CN104531214B - 太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤化工领域，涉及太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置及其工艺，包括：太阳能空气能风能发电系统、智能送煤器、煤炭催化装置、过滤器、发电系统、粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器、CO₂捕集器、CO₂分离器、远程防爆监控中心；所述智能送煤器与煤炭催化装置连接，煤炭催化装置与发电系统、过滤器连接，过滤器与CO₂捕集器连接，发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分离器连接。本发明的有益效果在于：能够进行一体化联合生产，节约资源，提高热能利用率，超净排放。

Description

太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置及其工艺

技术领域

本发明涉及煤化工领域，尤其涉及太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置及其工艺。

背景技术

煤炭是中国的主要化石能源，也是许多重要化工品的主要原料。中国的煤制油项目在一系列的技术支持下已经实现了工业化生产。但煤化工业产业的快速发展带来了一系列的问题，如对煤炭资源、生态环境的破坏，一些盲目的规划不顾及资源生态的承载能力，不仅对煤化工产业的可持续发展造成不利，对社会经济持续稳定健康发展也有不利的影响。目前，国内外电解铝和煤制尿素、碳黑、油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃，以及粉煤灰造纸等产品生产的缺点，一是高能耗，二是高污染，三是效益低，四是二氧化碳和粉煤灰循环利用率低。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置及其工艺，实现无污染排放，实现太阳能、煤、发电、电解铝、尿素、碳黑、油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃、可降解塑料、造纸等产品一体化联合生产。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置，包括：太阳能空气能风能发电系统、智能送煤器、碳处理装置、过滤器、其他发电系统、粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器、CO₂捕集器、CO₂分解器、远程防爆监控中心；所述智能送煤器与碳处理装置连接，碳处理装置与其他发电系统、过滤器连接，过滤器与CO₂捕集器连接，其他发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分解器连接；智能送煤器将煤粉送入碳处理装置进行处理后送入其他发电系统进行燃烧发电，产生的烟气送入碳处理装置循环利用，产生的电供太阳能铝电解器工作，粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器；碳处理装置及太阳能铝电解器产生的CO₂被CO₂捕集器捕集后送入CO₂分解器，分离的氧气供其他发电系统燃烧发电；远程防爆监控中心监控装置的安全工作。

作为优选，所述碳处理装置为太阳能催化器，其他发电系统为燃气发电系统；所述智能送煤器将煤送入太阳能催化器催化后经过滤器将可燃气体送燃气发电系统。

作为优选，所述碳处理装置为太阳能超重力转鼓干燥器，其他发电系统为特超锅炉发电系统；太阳能超重力转鼓干燥器将经热处理的脱水煤送入特超锅炉发电系统，太阳能超重力转鼓干燥器将煤热处理产生的混合气体经过滤器过滤，其中可燃气体送特超锅炉发电系统燃烧发电，剩余气体送CO₂捕集器捕集CO₂；特超锅炉发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与氧化铝电容器、太阳能水电解器连接，太阳能水电解器电解得到的氧气送O₂罐，得到的氢气送H₂罐；氧化铝电容器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分解器连接，CO₂分解器得到氧气送O₂罐，得到碳黑送碳黑罐。

作为优选，所述太阳能超重力转鼓干燥器包括粉煤进口、烟气输送进口、太阳能超重力转鼓干燥室、太阳能超重力转鼓干燥器转动轴、脱水煤出口、混合气体出口；所述智能送煤器与粉煤进口连接，特超锅炉发电系统与烟气输送进口连接，脱水煤出口与特超锅炉发电系统连接，混合气体出口与过滤器连接；所述粉煤进口、烟气输送进口、脱水煤出口、混合气体出口与太阳能超重力转鼓干燥室连接，太阳能超重力转鼓干燥器转动轴带动太阳能转鼓干燥室转动。

太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环工艺，包括以下步骤：

1)打开各个装置的开关，远程防爆监控中心监控各装置的温度、气体成分、压力值；

2)智能送煤器将煤送入碳处理装置后送其他发电系统燃烧发电，燃烧发电产生烟气及粉煤灰；

3)其他发电系统将烟气送入碳处理装置，粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器，燃烧的电力供其他装置使用，燃烧得到的热量供碳处理装置使用；

