CN107269333A - 一种耦合igcc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IGCC和CO2转化的零碳多联产系统及方法。该系统与单纯的IGCC系统相比，由于CO2转化系统转化生成的CO进入燃气轮机做功发出一部分电，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。此外，剩余的CO可通过费托合成生成所需的化工产品，最终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
本发明涉及一种发电技术领域，尤其涉及一种耦合IGCC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，人们普遍难以接受。按照现有技术，CO2捕集过程也会消耗大量的能源，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，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
本发明的目的在于构建一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统及方法，实现系统的零碳排放。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统，包括气化炉、燃气发电系统、余热发电系统、CO2转化系统和费托合成系统；所述的气化炉设置有煤炭入口、气化剂入口和合成气出口；所述的燃气发电系统设置有合成气入口、电能输出口、CO入口和高温CO2出口；所述的合成气入口连接气化炉的合成气出口；所述的电能输出口输出电能；所述的余热发电系统设置有高温CO2入口、低温CO2出口和电能输出口；所述的高温CO2入口连接燃气发电系统的高温CO2出口；所述的电能输出口输出电；所述的CO2转化系统设置有低温CO2入口、第一CO出口和第二CO出口；所述的低温CO2入口连接余热发电系统的低温CO2出口；所述的第一CO出口与燃气发电系统的CO入口相连接；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CO入口连接CO2转化系统的第二CO出口；所述的化工产品输出口输出反应生成的化工产品。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，所述的气化炉设置有控制气化剂流量的控制阀。控制阀可以很好的控制气化剂进入气化炉的流量，进而控制产生合成气的速度和量，确保既能满足燃气发电系统的需要，又不会产生过多的合成气通过气化炉排放到空气中。
进一步的，还包括设置在气化炉与燃气发电系统之间的、用以净化合成气的合成气体净化装置。从气化炉中生成的合成气中含有CO2、SO2、H2O、H2、CO等气体，用合成气体净化装置去除合成气中的CO2、SO2、H2O等不能燃烧产热的气体，确保可然气体CO进入燃气发电系统中燃烧发电。
进一步的，还包括设置在余热发电系统和CO2转化系统之间的CO2气体净化装置。燃气发电系统中产生的高温气体中包含CO2、H2O，用气体净化装置可去除H2O，得到纯净的CO2进入到CO2转化系统中转化为可循环利用的CO。
进一步的，所述的CO2转化系统设置有除去转化后气体中H2O的气体干燥装置。此装置除去混合气体中的H2O，保证纯净的CO进入燃气发电系统和费托合成系统，循环利用，提高利用率。
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。
上述的一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统的工作方法：
煤和气化剂进入气化炉产生合成气，合成气经过合成气体净化装置后，通过燃气发电系统的合成气入口进入燃气发电系统，燃烧发电，产生的电能由燃气发电系统的电能输出口输出；燃气发电系统中产生的高温CO2通过余热发电系统的高温CO2入口进入余热发电系统，经过一系列的作用，产生并经电能输出口输出电；高温CO2经过余热发电系统降温后变为低温CO2，并通过CO2气体净化装置净化后进入CO2转化系统；CO2经转换后生成CO和H2O，经气体干燥装置去除H2O后，一部分CO经CO2转换系统的第一CO出口进入到燃气发电系统中循环利用，一部分CO经CO2转换系统的第二CO出口进入到费托合成系统生成并输出化工产品。此方法实现了发电过程中的零碳排放。
本发明与现有技术相比具有以下优点及效果：
与单纯的IGCC系统相比，由于CO2转化系统转化生成的CO进入燃气轮机做功发出一部分电，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。