CN103232857A - 一种co2零排放的煤基电力与化工品联产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，是以CO2代替水蒸汽为煤气化剂的煤气化新工艺为核心，将甲醇、醋酸等化学产品的化工生产和燃气轮机、蒸汽轮机联合发电，以及CO作为产品输出有机的结合起来，联产工艺中燃烧发电、水蒸汽变换等过程产生的CO2经分离富集后全部输送至气化炉作为煤气化剂加以循环利用，从而实现了整个工艺的CO2零排放。本工艺是不同学科及不同产业之间的集成耦合，解决了现有多联产工艺中大量排放CO2温室气体的关键技术，实现了CO2资源化利用、绿色能源和化学工业的目的。

Description

一种CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺
技术领域
本发明涉及一种煤基电力与化工品联产工艺，具体的说，涉及一种以CO2代替水蒸汽为气化剂的新型煤气化工艺为基础的发电与化工品生产的串联技术与工程的特色应用，形成碳一化工原料、化工产品、电力输出等多种产品联产的新工艺。
背景技术
随着工业生产的迅速发展和人们对化石燃料的极度依赖，使得CO2的排放量日益增加，产生温室效应。CO2作为最重要的人为温室气体，在1970至2004年期间排放量已经增加了大约80%，从210亿吨增加到380亿吨，并在不断增加。降低CO2排放量迫在眉睫，目前，最具潜力应用最为深入的减量手段即为CO2捕获、封存和再利用技术。
CO2捕获技术是以物理方法或化学方法使CO2得到富集，加工成几乎是纯的浓缩液，便于运输和储存。
CO2封存技术是将CO2收集后储存于海洋、油井和煤层中，以待将来可被利用，但该方法除了成本较高之外，技术要求也较高，而且几乎不产生任何经济效益。
CO2再利用技术有几种：一是利用其物理性质作为制冷剂、保鲜剂、烟丝膨胀剂、气焊保护剂、碳酸饮料生产等，但使用后仍被排放；二是利用植物光合作用进行固碳，但其用量非常少；三是作为化工原料制造成为氮肥或通过合成反应生产醇、酯类化工产品，但每年的消耗量仍十分有限。
煤基电力与化工品联产工艺是指利用从单一的设备（气化炉）中产生的"粗合成气"（主要成分为CO＋H2）经精制后，来进行跨行业、跨部门的生产，以得到多种具有高附加值的化工产品、液体燃料（甲醇、F－T合成燃料、二甲醚、城市燃气、氢气等）以及电力等。多联产系统能够从系统的高度出发，结合各种生产技术路线的优越性，使生产过程耦合到一起，彼此取长补短，从而达到能源的高利用效率、低能耗、低投资和低运行成本。传统的煤基发电技术煤或CO的燃烧过程产生大量CO2，传统的煤基化工品联产工艺由于需要通过水蒸汽变换制取氢气，会产生大量CO2。目前传统的火力发电厂每产生一度电温室气体排放系数约为840gCO2/kWh，一个300MW火电厂每年运行6000小时约排放吨151.2万吨CO2；传统的煤基化工品联产工艺以煤气化制甲醇为例，每生产1万吨甲醇即排放0.884万吨CO2，年产20万吨甲醇厂每年排放17.7万吨CO2，这些CO2是碳排放的主要来源之一。
中国专利CN101892081A中公开了一种煤基能源化工多联产工艺，以煤为原料通过煤的气化获取粗合成气，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，实现煤、电、化、冶、热等产业的优化配置。该方法是将煤进行气化，所得的合成气通过精制后部分进变换装置制得H2及CO2，再由合成气进行发电、制取化学产品及用于金属的冶炼。但该方法在全过程中向大气排放大量的CO2温室气体，没有设置任何气体回收利用装置。
中国专利CN102191083A中公开了一种煤化工串联型多联产工艺，以煤气化为源头，将化工流程与动力系统串联在一起，使其形成上下游优化组合。该方案在合成气反应合成产品后，将未反应气分为循环气和未循环气，通过将循环气进行合成气调整，提高其H2/CO比；未循环气则进行联合循环发电系统。但该工艺也未改善大量排放CO2的弊端。
美国专利US2009/084035A1中公开了多种多联产系统，其中包括将煤气化、联合循环发电、化工合成、气体富集等各个单独的系统良好耦合的化工生产体系，有效的实现了能量的多级利用、合成气体的合理分配以及合成气富集后分离杂质气体，能够有效的节约资源并产生较好的效率。但该专业中涉及的所有方案均未提出任何废气处理方案，特别是大量CO2的排放，不能实现废气的资源化利用，对环境产生很大影响。
美国专利US2009235822A1中公开了一种IGCC发电厂中CO2回收的方法，涉及CO2捕集、酸性气体去除系统，有效地实现了从多种废气中分离并回收CO2，减少了IGCC电厂向大气中排放过多CO2的问题。但是该方法中将大量的CO2以封存技术处理，并未能实现将CO2进行化学转化变成可利用的资源，未实现CO2的合理利用和零排放。