4)碳处理装置输出的混合气体经过滤器过滤得到可燃气体及其他气体，可燃气体送其他发电系统燃烧反应，其他气体送CO₂捕集器捕集CO₂；CO₂捕集器捕集到的CO₂在CO₂分解器中发生碳氧分离生成碳黑和氧气，氧气循环利用于其他发电系统；

5)粉煤灰电融固液分离器提取粉煤灰中的氧化硅与氧化铝，剩余部分用来造纸，造纸产生的污水进行电离后产生H₂与O₂，O₂循环用于其他发电系统，H₂循环作用于CO₂捕集器未捕集到的CO₂，相互反应制备油、天然气、甲醇、烯烃、降解塑料等能源物质；氧化铝和铝矿粉与碳反应在电力作用下电解产生铝，铝可制造铝合金，产生的CO₂捕集后再加工。

本发明的有益效果在于：本发明能够实现太阳能、煤、发电、电解铝、尿素、碳黑、油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃、可降解塑料、造纸等产品一体化联合生产。一是节约资源，二氧化碳、氧气、氢气、粉煤灰、烟气余热等100％循环利用。二是纯氧燃烧发电，提高热能利用率。三是充分利用太阳能、空气能、风能等非石化清洁能源。四是超净排放，降低各产品综合生产成本60％以上。五是装置结构合理，整套设施能够减少设备投入资金。

附图说明

图1是本发明的原理结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明的太阳能超重力转鼓干燥器的结构示意图；

图中：1、粉煤进口；2、烟气输送进口；3、太阳能超重力转鼓干燥器转动轴；41、太阳能超重力转鼓干燥室A；42、太阳能超重力转鼓干燥室B；43、太阳能超重力转鼓干燥室C；5、脱水煤出口；6、混合气体出口；71、远程防爆监控器A；72、远程防爆监控器B；73、远程防爆监控器C。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：如图1所示，太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置，包括：太阳能空气能风能发电系统、智能送煤器、碳处理装置、过滤器、发电系统、粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器、CO₂捕集器、CO₂分解器、远程防爆监控中心。在实际应用中，碳处理装置为太阳能催化器，发电系统为燃气发电系统。所述智能送煤器与太阳能催化器连接，太阳能催化器与燃气发电系统、过滤器连接，过滤器与CO₂捕集器连接；燃气发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分解器连接；智能送煤器将煤粉送入太阳能催化器进行CO₂气化处理后经过滤器过滤出可燃气体，可燃气体送入燃气发电系统进行燃烧发电，燃气发电系统产生的烟气送入太阳能催化器循环利用，燃气发电系统产生的电供太阳能铝电解器工作；过滤器过滤得到的粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器；太阳能催化器及太阳能铝电解器产生CO₂，一部分CO₂被CO₂捕集器捕集后送入CO₂分解器，分离的氧气供发电系统燃烧发电；另一部分CO₂作为原料循环利用生产油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃、尿素、可降解塑料等产品；远程防爆监控中心监控装置的安全工作。

其中，太阳能催化器为太阳能等离子体炬催化器，催化温度为900—1300℃。

太阳能空气能风能发电系统，将太阳能、空气能、风能和煤电所发的电，进行无缝切换，共各系统动力用电。

智能送煤器，将煤炭经粉碎精选后，智能计量输送到太阳能超重力转鼓干燥器干燥。

粉煤灰电融固液分离器，将高温粉煤灰进行固液分离，其中液体的氧化铁硅钠钾，经造纤维丝送造纸系统造纸，或单独提取氧化硅、氧化铁、氧化钠、氧化钾。固体送氧化铝电融器，供太阳能铝电解器制取铝合金。粉煤灰电融固液分离器的温度为1550—1650℃。

太阳能铝电解器，将氧化铝和铝矿粉进行电解。太阳能铝电解器的温度为900—1200℃。

太阳能水电解器，将造纸污水经处理后进行电解，产生氢气和氧气。氢气循环利用制取油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃、可降解塑料等产品。

CO₂捕集器，将过滤器过滤的二氧化碳进行捕集，一部分循环利用生产油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃、可降解塑料等产品，一部送CO₂分解器分离。

