CN106281469B - 一种高压低温气体能源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压低温气体能源系统，包括间壁回转窑、高压燃料气二氧化碳储罐、高压氧气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐、1号燃料加注设备、2号燃料加注设备。间壁回转窑的分解气体出口通过脱焦油‑脱汞单元、煤气制氢‑脱氢单元和氢气压缩机连接到高压燃料气氮气储罐和高压燃料气二氧化碳储罐。二氧化碳产生设备通过二氧化碳压缩机连接到高压燃料气二氧化碳储罐和高压氧气二氧化碳储罐。高压燃料气氮气储罐与2号燃料加注设备连接，高压氧气二氧化碳储罐与楼宇的燃烧设备连接，高压燃料气二氧化碳储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。本发明高压低温气体作为汽车、轮船等的燃料，提高内燃机、燃气轮机的效率，降低能耗，开辟了能源利用的新途径。

Description

一种高压低温气体能源系统

技术领域

本发明属于储能用能技术领域，涉及一种高压低温气体能源系统。

背景技术

目前的汽车发动机、轮船发动机、燃气轮机等动力设备具有广泛的应用，但这些动力设备在做功效率上都不高，并且以传统的化石燃料为能量来源，做功的过程都包含气体压缩这一过程，气体压缩消耗设备本身的一部分能量，举例来说，燃气轮机主功率的三分之一用来驱动入口的压气设备，这些都不利于提高汽车、轮船等交通运输工具的发动机效率。现有的小区楼宇中，供暖制冷都需要消耗电力，电力成本高，特别是高峰电价更高，如果利用高压低温气体能源系统，特别是在用电高峰时也能提供冷量热量，能够大大节约成本，带来经济效益。

使用低热值的燃料气进行压缩可以增加内燃机的效率，但同时因为燃料热值的降低，燃烧性变差，降低了燃烧室的工作压力，不利于功率提升，所以目前需要一种具有高压低温的混合气，同时具有很好的可燃性，利用提高混合气的压力使得燃烧室中除了燃烧的热能同时利用了气体的压缩能，是以后新能源动力的发展方向。并且这种混合压缩气作为新的燃料来源方便制备，制造成本低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压低温气体能源系统，充分利用气体的压缩能进行做功，交通工具用少量燃料便可行驶较远距离，有利于降低能耗，减少污染物排放和温室效应，开辟能源利用的新途径。

本发明的技术方案是：高压低温气体能源系统，包括高压燃料气二氧化碳储罐、高压氧气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐、楼宇、煤粉仓、间壁回转窑和蒸汽锅炉。间壁回转窑设有进料口、出料口、烟气出口、冷却器、分解气体出口和烧嘴，进料口与煤粉仓连接，出料口与冷却器连接，烟气出口连接到蒸汽锅炉。蒸汽锅炉设有蒸汽盘管。系统设有1号燃料加注设备、2号燃料加注设备、用户单元、煤气制氢-脱氢单元、脱焦油-脱汞单元、空分单元压缩机、氢气压缩机、二氧化碳压缩机、二氧化碳产生设备和汽轮机。1号燃料加注设备和2号燃料加注设备与用户单元连接，氢气压缩机与汽轮机同轴连接，二氧化碳压缩机与汽轮机同轴连接，空分单元压缩机与汽轮机同轴连接，汽轮机的蒸汽入口与蒸汽盘管连接。分解气体出口与脱焦油-脱汞单元连接，脱焦油-脱汞单元的气体出口通过煤气制氢-脱氢单元和氢气压缩机连接到高压燃料气氮气储罐，脱焦油-脱汞单元的气体出口连接到高压燃料气氮气储罐和/或1号燃料加注设备入口内。空分单元压缩机的氧气出口连接到高压氧气二氧化碳储罐，氮气出口连接到高压燃料气氮气储罐。二氧化碳产生设备通过二氧化碳压缩机连接到高压燃料气二氧化碳储罐和高压氧气二氧化碳储罐。高压氧气二氧化碳储罐与楼宇的燃烧设1号燃料加注设备6和2号燃料加注设备11与用户单元10连接连接，高压燃料气二氧化碳储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。

氢气压缩机出口连接到高压燃料气二氧化碳储罐。能源系统设有燃料压缩机，煤气制氢-脱氢单元的脱氢煤气出口经过燃料压缩机连接到高压燃料气二氧化碳储罐，氢气出口经过氢气压缩机连接到高压燃料气氮气储罐。系统设有燃料压缩机，脱焦油-脱汞单元出口的一路通过燃料压缩机连接到高压燃料气二氧化碳储罐。燃料压缩机分别与汽轮机轴连接，汽轮机的蒸汽入口与蒸汽盘管连接。

系统设有焦炭磨粉机，冷却器通过焦炭磨粉机连接到烧嘴。系统设有二氧化碳净化设备，楼宇设有燃烧后的二氧化碳收集设备，锅炉的烟气出口和楼宇的二氧化碳收集设备通过二氧化碳净化设备连接到二氧化碳压缩机入口。高压燃料气二氧化碳储罐中燃料气与二氧化碳的体积比为：0:100～100:0，高压氧气二氧化碳储罐中氧气与二氧化碳的体积比为：0:100～100:0，高压燃料气氮气储罐燃料气与氮气的气体为：0:100～100:0。高压燃料气二氧化碳储罐、高压氧气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐的压力为0.1～100MPa。