中国专利CN101705844A中公布了一种无二氧化碳排放的燃煤燃气轮机发电系统及方法，该系统包括了燃气轮机联合循环发电子系统和二氧化碳处理生产干冰子系统。这个工艺往流化床中注入纯氧和二氧化碳以防止氮的氧化物大量产生，并向燃气轮机中注入纯氧，将煤气中的一氧化碳全部变成二氧化碳，提升了综合利用率和经济性，但该工艺将产生的二氧化碳吸收压缩后制成干冰，并没有从根本上实现二氧化碳的资源化利用和环境污染问题。
美国专利US2008078122A1中公开了一种最大限度使用各种碳氢化合物原料来发电和制造氢气与氧气的工艺，并减少产物的排放。工艺中碳氢化合物气化后，经过处理，产生可燃性混合气进入发电装置，燃烧发电；同时过程中产生的能量产生蒸汽，可通过汽轮机发电。通过这些过程后原料被氧化成纯水和二氧化碳，电解收集得到的水，分离后出售。该工艺中分离可得到纯度很高的二氧化碳，但未考虑将得到的高纯度二氧化碳加以利用，未实现二氧化碳零排放。
综上所述，多个有关煤基能源化工多联产工艺和涉及IGCC过程的专利，大都为调整整体工序的耦合方式及设置变换装置调节原料气中H2/CO配比合理调节产物产量的方式来实现能源、资源的高效利用，均未考虑CO2的合理循环利用，无法实现真正意义上的二氧化碳的零排放。
发明内容
本申请的发明人通过研究，设计了一种CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，该工艺是以CO2代替水蒸汽为煤气化剂的煤气化新工艺为核心，将甲醇、醋酸等化学产品的化工生产和燃气轮机、蒸汽轮机联合发电，以及CO作为产品输出有机的结合起来，联产工艺中燃烧发电、水蒸汽变换等过程产生的CO2经分离富集后全部输送至气化炉作为煤气化剂加以循环利用，从而实现了整个工艺的CO2零排放，本工艺还可利用外界CO2作为煤气化剂，实现CO2的负排放。该工艺是不同学科及不同产业之间的集成耦合，解决了现有多联产工艺中大量排放CO2温室气体的关键技术，实现了CO2资源化利用、绿色能源和化学工业的目的。
因此，本发明的首要目的就在于提供一种CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺。
本发明的另一个目的在于提供一种煤气化新工艺，采用CO2完全代替水蒸汽作为气化剂。
本发明要解决的技术问题：其一是CO2参与煤的气化反应，即煤气化所制得的CO不是全部来源于煤中的碳，而是相当一部分来源于CO2，即化学活性较差的CO2在超高温气化条件下作为碳原料被循环利用；其二是将煤气化、发电与化工品生产耦合起来，并将各过程物流、能量进行整合，从根本上解决CO2循环使用和C原子的充分利用，实现CO2的零排放。
本发明的构思是这样的：
将原料煤通过高温气化制成粗合成气，再将粗合成气脱硫净化处理制得符合后续工艺要求的合成气，净化过程中分离出的CO2将全部输回气化炉循环使用。所述的合成气经过CO分离过程后分成两至三部分，用于燃烧发电、合成化学品、作为产品输出。
净化后的合成气经分离过程将主要成分CO与H2分离，一部分CO用于燃气轮机发电，另一部分富含H2的CO用于合成甲醇或进一步合成醋酸，如果CO还有剩余则作为产品输出售卖。
针对不同煤种通过调配发电、生产甲醇或醋酸、作为CO直接售卖的产量，使整个生产工艺过程产生的CO2总量恰好等于或小于气化过程所需的CO2量，使CO2在整个工艺内部循环利用，从而达到CO2零排放甚至负排放之目的。
根据上述构思，本发明提出如下的技术方案：
一种CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，首先，将原料煤制成粗合成气，所采用的方法是：原料煤经一系列预处理，获得满足气化工艺要求的合格原料，然后与气化剂（包括纯氧、CO2等）一起进入气化炉，并在压强0～10MPa和温度1200～1600℃的条件下进行气化反应，产生高温的粗煤气（含大量CO、H2，少量CO2、H2O及微量COS、H2S等组分）。
其次，将所述的粗煤气制成符合后续工艺要求的合成气，所采用的方法是：高温粗煤气先经过高温锅炉降温降压，再经余热锅炉换热后冷却并除尘后进行脱硫脱碳等净化处理，根据后续工艺要求调节碳氢比例，分离出的CO2进入CO2压缩器回收。
然后，进入CO分离单元，将净化后的合成气输送至变压吸附塔或其它相应装置中，将CO分离出来（合成气中的CO2与CO同步），分离出高纯度的CO及富H2气体（包含合成气中几乎全部的H2）。根据不同产品工艺所需的原料配比与原料量不同，确定分离效率。
分离后的气体可根据生产工艺的需要分成三股：第一股CO气体作为燃料进入发电工段燃烧发电，燃烧发电后的CO2进入CO2压缩器回收，与脱碳后回收的CO2一起输入气化炉作为气化剂使用；第二股富H2气的合成气进入甲醇合成工段生产甲醇，或进一步将生产得到的甲醇进入醋酸合成工段生产醋酸；第三股CO气体可作为碳一化工的原料气或冶金还原气向外输送售卖。三股气体的分配原则是：使整个生产工艺中产生的（包括发电过程和水蒸汽变换反应等产生的）CO2总量恰好等于或小于气化过程所需的CO2量。
本发明所述的工艺以煤为原料，通过煤的气化获取粗煤气。根据生产需要调配发电量和化工品产量，使变换反应和发电过程产生的CO2量少于或等于气化过程消耗CO2量，以达到整个工艺系统的CO2零排放。并按照项目需要采用最优化的过程进行产品生产。本发明以CO2代替水蒸汽为气化剂的煤气化工艺为核心，在对煤、化、电、热等进行有机耦合和优化配置以及粗煤气中有效组分的合理分配利用后，达到CO2零排放以及资源节约、能耗降低、产品成本下降的目的。
本发明解决了目前煤化工中CO2温室气体排放量过大的问题，通过将煤、化、电、热等有机的结合起来，优化调配，实现全工艺的CO2零排放并将其中的C原子资源化使用，并将能量梯级合理利用，达到节能减排，合理降耗、绿色化学工业的目的。
本发明所述的一种煤气化新工艺，具体的方法为：原料煤经一系列预处理，获得满足气化工艺要求的合格原料，然后与气化剂（包括CO2、纯氧等）一起进入气化炉，并在压强0～10MPa和温度1200～1600℃的条件下进行气化反应，产生的高温的粗煤气（含大量CO、H2、CO2、H2O、COS、H2S等组分）。本发明所述的一种煤气化新工艺采用CO2完全代替水蒸汽作为气化剂，使化学活性差的CO2通过在超高温条件下参与煤的气化反应变成化学活性好的CO，使CO2作为碳源循环使用，此外CO2代替水蒸汽作为气化剂可节约大量的水资源。
附图说明
图1：本发明所述的CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，合成气发电、生产CO的流程示意图。
图2：本发明所述的CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，合成气发电、生产CO、联产甲醇的流程示意图。
图3：本发明所述的CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，合成气发电、生产CO、联产醋酸的流程示意图。
图4：本发明所述的CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，合成气经变换后生产CO、联产甲醇的流程示意图。
图5：本发明所述的CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，合成气经变换后生产CO、联产醋酸的流程示意图。
图6：本发明所述的CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，合成气经变换后生产醋酸的流程示意图。
图中：1、空分系统2、气化炉3、高温锅炉4、余热锅炉5、净化脱硫装置6、脱CO2装置7、CO分离单元8、CO精制单元9、燃烧室10、燃气透平11、余热锅炉12、蒸汽轮机13、气液分离器14、CO2压缩器15、压缩器16、甲醇合成装置17、甲醇精制装置18、压缩机19、醋酸合成装置20、水蒸汽变换反应装置。
具体实施方法
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本系统中覆盖四个工段，分别为气化工段、发电工段、甲醇合成工段和醋酸合成工段。
在气化工段中，空气通过空分系统1分离为O2和N2，空分得到的O2与干燥后的煤粉及循环回收的CO2一起进入气化炉2进行煤气化反应。经气化反应得到高温合成气，合成气温度约为1200～1600℃，通过高温锅炉3回收热量，热量以高压蒸汽和中低压蒸汽的形式送入发电工段发电，以蒸汽轮机发电。换热后的合成气约200℃，再通过余热锅炉（4）换热进一步冷却。
从气化工段出来的合成气经过净化脱硫装置5脱除含S气体后再经过脱CO2装置6进行脱CO2步骤，其中脱出的CO2进入CO2压缩器14压缩后作为气化工段的原料使用，CO2脱除率据不同工艺要求调整。净化后的合成气通过CO分离单元7进行分离，分离后有三种情况：1.获得一股（CO+CO2）>99%的CO气体，该部分CO气体部分进入发电工段，剩下的CO气体或通过CO精制单元（8）再次提纯后则作为高纯度（>99%）CO产品向外出售；2.获得富H2气的合成气进入甲醇合成工段作为原料，剩下的CO气体通过CO精制单元8再次提纯后则作为高纯度（>99%）CO产品向外出售；3..获得富H2气的合成气进入甲醇合成工段作为原料，剩下的CO气体或通过CO精制单元8再次提纯后则作为高纯度（>99%）CO产品向外出售，或进入醋酸合成工段作为原料。
在甲醇合成工段，通过CO分离单元7.获得富H2气的合成气通过压缩器15达到反应压力后送入甲醇合成装置16，生成的甲醇进入甲醇精制装置17精制后达到一定要求的纯度。甲醇合成装置16中产生的驰放气可通入发电工段的燃烧室9燃烧发电，甲醇合成装置16在反应中放出的热量可间接传输到余热锅炉11发电。
在醋酸合成工段，通过CO分离单元7获得的部分CO气体进入压缩机18压缩后与从甲醇合成工段中产生的甲醇一起进入醋酸合成装置19，生产醋酸。
在发电工段中，通过CO分离单元7得到的含有CO、H2、CO2等或含有CO、CO2等的燃气通过燃烧室9燃烧和燃烧透平10发电，燃烧单元的热量余热锅炉11回收，与来自气化炉的热量以高中低压蒸汽方式驱动蒸汽轮机12发电。冷却后的烟道气主要为CO2和H2O，进入气液分离器13中分离出H2O从而得到纯净的CO2，经过CO2压缩器14压缩至条件压力后进入气化炉作为气化剂循环使用。
在附图1中，粗合成气经过净化脱硫装置5后部分进发电工段发电，其余粗合成气经经过脱CO2装置6后进入CO分离单元7，分离出的部分CO气体通过CO精制单元8再次提纯后则作为高纯度（>99%）CO产品向外出售；其余CO和H2一起进发电工段燃烧发电，输出电力，燃烧生成的水蒸气排空。工艺中产生的CO2来源及走向：1.汽化炉2产生的CO2，在经过脱CO2装置6后和经过CO精制单元8后分别输送到CO2压缩器14进行回收；2.发电工段燃烧生成的CO2，在经过气液分离器13后输送到CO2压缩器14进行回收；这些CO2最后汇集到CO2压缩器14后，再输送到汽化炉2作为气化剂循环使用。
如附图2，经过CO分离单元7分离出一股（CO+CO2）>99%的CO气体，该部分CO气体部分进入发电工段，输出电力；剩下的CO气体部分通过CO精制单元8再次提纯后则作为高纯度（>99%）CO产品向外出售，部分CO气体与CO分离单元7分离出的另一股富H2合成气[根据甲醇生产的要求，一般（H2-CO）：（CO+CO2）>1:2]经压缩器15压缩后进入甲醇合成工段合成甲醇。合成的甲醇对外出售。工艺中产生的CO2来源及走向：1.汽化炉2产生的CO2，在经过脱CO2装置6后、经过CO精制单元8后和经过甲醇合成工段的甲醇精制装置17后分别输送到CO2压缩器14进行回收；2.发电工段燃烧生成的CO2，在经过气液分离器13后输送到CO2压缩器14进行回收；这些CO2最后汇集到CO2压缩器14后，再输送到汽化炉2作为气化剂循环使用。
如附图3，经过CO分离单元7分离出一股（CO+CO2）>99%的CO气体，该部分CO气体部分进入发电工段，输出电力；剩下的CO气体部分通过CO精制单元8再次提纯后则作为高纯度（>99%）CO产品向外出售，部分CO气体与CO分离单元7分离出的另一股富H2合成气进入甲醇合成工段生产甲醇，剩余的CO气体进入压缩机18压缩后与从甲醇合成工段中生产的甲醇一起进入醋酸合成装置19，生产醋酸。制得的醋酸对外出售。工艺中产生的CO2来源及走向：1.汽化炉2产生的CO2，在经过脱CO2装置6后、经过CO精制单元8后和经过甲醇合成工段的甲醇精制装置17后分别输送到CO2压缩器14进行回收；2.发电工段燃烧生成的CO2，在经过气液分离器13后输送到CO2压缩器14进行回收；这些CO2最后汇集到CO2压缩器14后，再输送到汽化炉2作为气化剂循环使用。
如附图4，为提高甲醇的产量，在气化工段中，粗合成气在通过高温锅3后，经过水蒸汽变换反应装置20，提高合成气中H2的含量。合成气中氢含量的增加可直接增加甲醇合成气中的氢含量，从而使甲醇增产。合成的甲醇对外出售。少部分CO进发电工段，发电仅提供厂用电。工艺中产生的CO2来源及走向：1.汽化炉2产生的CO2和变换反应产生的CO2，在经过脱CO2装置6后、经过CO精制单元8后和经过甲醇合成工段的甲醇精制装置17后分别输送到CO2压缩器14进行回收；2.发电工段燃烧生成的CO2，在经过气液分离器13后输送到CO2压缩器14进行回收；这些CO2最后汇集到CO2压缩器14后，再输送到汽化炉2作为气化剂循环使用。
如附图5，为提高甲醇的产量，在气化工段中，粗合成气在通过高温锅炉3后，经过水蒸汽变换反应装置20，提高合成气中H2的含量。由甲醇合成工段制造的甲醇与CO进入醋酸合成工段生产醋酸，相比于图3，由于在气化工段中增加了氢气含量，从而使甲醇合成量增加了，所以使用相同量的煤可增加醋酸产量。制得的醋酸对外出售，过量的CO也对外出售。少部分CO进发电工段，发电仅提供厂用电。工艺中产生的CO2来源及走向：1.汽化炉2产生的CO2和变换反应产生的CO2，在经过脱CO2装置6后、经过CO精制单元8后和经过甲醇合成工段的甲醇精制装置17后分别输送到CO2压缩器14进行回收；2.发电工段燃烧生成的CO2，在经过气液分离器13后输送到CO2压缩器14进行回收；这些CO2最后汇集到CO2压缩器14后，再输送到汽化炉2作为气化剂循环使用。
如附图6，为提高甲醇的产量，在气化工段中，粗合成气在通过高温锅炉3后，经过水蒸汽变换反应装置20，提高合成气中H2的含量。针对部分煤种为充分利用生产的CO提高醋酸产量，可外购甲醇，与甲醇合成工段产生的甲醇一起全部通入醋酸合成工段，将CO分离单元7中分离出的除了进入发电工段外的CO全部进入醋酸合成工段用来生产醋酸。少部分CO进发电工段，发电仅提供厂用电。工艺中产生的CO2来源及走向：1.汽化炉2产生的CO2和变换反应产生的CO2，在经过脱CO2装置6后和经过甲醇合成工段的甲醇精制装置17后分别输送到CO2压缩器14进行回收；2.发电工段燃烧生成的CO2，在经过气液分离器13后输送到CO2压缩器14进行回收；这些CO2最后汇集到CO2压缩器14后，再输送到汽化炉2作为气化剂循环使用。
实施例1
以大庄煤为例，气化单元采用以CO2代替H2O作为气化剂在1200～1600℃、0.1～10MP压力下进行煤气化反应，大庄煤是常见煤种之一，其碳含量较高，含氢量较低，大庄煤元素分析如下：
元素 C H N S O
含量(%) 72.4 3.4 1.4 0.9 3.1
以煤处理量为60万吨/年（以年运行8000工时计，每小时处理量为75t/hr）计，气化炉内工况数据如下：
工况数据表
Figure BDA00003096946400091
保持煤的处理量不变，维持氧煤比不变，维持反应温度在1600℃左右，以CO2逐步代替H2O（表中为0%、20%、40%、60%、80%、100%体积的H2O被相应量的CO2逐步代替），合成气中主要组分如下表所示：
大庄煤气化中固定温度和氧煤比条件下用CO2逐步取代H2O结果表
Figure BDA00003096946400092
与传统的氧气和水蒸汽作气化剂的气化工艺相比较，若保持氧煤比不变，并维持同样反应温度，对于年处理量60万吨（75t/hr）大庄煤的气化过程，有如下表对比。
Figure BDA00003096946400101
传统工艺中原料煤中C原子83%生成CO，其余生成CO2，产物CO中C原子100%来源于煤；新工艺中原料煤中C原子100%生成CO，产物CO中80.5%来源于煤，19.5%来源于CO2；生产等量的CO可节约33%的煤。
以年处理量60万吨（75t/hr）大庄煤为例，可按照不同工艺路线和主产品要求提供以下6种生产方案：
方案1：以发电和售卖CO为主
如附图1所示，以发电和售卖高纯（>99%）CO为目的，粗合成气脱硫脱碳后部分[每小时约9.93tCO+2.41wtCO2)]去发电工段发电，其余合成气经CO分离单元7将CO和H2分离，部分CO[约126.60t/hr]经精制后售卖，其余CO[约20.60t/hr]和全部H2[约2.09t/hr]进发电工段发电。
CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400112
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
方案2：发电、售卖CO和生产甲醇
如附图2所示，以发电和生产甲醇为主，粗合成气经脱硫脱碳后经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时约14.71tCO+2.40tCO2+2.09tH2]进甲醇合成工段，分离出来的富CO气[约30.51t/hr]部分进发电工段发电，其余[约111.90t/hr]经精制后售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400114
Figure BDA00003096946400121
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400122
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400123
方案3：发电、售卖CO和生产醋酸
如附图3所示，以发电和生产醋酸为主，粗合成气经高温锅炉和余热锅炉废热，回收热量去蒸汽发电，合成气经脱硫脱碳后经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时约14.71tCO+2.40tCO2+2.09tH2]进甲醇合成工段，分离出来的富CO气部分[约30.59t/hr]进发电工段发电，另一部分[约13.93t/hr]经提纯后与甲醇合成工段生产的甲醇反应生产醋酸，剩余CO[约97.90t/hr]精制后售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400132
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400133
Figure BDA00003096946400141
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400142
方案4：售卖CO和生产甲醇为主，有变换反应
如附图4所示，以售卖CO和生产甲醇为主，粗合成气经高温锅炉后进行变换反应[每小时加入约15.94t水蒸气，消耗约24.76tCO，生成约38.91tCO2和约1.78tH2]，提高合成气中H2含量；再经余热锅炉回收热量去发电工段发电，合成气经脱硫脱碳后分离出来的CO2进CO2压缩器，经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时27.23tCO+4.44tCO2+3.86tH2]进甲醇合成工段合成甲醇，部分富CO气[约5.53t/hr]进发电工段发电以供厂用电，其余[约99.61t/hr]经精制后售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400143
Figure BDA00003096946400151
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400153
方案5：售卖CO和生产醋酸为主，有变换反应
如附图5所示，以售卖CO和生产醋酸为主，粗合成气经高温锅炉后进行变换反应[每小时加入约15.94t水蒸气，消耗约24.76tCO，生成约38.91tCO2和约1.78tH2]提高合成气中H2含量，再经余热锅炉废热，回收热量去发电工段发电，合成气经脱硫脱碳后分离出来的CO2进CO2压缩器（14），经CO分离调整氢碳比[其中每小时27.23tCO+4.44tCO2+3.86tH2]进甲醇合成工段合成甲醇，部分富CO气[约5.54t/hr]进燃烧室燃烧发电以供厂用电，另一部分[约26.90t/hr]经提纯后与甲醇单元生产的甲醇反应生产醋酸，剩余CO[约72.70t/hr]售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400161
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400162
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400163
方案6：生产醋酸为主，有变换反应
如附图6所示，以生产醋酸为主，并外购甲醇以充分消耗CO，粗合成气经高温锅炉后进行变换反应[每小时加入约15.94t水蒸气，消耗约24.76tCO，生成约38.91tCO2和约1.78tH2]，提高合成气中H2含量，再经余热锅炉废热，回收热量去发电工段发电，合成气经脱硫脱碳后分离出来的CO2进CO2压缩器14，经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时27.23tCO+4.44tCO2+3.86tH2]进甲醇合成工段合成甲醇，分离出来的富CO气部分[约5.54t/hr]进发电工段发电以供厂用电，其余[约99.60t/hr]经精制后与甲醇合成工段生产的甲醇反应生产醋酸，并外购部分甲醇[约83.09t/hr]以使CO全部消耗。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400172
Figure BDA00003096946400181
发电量和产品年产量如下，同时需外购甲醇66.47万吨/年：
产品产量表
Figure BDA00003096946400182
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400183
实施例2
以黄县煤为例，气化单元采用以CO2代替H2O作为气化剂在1200～1600℃、0.1～10MP压力下进行煤气化反应。黄县煤也是常见煤种，其碳含量较低，但含氢含氧量高。黄县煤元素分析如下：
元素 C H N S O
含量(%) 68 6.2 1.4 0.5 14.5
同样以煤处理量为60万吨/年（以年运行8000工时计，每小时处理量为75t/hr）计，工况数据同实施例1。
保持煤的处理量不变，维持氧煤比不变，维持反应温度在1600℃左右，以CO2逐步代替H2O，合成气中主要组分如下：
黄县煤气化中固定温度和氧煤比条件下用CO2逐步取代H2O结果表
Figure BDA00003096946400191
与传统的氧气和水蒸汽作气化剂的气化工艺相比较，若保持氧煤比不变，并维持同样反应温度，年处理量60万吨（75t/hr）黄县煤的气化过程，有如下对比。
