成未反应气物流与粗产品物流，其中粗产品物流送往精馏塔6，未反应气物流进一步分为循环气和未循环气两部分，循环气与合成反应新气混合后再次进入化工合成单元4参加合成反应，未反应气一部分送往重整辅助单元7作为燃料直接燃烧，以提供重整反应所需要热量，另一部分送往联合循环发电单元8作为燃料气进行燃烧发电。精馏塔6用于将闪蒸器输入的粗产品物流经精馏过程精制净化为最终化学产品，并分离出CO₂气体，一部分CO₂气体送往重整单元3，另一部分进入气化单元1。重整辅助单元7用于将部分未反应气体作为燃料直接燃烧，以提供重整单元反应所需要热量。联合循环发电单元8用于对输入的燃料气进行燃烧发电。

其中所述的化工动力多联产能源系统，可以为甲醇-电力多联产系统或二甲醚/甲醇-电力多联产系统，所述富碳原料为煤炭、重油、石油焦或生物质颗粒。

图2为本发明提供的一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统工艺流程图。

其具体工艺流程如下：煤、空气、水蒸气、O₂和来自精馏塔分离出的一部分循环利用的CO₂23在气化单元1制得粗煤气9，粗煤气9经显热回收与净化单元2先降温回收大部分显热，再进行净化脱除H₂S和NOx等酸性气体，以满足后续化学品合成生产的要求。净化后得到的洁净煤气11、纯净的焦炉煤气10及来自精馏塔6的循环利用的CO₂22混合后成进入重整单元3进行重整反应，重整反应即将混合气中的CH₄和CO₂在催化剂的作用下直接共重整转化为CO和H₂。得到的合成新气12与来自闪蒸器5的循环气16进入化工合成单元4进行DME合成反应，将得到的合成反应产物输出给闪蒸器5。闪蒸器5将合成反应产物分为未反应气物流14和粗产品物流15，其中粗产品物流15送往精馏塔6精制净化成为最终产物DME/甲醇21和CO₂20，而CO₂20分为支流CO₂22和支流CO₂23，其中CO₂23回到气化单元，CO₂22送往重整单元，其中，CO₂22与CO₂23的摩尔流量比为0.2-4.5。未反应气物流14进一步分为循环气16和未循环气17，重新参加合成反应的循环气与未循环气的摩尔流量比为0.3-4.2。循环气16返回化工合成单元4与合成反应新气12混合后在化工合成单元4进行DME(二甲醚)合成反应，未循环气一部分18进入重整辅助单元7作为燃料燃烧为重整单元3反应提供热量，未循环气另一部分19送往由燃气轮机和蒸汽轮机组成的联合循环发电单元8进行燃烧发电。本系统的热流和功流如图2所示。

实施例所用煤种分析如表1所示，表2为系统主要物流数据结果，表3为新系统性能数据。结合表2和图2，如果没有CO₂回收利用的流程方案，系统中产生的CO₂最终排放到大气中的是物流18、19、20中的CO₂，从表2中可以看到，物流20中的CO₂质量百分含量超过90％，而且相对物流18、19来说，物流20中的CO₂含量超过CO₂总含量的1/2，如果直接排放到大气中会造成严重污染。因此，将这部分CO₂回收利用，不仅减少CO₂排放，还将其间接转化储存到化学品中，提高了元素利用率。由于所设计系统的CO₂循环利用转化过程对系统合成气组成影响较小，系统流程工艺基本不变，从表3中可以看出，在同样的能源输入情况下，具有循环利用CO₂的系统相对于无循环利用CO₂的系统，在元素利用率上提升了约5个百分点，高达70％，而能量利用效率降低还不到1个百分点，仍具有59.83％，其减排效果也都具有相应的提升，在实施例中所设计的年产120万吨二甲醚的工业规模基础上，经过折算，这种CO₂循环利用的生产系统，相对于无CO₂循环利用的生产系统，每年要减排约17万吨CO₂。从以上的数据和分析不难看出，本发明提出的系统是利用系统自身极小一部分的能量去实现了CO₂的回收利用转化，解决了由于CO₂分离能耗造成的系统能量利用率下降的问题，提高了系统的元素利用率并减少了CO₂的排放，具有较高的能量利用效率，同时也避免了CO₂运输、储存埋存等一系列技术难题和风险，从真正意义上实现了资源利用最大化、节能减排的多重效果。