燃料气可以是多种具有热值的气体，如氢气、甲烷、乙烷、一氧化碳等。高压燃料气氮气储罐中可通入部分高压氨气，氨气的来源为间壁回转窑中产生的煤气，即高压低温气体为氢气、氮气、甲烷气、氨气的混合气，也可以是二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氢气的混合气，其中每种成分可以按照需求调整比例。

间壁回转窑烧嘴可以使用空气、氧气或氧气与二氧化碳混合气作为助燃气，当以氧气或氧气与二氧化碳混合气为助燃气时，间壁回转窑的烟气经过锅炉后经二氧化碳净化设备净化，得到纯净的二氧化碳进入二氧化碳压缩机。楼宇的燃烧设备尾气进入二氧化碳收集设备，通过二氧化碳净化设备脱出水蒸气和残余的一氧化碳、氢气、甲烷、氧气等杂质，得到纯净的低压二氧化碳进行循环使用。

二氧化碳压缩机、燃料压缩机、空分单元压缩机、氢气压缩机可以利用低谷电、太阳能电、风电、潮汐能电等。这时所述间壁回转窑可采用电加热方式加热，不采用燃料加热，冷却的焦粉用于其他用处，在间壁回转窑内筒外壁上布置有电加热丝，电加热丝通过变电设备与电网连接。高压燃料气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐里面的燃料气可以被氢气、一氧化碳、甲烷、甲醇、乙醇、丙烷、丁烷、燃料油其中的一种或几种与二氧化碳混合物所代替，燃料与二氧化碳的体积比为：0:100~100:0，助燃气储罐的助燃气为氧气或氧气与二氧化碳的混合气体，氧气与二氧化碳的体积比为：0:100~100:0。上述的二氧化碳可以被氮气或其它惰性气体的一种或多种混合物代替。助燃气储罐可以用管道代替直接使用大气中的空气，而不使用助燃气储罐。

用户单元是交通工具，例如汽车、轮船、飞机、电动自行车等，通过管道或者罐装形式将高压燃料气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐与1号燃料加注设备或2号燃料加注设备连接，将燃料加注到以上交通工具的燃料箱。楼宇或其它固定的使用电力、制冷、制热的场所，通过管道或罐装形式将高压燃料气二氧化碳储罐、高压氧气二氧化碳储罐与动力设备连接。上述所使用的动力设备为汽轮机、膨胀机、烟气轮机、活塞式发动机，燃气轮机、内燃机、气体发动机或混合动力气体发动机。混合动力气体发动机在利用二氧化碳压力能的同时利用燃料的化学能同时做功。即在上述动力设备预制燃烧室、燃烧室或气缸内，二氧化碳释放压力能的同时，燃料产生化学反应包括燃烧、爆炸等，从而产生合成动力。

间壁回转窑由内环与外环之间的环形物料膛和中心的窑膛构成。间壁回转窑设有加料环和出料环，加料环上设有分解气体出口。煤粉仓通过加料环与环形物料膛连接，环形物料膛与冷却器连接。分解气体出口与脱焦油-脱汞单元连接。间壁回转窑的环形物料膛由耐材或金属材料制成。间壁回转窑设有加热丝，电加热丝通过变电设备与电网连接。

本发明高压低温气体能源系统将氮气和氢气等燃料气混合或二氧化碳和氢气等燃料气混合的低温高压气体作为汽车、轮船等交通工具的燃料，能够提高内燃机、燃气轮机等动力设备的热效率，同时减少氢燃料对动力设备的负面影响因素，提高了动力设备的稳定性，减少了动力设备的噪音，用少量燃料便可行驶较远距离，有利于降低能耗。充分利用气体压力能做功的同时，通过燃料燃烧、爆炸等反应使化学能释放同时进行做功。做功后产生的尾气温度更低，所以叫作低温动力，最大的特点是尾气中基本不排放有害物质。对固定用电、用热、用冷的场所和楼宇，采用高压二氧化碳和甲烷等燃料混合管道输送与高压二氧化碳和氧气混合管道输送到固定用电、用热、用冷的场所或楼宇，具有安全高效、无污染的特点，进入动力设备后产生低温动力，只产生水和二氧化碳，收集二氧化碳可以重新回收使用，进入回收管道，开辟能源利用的新途径。利用电加热丝加热间壁回转窑进行煤的干馏，增加了间壁回转窑操作的选择性和灵活性。二氧化碳和燃料、氮气易于获得。收集二氧化碳进行二次利用有利于将来二氧化碳的集中处理。所述能源系统从电厂、水泥厂、石灰煅烧厂、化工厂产生的各种尾气主要含有二氧化碳、氮气等成分，通过收集、净化加压并掺入燃料的方法，用于高压低温能源系统，给楼宇和交通工具供电、供热、供冷，实现了上述电厂、水泥厂、石灰煅烧厂、化工厂尾气的零排放，被收集净化后的尾气利用清洁能源如太阳能、风能、潮汐能及低谷电使得其进行压缩并掺入燃料成为低温动力，使不好利用和收集的清洁能源得到了有效利用，同时使清洁的尾气在利用一次以后再排放或循环再使用，减少了空气污染和温室效应。

附图说明

图1为本发明高压低温气体能源系统的流程示意图；

图2为本发明另一实施方案的流程示意图；

图3为本发明第三种实施方案的流程示意图；

图4为本发明第四种实施方案的流程示意图；

其中：1—楼宇、2—二氧化碳压缩机、3—高压燃料气二氧化碳储罐、4—高压氧气二氧化碳储罐、5—高压燃料气氮气储罐、6—1号燃料加注设备、7—煤气制氢-脱氢单元、8—燃料压缩机、9—变电设备、10—用户单元、11—2号燃料加注设备、12—脱焦油-脱汞单元、13—间壁回转窑、14—烧嘴、15—冷却器、16—煤粉仓、17—二氧化碳产生设备、18—空分单元压缩机、19—二氧化碳净化设备、20—氢气压缩机、21—蒸汽锅炉、22—发电单元、23—汽轮机、24—焦碳磨粉机、25—电加热丝、26—烟气净化设备、27—烟气压缩机、28—空气压缩机、29—高压空气储罐、30—高压燃料气烟气储罐、31—高压氢气烟气储罐、32—氮气脱水净化设备、33—制氮机、34—氮气压缩机、35—高压氮气氢气储罐、36—高压氢气储罐、37—第一能源系统、38—第二能源系统。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明高压低温气体能源系统如图1所示，包括高压燃料气二氧化碳储罐3、高压氧气二氧化碳储罐4、高压燃料气氮气储罐5、楼宇1、煤粉仓16、间壁回转窑13、1号燃料加注设备6、2号燃料加注设备11、用户单元10、煤气制氢-脱氢单元7、脱焦油-脱汞单元12、空分单元压缩机18、氢气压缩机20、二氧化碳压缩机2、二氧化碳产生设备17、发电单元22、汽轮机23和蒸汽锅炉21。间壁回转窑设有进料口、出料口、烟气出口、冷却器15、分解气体出口和烧嘴14，进料口与煤粉仓连接，煤粉仓中的燃料为煤粉，出料口与冷却器连接，烟气出口连接到蒸汽锅炉。1号燃料加注设备6和2号燃料加注设备11与用户单元10连接，燃料气为氢气，此时煤气制氢-脱氢单元7采用制氢模式将煤气中的甲烷、一氧化碳等气体转换为氢气。二氧化碳产生设备通过二氧化碳压缩机连接到高压燃料气二氧化碳储罐和高压氧气二氧化碳储罐。蒸汽锅炉设有蒸汽盘管，蒸汽盘管与汽轮机的蒸汽入口连接。二氧化碳压缩机与汽轮机同轴连接，氢气压缩机与汽轮机同轴连接，空分单元压缩机与汽轮机同轴连接，用汽轮机驱动汽轮机，带动二氧化碳压缩机、氢气压缩机和空分单元压缩机工作。分解气体出口与脱焦油-脱汞单元12连接，脱焦油-脱汞单元的一路气体出口通过煤气制氢单元和氢气压缩机连接到高压燃料气氮气储罐5和高压燃料气二氧化碳储罐3，脱焦油-脱汞单元的另一路为气体出口，气体出口连接到高压燃料气氮气储罐5和1号燃料加注设备6入口内。空分单元压缩机的氧气出口连接到高压氧气二氧化碳储罐，氮气出口连接到高压燃料气氮气储罐。高压燃料气氮气储罐与2号燃料加注设备连接，高压氧气二氧化碳储罐与楼宇燃烧设备连接，高压燃料气二氧化碳储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。用户单元10为轮船和汽车等交通工具。锅炉的烟气出口和楼宇的二氧化碳收集设备经二氧化碳净化设备19连接到二氧化碳压缩机2入口。

系统设有发电单元22，发电单元包括蒸汽轮机和发电机，发电机与蒸汽轮机轴连接，蒸汽轮机与蒸汽锅炉的蒸汽盘管连接。系统设有焦炭磨粉机24，冷却器15通过焦炭磨粉机连接到烧嘴14。系统设有二氧化碳净化设备19，楼宇设有燃烧后的二氧化碳收集设备，二氧化碳收集设备通过二氧化碳净化设备连接到二氧化碳压缩机。高压燃料气二氧化碳储罐中燃料气与二氧化碳的体积比为：50:50，高压氧气二氧化碳储罐中氧气与二氧化碳的体积比为：25:75，高压燃料气氮气储罐燃料气与氮气的体积比为：40:60。高压燃料气二氧化碳储罐、高压氧气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐的压力均30MPa。

本发明高压低温气体能源系统由间壁式回转窑对煤粉进行干馏和部分气化，干馏后的煤气经过脱焦油-脱汞单元脱除焦油和汞后送至煤气制氢单元制成氢气，氢气经过气体压缩设备压缩后送至高压燃料气二氧化碳储罐3和高压燃料气氮气储罐5。间壁回转窑中心窑膛高温尾气至锅炉，利用余热发生蒸汽驱动汽轮机做功，驱动二氧化碳压缩机、氢气压缩机和空分单元压缩机工作。空分设备的氧气送至高压氧气二氧化碳储罐4，氮气送至高压燃料气氮气储罐5。高压燃料气氮气储罐中的燃料气为氢气，可以混入部分甲烷气，高压燃料气氮气储罐作为燃料气送至2号燃料加注设备。高压燃料气二氧化碳储罐3的燃料气为氢气，可以混入部分甲烷气，分为两部分，一部分通过加注设备为汽车或轮船等动力设备进行燃料加注，一部分作为楼宇燃烧设备的燃料。高压氧气二氧化碳储罐中的氧气二氧化碳混合气为楼宇中的燃烧设备提供助燃气。高压燃料气氮气储罐中掺入部分氨气作为脱硝剂，掺入体积比为0~5%，以利于减少汽车轮船等排放气体中的氮氧化合物，汽车轮船的助燃剂来自周围环境中的空气。锅炉蒸汽盘管中富余的蒸汽通过发电单元发电，充分利用烟气的余热。楼宇中二氧化碳回收设备回收的二氧化碳作为补充二氧化碳源，到二氧化碳净化设备19脱去水和残余的氢气、氧气，经二氧化碳压缩机2到高压燃料气二氧化碳储罐3和高压氧气二氧化碳储罐4。间壁回转窑剩余未反应焦炭的固定碳含量是原有物料固定碳含量的50%，通过烧嘴14在间壁回转窑的中心窑膛内燃烧从而加热间壁回转窑内含碳物质。这时间壁回转窑13可采用电加热方式加热，不采用燃料加热，冷却的焦粉用于其他用处或采用完全气化法将焦粉在间壁回转窑环形转动空间内全部气化，在间壁回转窑内筒外壁上布置有电加热丝25，电加热丝通过变电设备9与电网连接。二氧化碳产生设备17提供的二氧化碳可以来自水泥、石灰、耐火材料行业中碳酸盐的分解、含碳物质的燃烧等过程中所产生的二氧化碳的收集、净化。