此外，剩余的CO可通过费托合成生成所需的化工产品，最终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IGCC和CO2转化的零碳多联产系统，包括气化炉、燃气发电系统、余热发电系统、CO2转化系统和费托合成系统；气化炉设置有煤炭入口、气化剂入口和合成气出口，还设置有控制气化剂流量的控制阀；在气化炉的合成气出口和燃气发电系统的合成气入口之间还设置有合成气体净化装置，净化合成气体中存在的CO2、SO2、H2O、H2、CO等气体，用合成气体净化装置去除合成气中的CO2、SO2、H2O等不能燃烧产热的气体；燃气发电系统设置有合成气入口、电能输出口、CO入口和高温CO2出口，经过合成气体净化装置净化的、可燃烧的合成气通过合成气入口进入燃气发电系统，燃烧并推动发电机发电，产生的电通过电能输出口输出；余热发电系统设置有高温CO2入口、低温CO2出口和电能输出口，燃气发电系统中产生的高温CO2气体经过燃气发电系统的高温CO2出口和余热发电系统的高温CO2入口进入余热发电系统，推动发电机发电，产生的电通过电能输出口输出；CO2转化系统设置有低温CO2入口、气体干燥装置、第一CO出口和第二CO出口，气体干燥装置设置在CO出口处、去除转化后混合气体中的H2O，第一CO出口与燃气发电系统的CO入口相连接，实现C的循环利用；余热发电系统的低温CO2出口和CO2转化系统的低温CO2入口之间还设置有气体净化装置，净化在燃气发电系统中燃烧产生的H2O，确保纯净的CO2气体进入CO2转化系统；费托合成系统设置有CO入口和化工产品输出口，CO入口连接CO2转化系统的第二CO出口，化工产品输出口输出反应生成的化工产品；在CO2转化系统中还设置有气体控制阀，该控制阀根据发电量的需要，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。
系统在进行运作时，煤和气化剂进入气化炉产生合成气，合成气经过合成气体净化装置后，通过燃气发电系统的合成气入口进入燃气发电系统，燃烧发电，产生的电能由燃气发电系统的电能输出口输出；燃气发电系统中产生的高温CO2通过余热发电系统的高温CO2入口进入余热发电系统，经过一系列的作用，产生并经电能输出口输出电；高温CO2经过余热发电系统降温后变为低温CO2，并通过CO2气体净化装置净化后进入CO2转化系统；CO2经转换后生成CO和H2O，经气体干燥装置去除H2O后，一部分CO经CO2转换系统的第一CO出口进入到燃气发电系统中循环利用，一部分CO经CO2转换系统的第二CO出口进入到费托合成系统生成并输出化工产品。
此外，需要说明的是，设置在余热发电系统和CO2转化系统之间的CO2气体净化装置还可以设置在燃气发电系统与余热发电系统之间。现有技术中的气化炉、燃气轮机、余热锅炉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 (7)
1.一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统，其特征在于：包括气化炉、燃气发电系统、余热发电系统、CO2转化系统和费托合成系统；
所述的气化炉设置有煤炭入口、气化剂入口和合成气出口；
所述的燃气发电系统设置有合成气入口、电能输出口、CO入口和高温CO2出口；所述的合成气入口连接气化炉的合成气出口；所述的电能输出口输出电能；
所述的余热发电系统设置有高温CO2入口、低温CO2出口和电能输出口；所述的高温CO2入口连接燃气发电系统的高温CO2出口；所述的电能输出口输出电；
所述的CO2转化系统设置有低温CO2入口、第一CO出口和第二CO出口；所述的低温CO2入口连接余热发电系统的低温CO2出口；所述的第一CO出口与燃气发电系统的CO入口相连接；
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CO入口连接CO2转化系统的第二CO出口；所述的化工产品输出口输出反应生成的化工产品。
2.根据权利要求1所述的一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：所述的气化炉设置有控制气化剂流量的控制阀。
3.根据权利要求1所述的一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：还包括设置在气化炉与燃气发电系统之间的、用以净化合成气的合成气体净化装置。
4.根据权利要求1所述的一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：还包括设置在余热发电系统和CO2转化系统之间的CO2气体净化装置。
5.根据权利要求1所述的一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统，其特征是：所述的CO2转化系统设置有除去转化后气体中H2O的气体干燥装置。
6.根据权利要求1所述的一种耦合IGCC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。
7.权利要求1所述的一种耦合IGCC和CO2转化的零碳多联产系统的工作方法，其特征是：煤和气化剂进入气化炉产生合成气，合成气经过合成气体净化装置后，通过燃气发电系统的合成气入口进入燃气发电系统，燃烧发电，产生的电能由燃气发电系统的电能输出口输出；燃气发电系统中产生的高温CO2通过余热发电系统的高温CO2入口进入余热发电系统，经过一系列的作用，产生并经电能输出口输出电；高温CO2经过余热发电系统降温后变为低温CO2，并通过CO2气体净化装置净化后进入CO2转化系统；CO2经转换后生成CO和H2O，经气体干燥装置去除H2O后，一部分CO经CO2转换系统的第一CO出口进入到燃气发电系统中循环利用，一部分CO经CO2转换系统的第二CO出口进入到费托合成系统生成并输出化工产品。
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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: 20171020 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |