CN107035444A - 一种耦合火力发电和co2转化的零碳多联产系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统及方法，该系统不仅可以利用火力发电系统产生电能，而且与传统火力发电系统相比，在锅炉中产生的CO2，经过CO2转化系统转化生成了CO，进入燃气轮机做功产生电能，因此在发电量相同的情况下，系统的煤耗将减少,能有效的节约能源；各个气体净化装置的应用能保证反应效率达到最高，提高了能源的利用率。经CO2转化系统产生的部分CO，可通过费托合成生成所需的化工产品，可实现整个系统的零碳排放，节能环保，增加能源利用率。整个零碳多联产系统中，各系统紧密相连，没有CO等有毒气体的排出，不会造成操作人员气体中毒现象；并且自动化程度高，可以减少操作人员的数量，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种零碳多联产系统及方法，尤其涉及一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统及方法。
背景技术
工业革命以来的人类活动，尤其是发达国家在工业化进程中排放了大量温室气体，引发并加剧了全球气候变暖等极端气候和天气异常现象，给人类的生存和发展带来了严重的挑战。目前全球经济增长导致化石能源需求快速增长，随之而来的是温室气体大量排放，尤其是CO2，温室效应的加剧必然引发全球变暖，极大地影响人类的生存和发展。有效控制温室气体排放，应对全球气候变化已刻不容缓。
在电力生产过程中会产生的大量CO2，人们已进行了大量努力减少CO2排放。一个实例是碳捕集与储存(Carbon Capture and Storage，CCS)，利用吸附、吸收、分离等成熟技术将CO2从废气中捕集出来，通过运输或输送至埋藏地点，长久或永久储存起来，从而减少CO2向大气中的直接排放。然而CCS技术的整个过程中，没有产生新的有价值的产品，是一个纯投入的无经济效益的环保技术，并且在技术实施过程中，也需要消耗能量，会导致新的CO2排放。对于燃煤电厂来说，在IGCC电厂加装CCS会增加成本40-60％，在常规超临界燃煤电厂上加CCS会使发电成本增加60-80％，在高昂的成本面前，普遍难以接受。按照现有技术，CO2捕集过程会消耗大量的能源，在常规电厂加装CCS会降低发电效率20-30％左右，即生产一度电需要多消耗能源约20-25％左右。此外，CO2地质封存存在许多不确定性和潜在的风险。CO2地质封存的目标底地层深度一般超过1000m，CO2注入以后，与地层中原有的岩石、地下水发生化学反应，并持续增加地层的空隙压力，这将破坏原始的应力、温度、渗透压力等物理化学平衡，其带来的长期地质影响难以估量。
CO2本身也是一种宝贵的碳资源，如何合理的利用CO2资源是当今世界的一个重要研究课题。由于短时期内新能源不可能替代化石原料，CO2的地质封存技术及后期影响还有待于研究，CO2的化学转化将是未来降低CO2排放量的一个重要途径。CO2的化学转化是指以CO2为原料，通过一系列的反应，是指转化为有价值的化工中间体或化学品。CO2的化学转化做到了真正意义上的变“废”为“宝”，实现了CO2的资源化利用，是目前CO2研究领域的前言热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统及方法，实现整个系统的零碳排放。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统，包括燃烧煤炭的锅炉、CO2转化系统、蒸汽发电系统、燃气发电系统和费托合成系统；所述的锅炉设置有煤炭入口、空气入口、蒸汽出口和CO2出口；所述的蒸汽发电系统设置有蒸汽入口和电能输出口，所述的蒸汽入口连接锅炉的蒸汽出口，所述的电能输出口输出电；所述的燃气发电系统设置有CO入口、CO2出口和电能输出口，所述的电能输出口输出电；所述的费托合成系统设置有CO入口和化工产品输出口，所述的化工产品输出口输出化工产品；所述的CO2转化系统设置有第一CO2入口、第二CO2入口、第一CO出口和第二CO出口，第一CO2入口连接锅炉的CO2出口，第二CO2入口连接燃气发电系统的CO2出口，第一CO出口连接燃气发电系统的CO入口，第二CO出口连接费托合成系统的CO入口。该零碳多联产系统实现了零碳排放，节能环保，C的循环利用增加了能源的利用率；整个系统中没有CO等有毒气体的排出，不会造成操作人员气体中毒现象；自动化程度高，减少操作人员的数量，降低成本。