CO₂分解器，将CO₂分离制取碳黑和氧气。

远程防爆监控中心，对各系统的温度、压力、气态成分等进行在线远程防爆。

利用上述装置实现的太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环工艺，包括以下步骤：

1)打开各个装置的开关，远程防爆监控中心监控各装置的温度、气体成分、压力值；

2)智能送煤器将煤计量送入太阳能催化器，太阳能催化器将CO₂气化为以CO为主的可燃气体，可燃气体送发燃气电系统燃烧发电，燃烧发电产生烟气及粉煤灰；

3)燃气发电系统将烟气送入太阳能催化器，粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器，燃烧的电力供其他装置使用，燃烧得到的热量供太阳能催化器使用；

4)太阳能催化器输出的混合气体经过滤器过滤得到可燃气体及其他气体，可燃气体送燃气发电系统燃烧反应，其他气体送CO₂捕集器捕集CO₂；捕集的部分CO₂在CO₂分解器中发生碳氧分离生成碳黑和氧气，氧气循环利用于发电系统；

5)粉煤灰电融固液分离器提取粉煤灰中的氧化硅与氧化铝，剩余部分用来造纸，造纸产生的污水进行电离后产生H₂与O₂，O₂循环用于发电系统，H₂循环作用于前面所述未被捕集的CO₂，相互反应制备油、天然气、甲醇、烯烃、降解塑料等能源物质；氧化铝和铝矿粉与碳反应在电力作用下电解产生铝，铝可制造铝合金，产生的CO₂捕集后再加工。

实施例2：如图2所示，太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置，包括：太阳能空气能风能发电系统、智能送煤器、太阳能超重力转鼓干燥器、特超锅炉发电系统、粉煤灰电融固液分离器、氧化铝电融器、太阳能铝电解器、过滤器、CO₂捕集器、CO₂分解器、太阳能水电解器、远程防爆监控中心；所述智能送煤器与太阳能超重力转鼓干燥器连接，太阳能超重力转鼓干燥器与过滤器、特超锅炉发电系统、过滤器连接，过滤器与CO₂捕集器连接，特超锅炉发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与氧化铝电融器、太阳能水电解器连接，氧化铝电融器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分解器连接；智能送煤器将煤炭经粉碎精选后，智能计量输送到太阳能超重力转鼓干燥器，太阳能超重力转鼓干燥器将经热处理脱除煤粉中水分和挥发分的脱水煤送入特超锅炉发电系统，太阳能超重力转鼓干燥器将煤热处理产生的水蒸汽和挥发分产生的混合气体经过滤器过滤，其中可燃气体送特超锅炉发电系统燃烧发电，剩余气体送CO₂捕集器捕集CO₂；特超锅炉发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与氧化铝电容器、太阳能水电解器连接，太阳能水电解器电解得到的氧气送O₂罐，得到的氢气送H₂罐；氧化铝电容器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分解器连接，CO₂分解器得到氧气送O₂罐，得到碳黑送碳黑罐。

太阳能空气能风能发电系统，将太阳能、空气能、风能和煤电所发的电，进行无缝切换，共各系统动力用电。

智能送煤器，将煤炭经粉碎精选后，智能计量输送到太阳能超重力转鼓干燥器干燥。

太阳能超重力转鼓干燥器，将经热处理脱除煤粉中水分和挥发分(如：氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体等)的脱水煤，送特超锅炉发电系统燃烧发电。煤热处理产生的水蒸汽和挥发分产生的混合气体经过滤器过滤，其中可燃气体(氢气、甲烷、一氧化碳)送特超锅炉发电系统燃烧发电。

优选太阳能超重力转鼓干燥器热处理的温度为150—500℃。

特超锅炉发电系统，对脱水煤和可燃气体(氢气、甲烷、一氧化碳)进行纯氧燃烧发电，粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器分离，烟气100％循环送太阳能超重力转鼓干燥器对煤粉进行热处理。

优选特超锅炉纯氧燃烧的温度为1550—1800℃。

粉煤灰电融固液分离器，将高温粉煤灰进行固液分离，其中液体的氧化铁硅钠钾，经造纤维丝送造纸系统造纸，或单独提取氧化硅、氧化铁、氧化钠、氧化钾。固体送氧化铝电融器，供太阳能铝电解器制取铝合金。