实施例2

本发明另一实施方式如图2所示，包括高压燃料气二氧化碳储罐3、高压氧气二氧化碳储罐4、高压燃料气氮气储罐5、楼宇1、煤粉仓16、间壁回转窑13、1号燃料加注设备6、2号燃料加注设备11、用户单元10、煤气制氢-脱氢单元7、燃料压缩机8、脱焦油-脱汞单元12、空分单元压缩机18、氢气压缩机20、二氧化碳压缩机2、二氧化碳产生设备17、发电单元22、汽轮机23和蒸汽锅炉21。间壁回转窑设有进料口、出料口、烟气出口、冷却器15、分解气体出口和烧嘴14，进料口与煤粉仓连接，出料口与冷却器连接，烟气出口连接到蒸汽锅炉。二氧化碳产生设备通过二氧化碳压缩机连接到高压燃料气二氧化碳储罐3和高压氧气二氧化碳储罐4。蒸汽锅炉设有蒸汽盘管，蒸汽盘管与汽轮机的蒸汽入口连接。二氧化碳压缩机与汽轮机同轴连接，氢气压缩机与汽轮机同轴连接，燃料压缩机与汽轮机同轴连接，空分单元压缩机与汽轮机同轴连接。分解气体出口通过脱焦油-脱汞单元与煤气制氢-脱氢单元连接，此时采用脱氢模式将氢气与甲烷、一氧化碳等气体分离，煤气制氢-脱氢单元的脱氢煤气出口经过燃料压缩机8连接到高压燃料气二氧化碳储罐3，氢气出口经过氢气压缩机20连接到高压燃料气氮气储罐5，脱焦油-脱汞单元的气体出口连接到高压燃料气氮气储罐和1号燃料加注设备6入口内，掺入量为0.5%。空分单元压缩机的氧气出口连接到高压氧气二氧化碳储罐，氮气出口连接到高压燃料气氮气储罐。高压燃料气氮气储罐与2号燃料加注设备连接，高压氧气二氧化碳储罐和楼宇连接，高压燃料气二氧化碳储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。锅炉的烟气出口和楼宇的二氧化碳收集设备经二氧化碳净化设备19连接到二氧化碳压缩机2入口。高压燃料气二氧化碳储罐中燃料气与二氧化碳的体积比为：60:40，燃料气为甲烷和一氧化碳的混合物，高压氧气二氧化碳储罐中氧气与二氧化碳的体积比为：25:75，高压燃料气氮气储罐燃料气与氮气的体积比为：40:60，燃料气为氢气。高压燃料气二氧化碳储罐、高压氧气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐的压力均为30MPa。高压燃料气二氧化碳储罐、高压氧气二氧化碳储罐、高压燃料气氮气储罐中的各种气体可以经过管道或者罐装方式进入楼宇1或者用户单元10。煤粉仓中的燃料为煤粉和秸秆混合物，煤粉和秸秆的质量比为90:10。

本过程由间壁式回转窑对煤粉进行干馏和部分气化，干馏和部分气化后的煤气经过脱焦油-脱汞单元脱除焦油和汞，煤气中的氢气经过煤气制氢-脱氢单元与甲烷、一氧化碳等气体分离，经氢气压缩机压缩后送至高压燃料气氮气储罐5。间壁回转窑中心窑膛高温尾气至锅炉，利用余热产生蒸汽驱动汽轮机做功，带动二氧化碳压缩机、氢气压缩机、燃料压缩机和空分单元压缩机进行压缩工作。间壁回转窑的助燃气为氧气和二氧化碳，经过锅炉的尾气经二氧化碳净化设备19净化后送至二氧化碳压缩机。空分设备的氧气送至高压氧气二氧化碳储罐4，氮气送至高压燃料气氮气储罐5。高压燃料气氮气储罐中的燃料气为氢气，可以混入部分甲烷气，高压燃料气氮气储罐中混合气体作为燃料气送至2号燃料加注设备。高压燃料气二氧化碳储罐3的燃料为甲烷及一氧化碳，可以混入部分氨气，分为两部分，一部分通过加注设备为汽车或轮船等动力设备进行燃料加注，一部分作为楼宇燃烧设备的燃料。高压氧气二氧化碳储罐中的氧气二氧化碳混合气为楼宇中的燃烧设备提供助燃气。高压燃料气氮气储罐中掺入部分氨气作为脱硝剂，以利于减少汽车轮船等排放气体中的氮氧化合物。锅炉蒸汽盘管中富余的蒸汽通过发电单元发电，充分利用烟气的余热。楼宇中二氧化碳回收设备回收的二氧化碳作为补充二氧化碳源，通过脱水和净化经二氧化碳压缩机2到高压燃料气二氧化碳储罐3和高压氧气二氧化碳储罐4。间壁回转窑烧嘴使用氧气与二氧化碳混合气作为助燃气，其体积比为78:22。锅炉烟气进入二氧化碳净化设备19除去粉尘、水、甲烷、氢气、一氧化碳、剩余的氧气等，得到纯净的二氧化碳进入二氧化碳压缩机2返回系统中循环使用。间壁回转窑剩余未反应焦炭的固定碳含量是原有物料固定碳含量的40%，通过烧嘴14在间壁回转窑的中心窑膛内燃烧从而加热间壁回转窑内含碳物质。