传统工艺中原料煤中C原子88.8%生成CO，其余生成CO2，产物CO中C原子100%来源于煤；新工艺中原料煤中C原子100%生成CO，产物CO中90%来源于煤，10%来源于CO2；生产等量的CO可节约20%的煤。
以年处理量60万吨原煤为例，可按照不同工艺路线和主产品要求提供以下6种生产方案：
方案1：以发电和售卖CO为主
如附图1所示，以发电和售卖高纯（>99%）CO为目的，粗合成气脱硫脱碳后部分[每小时约6.48tCO+1.58tCO2)]去发电工段发电，其余合成气经CO分离单元7将CO和H2分离，部分CO[约119.00t/hr]经精制后售卖，其余CO[约6.45t/hr]和全部H2[约3.96t/hr]进发电工段发电。
CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400201
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400202
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400211
方案2：发电、售卖CO和生产甲醇
如附图2所示，以发电和生产甲醇为主，粗合成气经脱硫脱碳后经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时约27.74tCO+4.55tCO2+3.96tH2]进甲醇合成工段，分离出来的富CO气部分[约13.05t/hr]进发电工段发电，其余[约91.14t/hr]经精制后售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400212
发电量和产品年产量如下：：
产品产量表
Figure BDA00003096946400221
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
方案3：发电、售卖CO和生产醋酸
如附图3所示，以发电和生产醋酸为主，粗合成气经高温锅炉和余热锅炉废热，回收热量去蒸汽发电，经脱硫脱碳后经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时约27.74tCO+4.55tCO2+3.96tH2]进甲醇合成工段，分离出来的富CO气部分[约13.00t/hr]进发电工段发电，另一部分[约27.76t/hr]经提纯后与甲醇合成工段生产的甲醇反应生产醋酸，剩余CO[约63.43t/hr]精制后售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400223
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400232
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400233
方案4：售卖CO和生产甲醇为主，有变换反应
如附图4所示，以售卖CO和生产甲醇为主，粗合成气经高温锅炉后进行变换反应[每小时加入约6.30t水蒸气，消耗约9.79tCO，生成约15.38tCO2和约0.70tH2]，提高合成气中H2含量；再经余热锅炉回收热量去发电工段发电，合成气经脱硫脱碳后分离出来的CO2进CO2压缩器，经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时32.64tCO+5.35tCO2+4.66tH2]进甲醇合成工段合成甲醇，部分富CO气[约3.25t/hr]进发电工段发电以供厂用电，其余[约86.24t/hr]经精制后售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400241
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400242
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
方案5：生产醋酸为主，有变换反应
如附图5所示，以售卖CO和生产醋酸为主，粗合成气经高温锅炉后进行变换反应[每小时加入约6.30t水蒸气，消耗约9.79tCO，生成约15.38tCO2和约0.70tH2]，提高合成气中H2含量，再经余热锅炉废热，回收热量去发电工段发电，合成气经脱硫脱碳后分离出来的CO2进CO2压缩器（14），经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时32.64tCO+5.35tCO2+4.66tH2]进甲醇合成工段合成甲醇，部分富CO气[约3.25t/hr]进燃烧室燃烧发电以供厂用电，另一部分[约32.66t/hr]经提纯后与甲醇单元生产的甲醇反应生产醋酸，剩余CO[约53.59t/hr]售卖。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400252