进一步的，还包括设置在锅炉CO2出口处的CO2捕集器。煤经过燃烧后会产生CO2、SO2、H2O等气体，CO2捕集器会捕集混合气体中的CO2，得到纯净的CO2气体进入系统中循环利用。
进一步的，还包括设置在CO2转化系统的CO出口外的CO气体净化装置。CO2经过还原反应后会产生CO、H2O气体，CO气体净化装置可去除混合气体中的H2O气体，得到纯净的CO气体进入燃气发电系统和费托合成系统。
进一步的，所述的CO2转化系统中设置有气体控制阀，控制分别流向燃气发电系统和费托合成系统的CO气体的流量。气体控制阀可以根据发电的需要进行调整，确保正常发电的条件下，将多余的CO输入到费托合成系统中产生化工产品，能源多重利用，避免浪费。
进一步的，还包括设置在燃气发电系统的CO2出口处的CO2气体净化装置。CO在燃气发电系统中燃烧后产生CO2、H2O等气体，CO2气体净化装置可以去除掉混合气体中的H2O等气体，确保纯净的CO2气体进入系统中循环。
上述的一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统的工作方法：煤与空气分别通过煤炭入口和空气入口进入锅炉，经过燃烧产生大量热量和CO2等气体，热量通过锅炉传递给水，从而产生蒸汽；产生的蒸汽经过管道从蒸汽发电系统的蒸汽入口进入，带动发电机转动而产生电能，从蒸汽发电系统的电能输出口输出；CO2捕集器捕集锅炉中煤燃烧产生的CO2，CO2通过管道从CO2转化系统的第一CO2入口进入CO2转化系统转化生产CO等气体；CO2转化系统中产生的混合气体经CO气体净化装置后得到纯净的CO，一部分的CO经过CO2转化系统的第一CO出口进入燃气发电系统，燃烧并推动发电机转动，产生电能，并从燃气发电系统的电能输出口输出；另一部分的CO经过CO2转化系统的第二CO出口进入费托合成系统，生成并输出化工产品；燃气发电系统产生的CO2通过CO2转化系统的第二CO2入口进入CO2转化系统进行循环利用。此方法实现了发电过程中的零碳排放。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
本发明不仅可以利用火力发电系统产生电能，而且与传统火力发电系统相比，在锅炉中产生的CO2，经过CO2转化系统转化生成了CO，进入燃气轮机做功产生电能，因此在发电量相同的情况下，系统的煤耗将减少，能有效的节约能源；各个气体净化装置的应用能保证反应效率达到最高，提高了能源的利用率。经CO2转化系统产生的部分CO，可通过费托合成生成所需的化工产品，可实现整个系统的零碳排放，节能环保，增加能源利用率。整个零碳多联产系统中，各系统紧密相连，没有CO等有毒气体的排出，不会造成操作人员气体中毒现象；并且自动化程度高，可以减少操作人员的数量，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统，包括燃烧煤炭的锅炉、CO2转化系统、蒸汽发电系统、燃气发电系统和费托合成系统；锅炉设置有煤炭入口、空气入口、蒸汽出口和CO2出口，在CO2出口处设置一CO2捕集器，捕集锅炉中燃烧产生的CO2气体；蒸汽发电系统设置有蒸汽入口和电能输出口，蒸汽入口连接锅炉的蒸汽出口，电能输出口输出电；燃气发电系统设置有CO入口、CO2出口和电能输出口，燃气发电系统的CO2出口处设置有CO2气体净化装置，净化燃气发电系统中燃烧后的混合气体，得到纯净的CO2；费托合成系统设置有CO入口和化工产品输出口，化工产品输出口输出系统中生成的化工产品；CO2转化系统设置有第一CO2入口、第二CO2入口、第一CO出口和第二CO出口，第一CO2入口连接锅炉的CO2出口，第二CO2入口连接燃气发电系统的CO2出口，第一CO出口连接燃气发电系统的CO入口，第二CO出口连接费托合成系统的CO入口；在CO2转化系统中设置有气体控制阀，根据发电量的要求控制分别流向燃气发电系统和费托合成系统的CO气体的流量；在CO2转化系统的CO出口外设置有CO气体净化装置，可去除混合气体中的H2O气体，得到纯净的CO气体进入燃气发电系统和费托合成系统。