实施例3

本发明第三种实施方式如图3所示，包括高压燃料气烟气储罐30、高压空气储罐29、高压氢气烟气储罐31、楼宇1、煤粉仓16、间壁回转窑13、1号燃料加注设备6、2号燃料加注设备11、用户单元10、煤气制氢-脱氢单元7、燃料压缩机8、脱焦油-脱汞单元12、空气压缩机28、氢气压缩机20、烟气压缩机27、烟气净化设备26、发电单元22、汽轮机23和蒸汽锅炉21。间壁回转窑设有进料口、出料口、烟气出口、冷却器15、分解气体出口和烧嘴14，进料口与煤粉仓连接，出料口与冷却器连接，烟气出口连接到蒸汽锅炉。蒸汽锅炉设有蒸汽盘管，蒸汽盘管与汽轮机的蒸汽入口连接。烟气压缩机与汽轮机同轴连接，氢气压缩机与汽轮机同轴连接。燃料压缩机与汽轮机同轴连接，空气压缩机与汽轮机轴连接。分解气体出口通过脱焦油-脱汞单元与煤气制氢-脱氢单元连接，此时采用脱氢模式将氢气与甲烷、一氧化碳等气体分离，煤气制氢-脱氢单元的脱氢煤气出口经过燃料压缩机8连接到高压燃料气烟气储罐30，氢气出口经过氢气压缩机20连接到高压氢气烟气储罐31，脱焦油-脱汞单元的气体出口连接到高压氢气烟气储罐和高压燃料气烟气储罐30。锅炉的烟气出口通过冷却器连接到烟气净化设备26，在冷却器内烟气在隔绝空气的条件下通过炽热的剩余未反应焦炭除去烟气中残留的部分氧气。楼宇的烟气收集设备连接到烟气净化设备，烟气净化设备经烟气压缩机27连接到高压燃料气烟气储罐30和高压氢气烟气储罐31。空气压缩机连接到高压空气储罐。高压氢气烟气储罐与2号燃料加注设备连接，高压空气储罐和楼宇连接，高压燃料气烟气储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。

本过程由间壁式回转窑对煤粉进行干馏和部分气化，煤气化所用气化剂由纯氧和水按任意比例组合，气化剂加入口依据工艺要求沿间壁回转窑轴向多点布置，通入间壁回转窑环形转动空间，布置数量10个。干馏和部分气化后的煤气经过脱焦油-脱汞单元脱除焦油和汞，煤气中的氢气经过煤气制氢-脱氢单元与甲烷、一氧化碳等气体分离，经氢气压缩机压缩后送至高压氢气烟气储罐31。间壁回转窑中心窑膛高温尾气至锅炉，利用余热产生蒸汽驱动汽轮机做功，带动烟气压缩机、氢气压缩机、燃料压缩机和空气压缩机进行压缩工作，间壁回转窑的助燃气为空气，高温尾气经过锅炉发生蒸汽后再经冷却器15除去烟气中残余的氧气，在烟气净化设备净化处理后送至烟气压缩机压缩，压缩空气送至高压空气储罐29。高压氢气烟气储罐中的燃料气为氢气，可以混入部分甲烷气，高压氢气烟气储罐的混合气体作为燃料气送至2号燃料加注设备，通过此设备将燃料加注至汽车或轮船等动力设备的燃料箱。高压燃料气烟气储罐30的燃料为甲烷、一氧化碳和不超过20%的氢气，可以混入部分氨气，掺入体积比为0.2%。高压燃料气烟气储罐的高压燃料气烟气分为两部分，一部分通过加注设备为汽车或轮船等动力设备加注燃料，另一部分作为楼宇燃烧设备的燃料。高压空气储罐中的高压空气为楼宇中的燃烧设备提供助燃气。高压氢气烟气储罐中掺入部分氨气作为脱硝剂，掺入体积比为0.1%，以利于减少汽车轮船等排放气体中的氮氧化合物。锅炉蒸汽盘管中富余的蒸汽通过发电单元发电，充分利用烟气的余热。楼宇中烟气回收设备回收的烟气作为补充烟气源，在烟气净化设备脱去水、氧、甲烷、氢气、一氧化碳、剩余的氧气等之后，经烟气压缩机27到高压燃料气烟气储罐30和高压氢气烟气储罐31。间壁回转窑烧嘴使用空气作为助燃气，窑膛燃烧产生的烟气经锅炉发生蒸汽后到二氧化碳净化设备26除去粉尘、水、甲烷、氢气、一氧化碳、剩余的氧气等，得到纯净的烟气进入烟气压缩机27返回系统中循环使用。间壁回转窑剩余未反应焦炭的固定碳含量是原有物料固定碳含量的40%，通过烧嘴14在间壁回转窑的中心窑膛内燃烧从而加热间壁回转窑内含碳物质。

实施例4

本发明第四种实施方式如图4所示，包括两套能源系统，上部为第一能源系统37，下部为第二能源系统38。第一能源系统37包括高压氮气氢气储罐35、高压空气储罐29、楼宇1、煤粉仓16、间壁回转窑13、1号燃料加注设备6、用户单元10、煤气制氢-脱氢单元7、脱焦油-脱汞单元12、空气压缩机28、氢气压缩机20、制氮机33、氮气压缩机34、氮气脱水净化设备32、发电单元22、汽轮机23和蒸汽锅炉21。间壁回转窑设有进料口、出料口、烟气出口、冷却器15、分解气体出口和烧嘴14，进料口与煤粉仓连接，出料口与冷却器连接，烟气出口连接到蒸汽锅炉。蒸汽锅炉设有蒸汽盘管，蒸汽盘管与汽轮机的蒸汽入口连接。氮气压缩机与汽轮机同轴连接，氢气压缩机与汽轮机同轴连接，空气压缩机与汽轮机同轴连接。分解气体出口通过脱焦油-脱汞单元与煤气制氢-脱氢单元连接，此时采用制氢模式。氢气出口经过氢气压缩机20连接到高压氮气氢气储罐35。制氮机通过氮气压缩机连接到高压氮气氢气储罐35，楼宇的烟气收集设备通过氮气脱水净化设备32连接到氮气压缩机。空气压缩机连接到高压空气储罐。高压空气储罐和楼宇连接，高压氮气氢气储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。

第二能源系统包括高压燃料气烟气储罐30、高压空气储罐29、高压氮气氢气储罐36、楼宇1、煤粉仓16、间壁回转窑13、1号燃料加注设备6、2号燃料加注设备11、用户单元10、煤气制氢-脱氢单元7、燃料压缩机8、脱焦油-脱汞单元12、空气压缩机28、氢气压缩机20、烟气压缩机27、烟气净化设备26、发电单元22、汽轮机23和蒸汽锅炉21。间壁回转窑设有进料口、出料口、烟气出口、冷却器15、分解气体出口和烧嘴14，进料口与煤粉仓连接，出料口与冷却器连接，烟气出口连接到蒸汽锅炉。蒸汽锅炉设有蒸汽盘管，蒸汽盘管与汽轮机的蒸汽入口连接。烟气压缩机与汽轮机同轴连接，氢气压缩机与汽轮机同轴连接，燃料压缩机与汽轮机同轴连接，空气压缩机与汽轮机同轴连接。分解气体出口通过脱焦油-脱汞单元与煤气制氢-脱氢单元连接，此时采用脱氢模式将氢气与甲烷、一氧化碳等气体分离，煤气制氢-脱氢单元的脱氢煤气出口经过燃料压缩机8连接到高压燃料气烟气储罐30，氢气出口经过氢气压缩机20连接到高压氮气氢气储罐36。锅炉的烟气出口通过冷却器连接到烟气净化设备26，在冷却器内烟气在隔绝空气的条件下通过炽热的剩余未反应焦炭除去烟气中残留的部分氧气，第一能源系统的锅炉21的烟气出口也连接到烟气净化设备26。楼宇的烟气收集设备连接到烟气净化设备，烟气净化设备经烟气压缩机27连接到高压燃料气烟气储罐30。空气压缩机连接到高压空气储罐。高压氮气氢气储罐与2号燃料加注设备连接，高压空气储罐和楼宇连接，高压燃料气烟气储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。第一能源系统的氮气压缩机34出口的一路连接到高压氢气储罐36。

本实施例第一能源系统由间壁式回转窑对煤粉进行干馏和部分气化。干馏后的煤气经过脱焦油-脱汞单元脱除焦油和汞，经过煤气制氢-脱氢单元制成氢气，经氢气压缩机压缩后送至高压氮气氢气储罐35。间壁回转窑中心窑膛高温尾气至锅炉，利用余热产生蒸汽驱动汽轮机做功，带动氮气压缩机、氢气压缩机和空气压缩机进行压缩工作。间壁回转窑的助燃气为空气，高温尾气经过锅炉发生蒸汽后到第二能源系统的烟气净化设备26净化处理。制氮机制备的高纯度氮气进入氮气压缩机，楼宇中燃烧后烟气中的氮气经氮气脱水净化设备处理后进入氮气压缩机，氮气压缩机压缩后的氮气送至高压氮气氢气储罐，随着设备持续工作，循环内的氮气不断增多。空气压缩机将空气压缩至30MPa送入空气储罐。高压氮气氢气储罐35分为两部分，一部分通过1号加注设备6为汽车或轮船等动力设备加注燃料，另一部分作为楼宇燃烧设备的燃料。高压空气储罐中的高压空气为楼宇中的燃烧设备提供助燃气。高压氮气氢气储罐中可以掺入部分氨气作为脱硝剂，掺入体积比为0.2%，以利于减少汽车轮船和楼宇等排放气体中的氮氧化合物。锅炉蒸汽盘管中富余的蒸汽通过发电单元发电，充分利用烟气的余热，换热后的烟气送至第二能源系统中的烟气净化设备，在烟气净化设备脱去水、氧、甲烷、氢气、一氧化碳、剩余的氧气等之后，经烟气压缩机27到高压燃料气烟气储罐30。楼宇中氮气回收设备回收的氮气到第二能源系统中的高压氮气氢气储罐，间壁回转窑烧嘴使用空气作为助燃气。