优选粉煤灰电融固液分离器的温度为1550—1650℃。

太阳能铝电解器，将氧化铝和铝矿粉进行电解。

优选太阳能铝电解器的温度为900—1200℃。

太阳能水电解器，将造纸污水经处理后进行电解，产生氢气和氧气。氢气循环利用制取油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃、可降解塑料等产品。

CO₂捕集器，将过滤器过滤的二氧化碳进行捕集，一部分循环利用生产油、天然气、甲醇、二甲醚、烯烃、可降解塑料等产品，一部送CO₂分解器分离。

CO₂分解器，将CO₂分离制取碳黑和氧气。

远程防爆监控中心，对各系统的温度、压力、气态成分等进行在线远程防爆监控管理。

本发明太阳能水电解器和CO₂分解器制取的氧气，供特超锅炉进行纯氧燃烧。

本发明各系统实行封闭式联合循环，达到各污染物超净排放。

利用上述装置实现的太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环工艺，包括以下步骤：

1)打开各个装置的开关，远程防爆监控中心监控各装置的温度、气体成分、压力值；

2)智能送煤器将煤计量送入太阳能超重力转鼓干燥器，太阳能转鼓干燥器将经热处理的脱水煤送特超锅炉气电系统燃烧发电，燃烧发电产生烟气及粉煤灰；煤热处理产生的水蒸汽和挥发分产生的混合气体经过滤器过滤，其中可燃气体(氢气、甲烷、一氧化碳)送特超锅炉发电系统燃烧发电。

3)特超锅炉发电系统将烟气送入太阳能超重力转鼓干燥器，粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器，燃烧的电力供其他装置使用，燃烧得到的热量供太阳能催化器使用；

4)太阳能催化器输出的混合气体经过滤器过滤得到可燃气体及其他气体，可燃气体送燃气发电系统燃烧反应，其他气体送CO₂捕集器捕集CO₂；捕集的部分CO₂在CO₂分解器中发生碳氧分离生成碳黑和氧气，氧气循环利用于发电系统；

5)粉煤灰电融固液分离器提取粉煤灰中的氧化硅与氧化铝，剩余部分用来造纸，造纸产生的污水进行电离后产生H₂与O₂，O₂循环用于发电系统，H₂循环作用于前面所述未被捕集的CO₂，相互反应制备油、天然气、甲醇、烯烃、降解塑料等能源物质；氧化铝和铝矿粉与碳反应在电力作用下电解产生铝，铝可制造铝合金，产生的CO₂捕集后再加工。

如图3所示，太阳能超重力转鼓干燥器包括粉煤进口1、烟气输送进口2、太阳能超重力转鼓干燥器转动轴3、太阳能超重力转鼓干燥室A 41、太阳能超重力转鼓干燥室B42、太阳能超重力转鼓干燥室C 43、脱水煤出口5、混合气体出口6、远程防爆监控器A71、远程防爆监控器B72、远程防爆监控器C73；太阳能超重力转鼓干燥室A 41、太阳能超重力转鼓干燥室B42、太阳能超重力转鼓干燥室C 43依次连接；智能送煤器与粉煤进口1连接，特超锅炉发电系统与烟气输送进口2连接，脱水煤出口5与特超锅炉发电系统连接，混合气体出口6与过滤器连接；所述粉煤进口1、烟气输送进口2、脱水煤出口5、混合气体出口6与太阳能超重力转鼓干燥室连接，太阳能超重力转鼓干燥器转动轴3带动太阳能转鼓干燥室转动。

实施步骤

第一步、打开太阳能超重力转鼓干燥器转鼓轴3电源开关。

第二步、分别打开粉煤进口1、烟气输送进口2开关，将煤浆和高温烟气送入太阳能超重力转鼓干燥室A41内快速催化，经太阳能超重力转鼓干燥室B42、太阳能超重力转鼓干燥室C43继续干燥后，脱水煤从脱水煤出口5送到特超锅炉发电系统进行燃烧发电。产生的混合气体经混合气体出口6送过滤器6进行过滤处理。