Figure BDA00003096946400261
发电量和产品年产量如下：
产品产量表
Figure BDA00003096946400262
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400263
方案6：生产醋酸为主，有变换反应
如附图6所示，以生产醋酸为主，并外购甲醇以充分消耗CO，粗合成气经高温锅炉后进行变换反应[每小时加入约6.30t水蒸气，消耗约9.79tCO，生成约15.38tCO2和约0.70tH2]，提高合成气中H2含量，同时生成CO2，再经余热锅炉废热，回收热量去发电工段发电，合成气经脱硫脱碳后分离出来的CO2进CO2压缩器14，经CO分离调整氢碳比，其中部分[每小时32.64tCO+5.35tCO2+4.66tH2]进甲醇合成工段合成甲醇，分离出来的富CO气部分[约3.25t/hr]进发电工段发电以供厂用电，其余[约86.25t/hr]经精制后与甲醇合成工段生产的甲醇反应生产醋酸，并外购部分[约61.25t/hr]甲醇以使CO全部消耗。CO2循环物料平衡表如下：
CO2循环物料平衡表（单位：t/hr）
Figure BDA00003096946400271
发电量和产品年产量如下，同时需外购甲醇49万吨/年：
产品产量表
Figure BDA00003096946400272
碳原子平衡情况如下：
碳原子平衡表
Figure BDA00003096946400273
Figure BDA00003096946400281
通过以上实施例1和2的不同方案可以看出，煤种的元素组成对产品结构有较大影响，含H量较高的煤（如实施例二中的黄县煤）具有较大优势：生产等量的甲醇可以售卖较少的CO，或生产等量的醋酸可以外购较少的甲醇。
以上各实施例中的方案仅为例证方案，且均为极端生产状况，实际生产中可根据实际需要调节合成气流向分配，从而调节电、CO、甲醇、醋酸各部分的生产比例。
采用本发明所述的方法，与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明将生产过程中产生的CO2通过高温煤气化技术转化为CO，CO可作为碳一化工原料，有效实现了CO2的资源化利用，实现整个系统的CO2零排放；
2.采用CO2代替水作为煤高温气化剂，节约了水资源，并使CO2中的碳原子被有效利用；
3.采用电力、CO、甲醇、醋酸等化工品联产工艺，实现了系统内化、热、电合理匹配及产量灵活调节等问题；
4.本发明可根据不同煤种的含C量、含H量的不同进行工艺路线和各产品的产量进行调整，更适合含H量较高的煤种；
5.整个工艺流程原子利用率高，能源、资源利用率高，环境友好，经济效益高。

Claims (9)

1.一种CO2零排放的煤基电力与化工品联产工艺，其特征在于，工艺中产生的CO2全部输回气化炉循环使用，全过程无CO2对外排放。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a.原料煤经预处理，然后以干粉状态进入气化炉（2），并在0～10Mpa的压强和1200～1600℃温度的条件下进行气化反应，获得粗合成气；
b.粗合成气先经过高温锅炉（3）和余热锅炉（4）冷却，经洗涤除尘后，进行脱S和脱CO2制得合成气，并将分离出的CO2全部输回气化炉（2）；然后将获得的合成气输送CO分离单元（7）中；
c.经CO分离单元（7）后的气体可根据生产工艺的需要分成三股：第一股CO气体作为燃料进入发电工段燃烧发电，燃烧发电后产生的CO2全部输送回气化炉（2）参与气化反应；第二股富H2气的CO气体进入甲醇合成工段生产甲醇，或生产的甲醇进入醋酸合成工段与CO反应进一步生产醋酸；第三股剩余的CO气体直接向外输送售卖。
3.如权利要求1或2所述的工艺的应用，其特征在于，所述的工艺用于输出电力和生产CO。
4.如权利要求1或2所述的工艺的应用，其特征在于，所述的工艺用于输出电力和生产CO与甲醇。
5.如权利要求1或2所述的工艺的应用，其特征在于，所述的工艺用于输出电力和生产CO与醋酸。
6.如权利要求1或2所述的工艺的应用，其特征在于，所述的工艺用于生产CO和甲醇。
7.如权利要求1或2所述的工艺的应用，其特征在于，所述的工艺用于生产CO和醋酸。
8.如权利要求1或2所述的工艺的应用，其特征在于，所述的工艺用于生产醋酸。
9.一种CO2零排放的煤气化新工艺，其特征在于，采用CO2完全代替水蒸汽作为气化剂。
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