煤与空气分别通过煤炭入口和空气入口进入锅炉，经过燃烧产生大量热量和CO2等气体，热量通过锅炉传递给水，从而产生蒸汽；产生的蒸汽经过管道从蒸汽发电系统的蒸汽入口进入，带动发电机转动而产生电能，从蒸汽发电系统的电能输出口输出；CO2捕集器捕集煤燃烧产生的CO2，CO2通过管道从CO2转化系统的第一CO2入口进入CO2转化系统转化生产CO等气体；CO2转化系统中产生的混合气体经CO气体净化装置后得到纯净的CO，一部分的CO经过CO2转化系统的第一CO出口进入燃气发电系统，燃烧并推动发电机转动，产生电能，并从燃气发电系统的电能输出口输出；另一部分的CO经过CO2转化系统的第二CO出口进入费托合成系统，生成并输出化工产品；燃气发电系统产生的CO2通过CO2转化系统的第二CO2入口进入CO2转化系统进行循环利用。
此外，需要说明的是，现有技术中的锅炉、燃气轮机、蒸汽轮机均可满足本发明的要求。本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统，其特征在于：包括燃烧煤炭的锅炉、CO2转化系统、蒸汽发电系统、燃气发电系统和费托合成系统；
所述的锅炉设置有煤炭入口、空气入口、蒸汽出口和CO2出口；
所述的蒸汽发电系统设置有蒸汽入口和电能输出口；所述的蒸汽入口连接锅炉的蒸汽出口；所述的电能输出口输出电；
所述的燃气发电系统设置有CO入口、CO2出口和电能输出口；所述的电能输出口输出电；
所述的费托合成系统设置有CO入口和化工产品输出口；所述的化工产品输出口输出化工产品；
所述的CO2转化系统设置有第一CO2入口、第二CO2入口、第一CO出口和第二CO出口；第一CO2入口连接锅炉的CO2出口；第二CO2入口连接燃气发电系统的CO2出口；第一CO出口连接燃气发电系统的CO入口；第二CO出口连接费托合成系统的CO入口。
2.根据权利要求1所述的一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：还包括设置在锅炉CO2出口处的CO2捕集器。
3.根据权利要求1所述的一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：还包括设置在CO2转化系统的CO出口外的CO气体净化装置。
4.根据权利要求1所述的一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：所述的CO2转化系统中设置有气体控制阀，控制分别流向燃气发电系统和费托合成系统的CO气体的流量。
5.根据权利要求1所述的一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：还包括设置在燃气发电系统的CO2出口处的CO2气体净化装置。
6.权利要求1所述的一种耦合火力发电和CO2转化的零碳多联产系统的工作方法，其特征在于：煤与空气分别通过煤炭入口和空气入口进入锅炉，经过燃烧产生大量热量和CO2等气体，热量通过锅炉传递给水，从而产生蒸汽；产生的蒸汽经过管道从蒸汽发电系统的蒸汽入口进入，带动发电机转动而产生电能，从蒸汽发电系统的电能输出口输出；CO2捕集器捕集锅炉中煤燃烧产生的CO2，CO2通过管道从CO2转化系统的第一CO2入口进入CO2转化系统转化生产CO等气体；CO2转化系统中产生的混合气体经CO气体净化装置后得到纯净的CO，一部分的CO经过CO2转化系统的第一CO出口进入燃气发电系统，燃烧并推动发电机转动，产生电能，并从燃气发电系统的电能输出口输出；另一部分的CO经过CO2转化系统的第二CO出口进入费托合成系统，生成并输出化工产品；燃气发电系统产生的CO2通过CO2转化系统的第二CO2入口进入CO2转化系统进行循环利用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170811 |
|
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