第三步、打开远程防爆监控器A71、远程防爆监控器B72、远程防爆监控器C73电源开关，在线监测各干燥室温度、压力、气体成分含量。

优选太阳能超重力转鼓干燥器的干燥温度为150—500℃。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置，其特征在于包括：太阳能空气能风能发电系统、智能送煤器、碳处理装置、过滤器、其他发电系统、粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器、CO₂捕集器、CO₂分解器、远程防爆监控中心；所述智能送煤器与碳处理装置连接，碳处理装置与其他发电系统、过滤器连接，过滤器与CO₂捕集器连接，其他发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分解器连接；智能送煤器将煤粉送入碳处理装置进行处理后送入其他发电系统进行燃烧发电，产生的烟气送入碳处理装置循环利用，产生的电供太阳能铝电解器工作，粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器；碳处理装置及太阳能铝电解器产生的CO₂被CO₂捕集器捕集后送入CO₂分解器，分离的氧气供其他发电系统燃烧发电；远程防爆监控中心监控装置的安全工作。

2.根据权利要求1所述的太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置，其特征在于，所述碳处理装置为太阳能催化器，其他发电系统为燃气发电系统；所述智能送煤器将煤送入太阳能催化器催化后经过滤器将可燃气体送燃气发电系统。

3.根据权利要求1所述的太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置，其特征在于，所述碳处理装置为太阳能超重力转鼓干燥器，其他发电系统为特超锅炉发电系统；太阳能超重力转鼓干燥器将经热处理的脱水煤送入特超锅炉发电系统，太阳能超重力转鼓干燥器将煤热处理产生的混合气体经过滤器过滤，其中可燃气体送特超锅炉发电系统燃烧发电，剩余气体送CO₂捕集器捕集CO₂；特超锅炉发电系统与粉煤灰电融固液分离器、太阳能铝电解器连接，粉煤灰电融固液分离器与氧化铝电容器、太阳能水电解器连接，太阳能水电解器电解得到的氧气送O₂罐，得到的氢气送H₂罐；氧化铝电容器与太阳能铝电解器连接，太阳能铝电解器与CO₂捕集器、太阳能空气能风能发电系统连接，CO₂捕集器与CO₂分解器连接，CO₂分解器得到氧气送O₂罐，得到碳黑送碳黑罐。

4.根据权利要求3所述的太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环装置，其特征在于，所述太阳能超重力转鼓干燥器包括粉煤进口、烟气输送进口、太阳能超重力转鼓干燥室、太阳能超重力转鼓干燥器转动轴、脱水煤出口、混合气体出口；所述智能送煤器与粉煤进口连接，特超锅炉发电系统与烟气输送进口连接，脱水煤出口与特超锅炉发电系统连接，混合气体出口与过滤器连接；所述粉煤进口、烟气输送进口、脱水煤出口、混合气体出口与太阳能超重力转鼓干燥室连接，太阳能超重力转鼓干燥器转动轴带动太阳能转鼓干燥室转动。

5.一种应用于如权利要求1所述装置的太阳能煤电铝肥碳油纸一体化碳氢氧循环工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)打开各个装置的开关，远程防爆监控中心监控各装置的温度、气体成分、压力值；

2)智能送煤器将煤送入碳处理装置后送其他发电系统燃烧发电，燃烧发电产生烟气及粉煤灰；

3)其他发电系统将烟气送入碳处理装置，粉煤灰送粉煤灰电融固液分离器，燃烧的电力供其他装置使用，燃烧得到的热量供碳处理装置使用；

4)碳处理装置输出的混合气体经过滤器过滤得到可燃气体及其他气体，可燃气体送其他发电系统燃烧反应，其他气体送CO₂捕集器捕集CO₂；CO₂捕集器捕集到的CO₂在CO₂分解器中发生碳氧分离生成碳黑和氧气，氧气循环利用于其他发电系统；

5)粉煤灰电融固液分离器提取粉煤灰中的氧化硅与氧化铝，剩余部分用来造纸，造纸产生的污水进行电离后产生H₂与O₂，O₂循环用于其他发电系统，H₂循环作用于CO₂捕集器未捕集到的CO₂，相互反应制备油、天然气、甲醇、烯烃、降解塑料等能源物质；氧化铝和铝矿粉与碳反应在电力作用下电解产生铝，铝可制造铝合金，产生的CO₂捕集后再加工。