本实施例第二能源系统由间壁式回转窑对煤粉进行干馏和部分气化。干馏后的煤气经过脱焦油-脱汞单元脱除焦油和汞，经过煤气制氢-脱氢单元制成氢气，经氢气压缩机压缩后送至高压氮气氢气储罐36。间壁回转窑中心窑膛高温尾气至锅炉，利用余热产生蒸汽驱动汽轮机做功，带动烟气压缩机、氢气压缩机、燃料压缩机和空气压缩机进行压缩工作。间壁回转窑的助燃气为空气，高温尾气经过锅炉发生蒸汽后到在冷却器内烟气在隔绝空气的条件下通过炽热的剩余未反应焦炭除去烟气中残留的部分氧气，然后经烟气净化设备26净化处理后到烟气压缩机27入口。空气压缩机将空气压缩至送入高压空气储罐29。高压空气储罐中的高压空气为楼宇中的燃烧设备提供助燃气。高压燃料气烟气储罐30的燃料为甲烷和一氧化碳，允许混入一定比例（不超过20%）的氢气，可以混入部分氨气，掺入体积比为0.2%，以利于减少汽车轮船和楼宇等排放气体中的氮氧化合物。锅炉蒸汽盘管中富余的蒸汽通过发电单元发电，充分利用烟气的余热。在第一能源系统中，氮气脱水净化设备后的氮气一部分送至在第二能源系统中的高压氮气氢气储罐，作为用户单元10的燃料，用户单元10的动力设备是活塞式发动机；楼宇的燃烧设备为燃气轮机用于发电、制热、制冷。

Claims (15)

1.一种高压低温气体能源系统，包括高压燃料气二氧化碳储罐（3）、高压氧气二氧化碳储罐（4）、高压燃料气氮气储罐（5）、楼宇（1）、煤粉仓（16）、间壁回转窑（13）和蒸汽锅炉（21），所述间壁回转窑设有进料口、出料口、烟气出口、冷却器（15）、分解气体出口和烧嘴（14），所述进料口与煤粉仓连接，所述出料口与冷却器连接，所述烟气出口连接到蒸汽锅炉；所述蒸汽锅炉设有蒸汽盘管，其特征是：所述系统设有1号燃料加注设备（6）、2号燃料加注设备（11）、用户单元（10）、煤气制氢-脱氢单元（7）、脱焦油-脱汞单元（12）、空分单元压缩机（18）、氢气压缩机（20）、二氧化碳压缩机（2）、二氧化碳产生设备（17）和汽轮机（23）；所述1号燃料加注设备和2号燃料加注设备与用户单元连接，所述氢气压缩机与汽轮机同轴连接，二氧化碳压缩机与汽轮机同轴连接，空分单元压缩机与汽轮机同轴连接，所述汽轮机的蒸汽入口与蒸汽盘管连接；所述分解气体出口与脱焦油-脱汞单元连接，所述脱焦油-脱汞单元的气体出口通过煤气制氢-脱氢单元和氢气压缩机连接到高压燃料气氮气储罐，脱焦油-脱汞单元的气体出口连接到高压燃料气氮气储罐（5）和/或1号燃料加注设备（6）入口内；所述空分单元压缩机的氧气出口连接到高压氧气二氧化碳储罐，氮气出口连接到高压燃料气氮气储罐；所述二氧化碳产生设备通过二氧化碳压缩机连接到高压燃料气二氧化碳储罐和高压氧气二氧化碳储罐；所述高压燃料气氮气储罐与2号燃料加注设备连接，所述高压氧气二氧化碳储罐与楼宇的燃烧设备连接，所述高压燃料气二氧化碳储罐与1号燃料加注设备和楼宇的燃烧设备连接。

2.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述氢气压缩机（20）出口连接到高压燃料气二氧化碳储罐（3）。

3.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述能源系统设有燃料压缩机（8），所述煤气制氢-脱氢单元（7）的脱氢煤气出口经过燃料压缩机（8）连接到高压燃料气二氧化碳储罐（3），氢气出口经过氢气压缩机（20）连接到高压燃料气氮气储罐（5）。

4.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述系统设有发电单元（22），所述发电单元包括蒸汽轮机和发电机，发电机与蒸汽轮机轴连接，所述蒸汽轮机与蒸汽锅炉（21）的蒸汽盘管连接。

5.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述系统设有焦炭磨粉机（24），所述冷却器（15）通过焦炭磨粉机（24）连接到烧嘴（14）；所述间壁回转窑环形空间的煤气出口通过脱焦油-脱汞单元（12）与煤气脱氢-制氢单元（7）连接，需制氢时将煤气中的甲烷、一氧化碳等气体转换为氢气，需脱氢时将氢气与甲烷、一氧化碳等气体分离；间壁回转窑环形转动空间剩余未反应焦炭的排出口也可以不和冷却器（15）连接，通过烧嘴（14）直接热装进入间壁回转窑内筒燃烧，燃烧后的热烟气进入锅炉（21）换热产生高温高压过热水蒸气进入汽轮机，推动汽轮机同轴带动发电机发电和压缩机做功；煤气化所用气化剂由纯氧和水按任意比例组合，气化剂加入口依据工艺要求沿间壁回转窑轴向多点布置，通入间壁回转窑环形转动空间，布置数量1-99个；所发电力主要供给空分装置和其他用电设备；从煤粉仓（16）进入间壁回转窑环形转动空间的物料可以是符合要求尺寸的各种煤炭、秸秆、石油焦等含碳物质；物料在间壁回转窑环形转动空间内加热到500~1500℃，使物料焦化和部分气化反应，剩余未反应焦炭的固定碳含量是原有物料固定碳含量的10~90%。