图3为本发明提出的煤基二甲醚/甲醇-电力多联产能源系统工艺流程示意图。该工艺的原理与图1和图2所描述的相同，此处不再赘述。在此，主要对煤基二甲醚/甲醇-电力多联产能源系统的实际操作工艺流程进一步详细的说明。首先，部分循环利用的CO₂气体与碎煤、氧气和水蒸气在气化炉内反应，生成含有CO、H₂、CO₂、H₂0和少量CH₄、H₂S、COS等成分的粗煤气，灰渣团聚成球以固体形式排出。高温粗煤气(约1050℃)进入第一余热锅炉，使给水(0.7MPa，20℃)变为饱和蒸汽并送入气化炉以提供所需蒸汽；粗煤气被循环冷却水降温至371℃，进入旋风分离器将其中的飞灰与气体分离，飞灰返回气化炉工段再利用后以灰渣形式排出。经分离、除尘后的粗煤气基本不带飞灰，粗煤气中的硫和氮化合物已被转化成气态硫化物、氨气和氰化氢等；再通过喷NaHCO₃的吸收设备，以除去卤化物，并将失效的吸收剂分离出去；最后采用高温脱硫剂以脱除气化粗煤气中的H₂S和COS，以满足后续工艺合成反应的要求。将经过净化处理的焦炉煤气与从高温净化来的气化煤气以及部分循环利用的CO₂气体混合，其中气化煤气(GG)与焦炉煤气(COG)的摩尔比例，是根据重整反应器出口气体中的CO与H₂的摩尔比例来调整，以满足后续合成DME所需最佳反应合成气组分比例，在这里GG/COG为0.78-1.05，混合后的气体与重整反应出口气体进行热交换后进入重整反应器。在重整反应器中，混合气体在催化剂的作用下发生CH₄/CO₂直接共重整反应，将合成气中的H₂/CO调至1.0-1.5左右，重整反应器出口气体(约980℃)经换热后进一步通过循环水冷却器使合成气降温至60℃，进入气/水分离器将气体中的凝结水分离出去。干净的合成反应气采用三级间冷等比压缩，与循环利用的部分未反应气一起升压至6.5MPa进入合成反应器，在260℃，6.0MPa下进行二甲醚合成反应。由于合成反应是一个放热过程，经余热回收后可以部分用作精馏过程分离；然后将反应后富含甲醇/二甲醚的气体冷却到40℃，在5.40MPa压力下进入闪蒸器，闪蒸器将富含甲醇/二甲醚的气体分离成未反应气物流与粗产品物流，未反应气物流进一步分为循环气和未循环气，重新参加合成反应的循环气与未循环气的摩尔流量比为0.3-4.2。在闪蒸器分离出来的粗产品进入精馏塔进一步分离提纯，采用三塔精馏，第一个塔分离出的轻组分中CO₂的含量高达90％(质量分数)，还含有少量的CH₄，不需要提纯，直接回收循环利用，一部分返回到气化炉，另一部分返回到重整反应过程中，其中送往参加重整反应与所述气化炉的CO₂摩尔流量比为0.2-4.5。重组分则在后面两个精馏塔依次分离出二甲醚和甲醇。闪蒸出的未反应气则部分循环利用以提高合成反应的转化率，剩下的未反应气一部分送入重整辅助单元燃烧，以提供重整单元反应所需要的热量，另一部分气体经水蒸气饱和以后作为燃料气直接进入燃气轮机燃烧做功发电。重整辅助单元和燃气轮机出口的高温尾气经余热回收后产生(537℃、10MPa)高温高压蒸汽，推动蒸汽轮机做功。表1

表2

表3

基于图1、图2和图3所示的一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统及工艺流程，本发明给出了本发明提供的一种可回收利用CO₂的多联产方法，该方法包括：步骤A，将部分来自系统内部循环的CO₂气体、氧气、水蒸气及富碳原料在内的混合物气化并精制成纯净的气化煤气；步骤B，将包括所述纯净的气化煤气与部分来自系统内部循环的CO₂气体混合后的混合气体进行重整反应制备合成反应新气；步骤C，将所述合成反应新气进行合成反应制备反应产物，再将所述反应产物分离出粗产品物流；步骤D，将所述粗产品物流精制为最终化学产品并分离出CO₂气体，该分离出的CO₂气体即为所述系统内部循环的CO₂气体，再将所述CO₂气体按照一定比例分开，并将系统内部循环的CO₂气体分别送往参加所述重整反应及所述气化过程，完成该CO₂气体在系统内部的循环利用。

优选地，所述步骤D中采用精馏过程将所述粗产品物流分离出最终化学产品和CO₂气体。

优选地，所述步骤B中进行重整反应的所述混合气体包括焦炉煤气、所述洁净的气化煤气及部分所述系统循环利用的CO₂.其中，重整反应为将所述混合气体中的CH₄和CO₂转化为CO和H₂。