6.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述系统设有二氧化碳净化设备（19），所述楼宇（1）设有燃烧后的二氧化碳收集设备，所述锅炉的烟气出口和楼宇二氧化碳收集设备通过二氧化碳净化设备连接到二氧化碳压缩机（2）入口。

7.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述间壁回转窑烧嘴（14）可以使用空气、氧气或氧气与二氧化碳混合气作为助燃气，当以氧气或氧气与二氧化碳混合气为助燃气时，间壁回转窑的烟气经过锅炉后经二氧化碳净化设备（19）净化，得到纯净的二氧化碳进入二氧化碳压缩机；二氧化碳产生设备提供的二氧化碳可以来自水泥、石灰、耐火材料行业中碳酸盐的分解、含碳物质的燃烧等过程所产生的二氧化碳的收集、净化。

8.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：楼宇的燃烧设备尾气进入二氧化碳收集管道，通过二氧化碳净化设备（19）脱出水蒸气和残余的一氧化碳、氢气、甲烷、氧气等杂质，得到纯净的低压二氧化碳进行循环使用。

9.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述二氧化碳压缩机（2）、燃料压缩机（8）、空分单元压缩机（18）、氢气压缩机（20）可以利用低谷电、太阳能电、风电、潮汐能电等；这时所述间壁回转窑（13）可采用电加热方式加热，不采用燃料加热，冷却的焦粉用于其他用处或采用完全气化法将焦粉在间壁回转窑环形转动空间内全部气化，在间壁回转窑内筒壁上布置有电加热丝（25），电加热丝通过变电设备（9）与电网连接。

10.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述高压燃料气二氧化碳储罐（3）、高压燃料气氮气储罐（5）里面的燃料气可以被氢气、一氧化碳、甲烷、甲醇、乙醇、丙烷、丁烷、燃料油其中的一种或几种与二氧化碳混合物所代替，燃料与二氧化碳的体积比为：0:100~100:0，助燃气储罐的助燃气为氧气或氧气与二氧化碳的混合气体，氧气与二氧化碳的体积比为：0:100~100:0；上述的二氧化碳可以被氮气或其它惰性气体的一种或多种混合物全部或部分代替；助燃气储罐可以用管道代替直接使用大气中的空气，而不使用助燃气储罐。

11.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述用户单元（10）是交通工具，例如汽车、轮船、飞机、电动自行车等，通过管道或者罐装将高压燃料气二氧化碳储罐（3）、高压燃料气氮气储罐（5）与1号燃料加注设备（6）或2号燃料加注设备（11）连接，将燃料加注到以上交通工具的燃料箱，作为它们驱动的燃料；所述楼宇（1）或其它固定的使用电力、制冷、制热的场所，通过管道或罐装将高压燃料气二氧化碳储罐（3）、高压氧气二氧化碳储罐（4）与楼宇（1）或其它固定的使用电力、制冷、制热的场所的动力设备连接，用于它们的供电、制冷、制热等；上述所使用的动力设备为汽轮机、膨胀机、烟气轮机、活塞式发动机，燃气轮机、内燃机、气体发动机或混合动力气体发动机；混合动力气体发动机在利用二氧化碳压力能的同时利用燃料的化学能同时做功；即在上述动力设备预制燃烧室、燃烧室或气缸内，二氧化碳释放压力能的同时，燃料产生化学反应包括燃烧、爆炸等，从而产生合成动力。

12.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述间壁回转窑（13）由内环与外环之间的环形转动空间和中心的窑膛构成，物料在环形转动空间内被加热并向前推进；所述间壁回转窑设有加料环和出料环，所述加料环上设有分解气体出口；所述煤粉仓（16）通过加料环与环形物料膛连接，环形转动空间与冷却器连接；所述分解气体出口与脱焦油-脱汞单元（12）连接；所述间壁回转窑的环形物料膛由耐材或金属材料制成；烧嘴（14）将焦粉和助燃剂在中心窑膛内燃烧，燃烧后的烟气进入锅炉（21）。

13.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述高压燃料气二氧化碳储罐（3）内燃料气和二氧化碳既可以混合在一个储罐内也可以分别储存在两个储罐内，所述高压氧气二氧化碳储罐（4）内氧气和二氧化碳既可以混合在一个储罐内也可以分别储存在两个储罐内，所述高压燃料气氮气储罐（5）内燃料气和氮气既可以混合在一个储罐内也可以分别储存在两个储罐内，在交通工具上也可以按上述工艺分别设置燃料罐和二氧化碳、氮气等惰性气体压力储罐，它们可以分别注入动力设备内做功，各个储罐的压力可以是0.1~100MPa。

14.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：为了得到高压燃料气二氧化碳储罐（3）、高压氧气二氧化碳储罐（4）、高压燃料气氮气储罐（5）中的物质，所述间壁回转窑可以被传统焦炉或各种煤气化炉所代替，当燃料是燃料油或天然气时，可用炼油厂的裂解装置代替。

15.根据权利要求1所述的高压低温气体能源系统，其特征是：所述能源系统从电厂、水泥厂、石灰煅烧厂、化工厂产生的各种尾气主要含有二氧化碳、氮气等成分，通过收集、净化加压并掺入燃料的方法，用于高压低温能源系统，给楼宇和交通工具供电、供热、供冷，实现了上述电厂、水泥厂、石灰煅烧厂、化工厂尾气的零排放，被收集净化后的尾气利用清洁能源如太阳能、风能、潮汐能及低谷电使得其进行压缩并掺入燃料成为低温动力，使不好利用和收集的清洁能源得到了有效利用，同时使清洁的尾气在利用一次以后再排放或循环再使用，减少了空气污染和温室效应。