优选地，所述步骤C包括闪蒸过程，该闪蒸过程将所述反应产物分离出粗产品物流和未反应气物流，所述未反应气物流进一步分为循环气和未循环气两部分，其中，循环气返回继续参加合成反应，未循环气作为燃料直接燃烧以提供重整反应所需要热量，或作为燃料燃烧发电。

优选地，步骤D中所述分别送往参加重整反应与所述气化过程的CO₂摩尔流量比为0.2-4.5。

更优选地，上述方法中所述气化煤气与焦炉煤气的摩尔比例，由所述最终化学产品所要求的合成反应新气中CO与H₂的摩尔比大小决定。

更优选地，上述方法中，所述重新参加合成反应的循环气与未循环气的摩尔流量比为0.3-4.2。

本发明以煤炭和焦炉煤气作为原料，同时取消了目前化工流程普遍采用的水煤气变换反应调整合成气CO/H₂比的生产模式，改用CO₂/CH₄重整反应，将CO₂和CH₄转化为CO和H₂，合理利用了焦炉煤气富氢和气化煤气富碳的特点，将二者有机耦合并转化利用，减少了水资源的消耗和温室气体的排放，增加了合成新气有效组分(CO+H₂)含量，实现了煤炭和焦炉煤气高效利用。通过未反应气适度循环，弥补了以往合成一次通过方式转化率过低的缺陷，通过找到最佳的未反应气循环倍率，在保证较高化工转化率的前提下，同时提升系统能量利用率和元素利用率，实现了系统整体效率的提高。

本发明免去了传统的利用水煤气变换反应、化学链燃烧等技术提升CO₂浓度，并分离CO₂的生产模式，一方面这些技术的应用将宝贵的CO资源又重新转化到CO₂，同时消耗大量的水资源和O₂，降低了系统元素利用率。另一方面，CO₂的分离增加了设备投资费用，而且分离能耗巨大，同时分离出来的大量CO₂的处理，运输，储存都存在一定的技术难题和安全隐患，影响了系统的能量利用效率及后续处理过程的安全可靠性，增加了额外投资费用。对于脱碳分离过程，不论是燃烧前的脱碳，还是燃烧后的脱碳生产模式，都不可能避免以上的存在的问题。因此，真正能实现CO₂的减排途径是改善生产工艺，减少生产过程中CO₂的产生；改进生产技术，将CO₂合理的转化利用。目前，首先将CO₂转化为CO，再进行羰基合成化学品和液体燃料无疑是CO₂最佳利用途径。但CO₂稳定性强，要使其转化为CO需要消耗大量的能量，考虑到气化炉气化过程产生大量的热量，气化温度的提高的同时也提高了煤的化学活性(煤焦与不同气化介质如：二氧化碳、氧气、水蒸汽等相互作用的反应能力)。因此，可以将CO₂作为气化剂通入气化炉进行反应，煤中的碳与进入气化炉内的二氧化碳发生还原反应，可以使CO₂还原成CO，不仅增加了粗煤气中CO的含量，而且CO₂起到气化剂的作用，可以减少气化反应所需要的水蒸气。在重整单元，发生CO₂/CH₄重整反应，CO₂在反应过程中充当反应物，将系统产生的CO₂返回到重整单元，可以将CO₂作为原料利用，不仅减少“惰性”气体CO₂和CH₄含量，还增加了合成新气中CO和H₂的含量，提高了系统C元素的利用率。为此，本发明合理利用了系统各工艺单元的功能作用，将精馏过程分离出的大量CO₂分别送往气化单元和重整单元进行反应。CO₂返回到气化炉反应，使得粗煤气中CO含量增加，但是过量的CO₂会降低出口粗煤气的温度，还会使得粗煤气中CO含量增加幅度较大，会抑制重整单元重整反应的进行，降低CO₂+CH₄的转化率，系统CO₂减排效果得不到保证。由于CO₂/CH₄重整反应是强吸热反应，若大量CO₂都返回到重整单元，固然可以增加CO₂的转化利用，减少CO₂气体的排放，但势必也会增加系统的能量消耗，系统的能量利用效率将得不到保证。因此，兼顾系统的能量利用率和CO₂减排效果，本发明给出了CO₂返回到气化炉和重整单元的最佳的比例，通过寻求最佳分配比例，可以同时改善系统的能量利用效率和CO₂减排效果。从系统整体上看，系统取消了水煤气变换反应、化学链燃烧等提升CO₂浓度的转化技术，没有额外CO₂分离单元，更不用考虑CO₂的存储、埋存等问题。系统结构简单，减少了额外设备投资费用。

利用本发明，将系统产生的CO₂返回到气化单元和重整单元进行循环利用，克服了目前由于回收CO₂引起的能量利用效率大幅度下降的缺陷，更是避免了回收CO₂的存储、埋存的风险性，简化了系统，减少了投资费用，真正意义上实现了生产系统节能减排、经济的多重效果。在回收70％以上CO₂的情况下，本发明的工艺系统的能量利用效率要高于回收CO₂的CCS-IGCC系统(约36％)，也高于无回收CO₂的IGCC系统(约45％)，甚至高于回收CO₂的化工与IGCC耦合生产的多联产系统(约48％)。以上数据是在不考虑分离出来的CO₂储存、埋存等技术问题和安全风险前提下，一旦这些问题纳入考虑范围，本发明的工艺系统能量利用效率、减排效果及经济性将具有更大的优势和潜力。

以上所述的具体实例仅为了详细解释说明本发明的有益成果和特殊技术方案，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种化工动力多联产能源系统，该系统包括：

气化单元，用于接收部分来自该系统内部循环的CO₂气体，并将包括该CO₂气体、氧气、水蒸气及富碳原料在内的混合物制成粗煤气；

合成气显热回收与净化单元，用于将该粗煤气进行降温、回收大部分显热并精制成洁净的气化煤气；

重整单元，用于接收部分来自该系统内部循环的CO₂气体，并将包括该CO₂气体和所述洁净的气化煤气的混合气体进行重整反应制备合成反应新气；

化工合成单元，用于将该合成反应新气进行合成反应制备反应产物；

闪蒸器，用于将该反应产物分离出粗产品物流；

精馏塔，用于将该粗产品物流精制为最终化学产品并分离出CO2气体，其中，该分离出的CO₂气体即为所述系统内部循环的CO₂气体，再将该CO₂气体按照摩尔比例为0.2-4.5分开，分别送往重整单元和气化单元，完成所述CO₂气体在系统内部的循环利用。

2.根据权利要求1所述的一种化工动力多联产能源系统，其特征在于，

该系统为甲醇-电力多联产系统或二甲醚/甲醇-电力多联产系统，所述富碳原料为煤炭、重油、石油焦或生物质颗粒。

3.根据权利要求1所述的一种化工动力多联产能源系统，其特征在于，

所述参加重整反应的混合气体包括焦炉煤气、所述洁净的气化煤气及部分所述系统内部循环的CO₂气体，其中，重整反应为将所述混合气中的CH₄和CO₂转化为CO和H₂。

4.一种化工动力多联产方法，该方法包括：

步骤A，将部分来自系统内部循环的CO₂气体、氧气、水蒸气及富碳原料在内的混合物气化并精制成纯净的气化煤气；

步骤B，将包括所述纯净的气化煤气与部分来自系统内部循环的CO₂气体混合后的混合气体进行重整反应制备合成反应新气；

步骤C，将所述合成反应新气进行合成反应制备反应产物，再将所述反应产物分离出粗产品物流；

步骤D，将所述粗产品物流精制为最终化学产品并分离出CO₂气体，该分离出的CO₂气体即为所述系统内部循环的CO₂气体，再将所述CO₂气体按照摩尔比例为0.2-4.5分开，并将系统内部循环的已分开的CO₂气体分别送往参加所述重整反应及所述气化过程，完成该CO₂气体在系统内部的循环利用。

5.根据权利要求4所述的一种化工动力多联产方法，其特征在于，

所述步骤D中采用精馏过程将所述粗产品物流分离出最终化学产品和CO₂气体。

6.根据权利要求4所述的一种化工动力多联产方法，其特征在于，

所述步骤B中进行重整反应的所述混合气体包括焦炉煤气、所述纯净的气化煤气及部分所述系统内部循环的CO₂，其中，重整反应为将所述混合气体中的CH₄和CO₂转化为CO和H₂。

7.根据权利要求4所述的一种化工动力多联产方法，其特征在于：

所述步骤C包括闪蒸过程，该闪蒸过程将所述反应产物分离出粗产品物流和未反应气物流，所述未反应气物流进一步分为循环气和未循环气两部分，其中，循环气返回继续参加合成反应，未循环气作为燃料直接燃烧以提供重整反应所需要热量，或作为燃料燃烧发电。

8.根据权利要求6所述的一种化工动力多联产方法，其特征在于，所述纯净的气化煤气与焦炉煤气的摩尔比例，由所述最终化学产品所要求的合成反应新气中CO与H₂的摩尔比大小决定。

9.根据权利要求7所述的一种化工动力多联产方法，其特征在于，所述继续参加合成反应的循环气与未循环气的摩尔流量比为0.3-4.2。

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