CN109266373A - 一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，包括：炼焦单元1，电石单元2，乙炔单元3，化学链还原及脱硫单元4，化学链氧化单元5，煅烧单元6，水蒸气重整制氢单元7，燃气/蒸汽联合循环单元8，和CO2捕集和储存单元9。根据本发明的所述系统基于钙基化合物的循环转化，实现了能量的高效利用和物质转换。与现有工艺相比，所述系统将电石炉尾气和焦炉煤气不经处理直接作为燃料，减少能量损失，节约处理成本；采用化学链燃烧的方式，降低燃料的火用损失，同时捕集CO2，减少温室气体排放；将电石渣用作脱硫剂、化学链燃烧载氧体和重整制氢吸收剂，实现废物利用；化学链燃烧后的烟气用于联合循环发电，提高系统的发电效率。

Description

一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统
技术领域
本发明涉及一种煤化工动力多联产系统，属于能源、电力和化工技术领域，具体为一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统。
背景技术
煤基电石乙炔路线作为我国重要的基础化工原料生产方式，在我国经济发展中仍起着不可替代的作用。但目前电石生产采用的电热法工艺，能耗较高。同时，副产物电石炉尾气和电石渣利用困难，既造成巨大的能量损失，又对环境造成严重危害，成为制约电石行业发展的重要因素。
近年来，为降低电石乙炔生产的能耗和污染，学者提出了多种改进工艺。如神木电石集团以煤制兰炭，白灰、兰炭制电石，兰炭尾气发电，电石尾气煅烧白灰，构建出能源综合利用系统，降低了电石生产过程的能耗及污染排放(《聚氯乙烯》，2014，42卷，8期，P47)。专利(CN102850172A)公开了一种煤化工多联产工艺及系统，基于氧热法电石生产及电石炉尾气燃料电池发电，实现能量的梯级利用，降低能耗和污染。专利(CN107057772A)公开了一种钙载体循环H2-CO-C2H2多联产协同CO2捕集方法。通过钙载体的循环，耦合氧热法电石生产和煤气化过程，生产高品质的CO、H2和C2H2，同时捕集整个系统的CO2，实现资源高效利用。
目前针对电石乙炔系统的优化一方面大多以氧化法技术为核心，但氧热法电石生产工艺复杂，成本较高，尚未有成熟工业化应用。另一方面，电石炉尾气燃烧后的CO2一般直接排放或通过富氧燃烧方式捕集，捕集成本和污染较高。此外，现有系统对副产物电石渣的再利用率也相对较低。因此，迫切需求一种更加高效、环保且易于实现的多联产系统，来解决上述问题。
发明内容
本发明目的是基于钙基化合物的循环转化，耦合煤基焦炭/电石/乙炔生产，焦炉煤气重整制氢，尾气化学链燃烧与脱硫，发电及CO2捕集等过程，构建高效、清洁的煤基化工动力多联产系统，以解决目前电石乙炔行业能耗高、污染大的问题，为能源高效、清洁利用及CO2低能耗捕集提供理论和技术支持。
本发明采用的技术方案概述如下：采用煤制备焦炭，焦炭生产电石，电石制备乙炔。电石的副产物电石炉尾气进入化学链系统燃烧发电，同时捕集储存CO2。焦炭的副产物焦炉煤气用于化学链燃烧系统的补充燃料和水蒸气重整制氢原料，生产的氢气作为发电补燃燃料和化工产品。乙炔的副产物电石渣经煅烧后用作电石生产原料、焦炉煤气水蒸气重整制氢吸收剂和电石炉尾气及焦炉煤气脱硫剂，脱硫产物氧化后作为化学链燃烧系统的载氧体。具体技术方案如下：
一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，所述系统包括：炼焦单元1，用于利用原料煤101炼焦生产焦炭102；
电石单元2，与所述炼焦单元1连接，接收外部输入的生石灰201和来自所述炼焦单元1的焦炭102，生产电石203；
乙炔单元3，与所述电石单元2连接，接收外部输入的水301和来自所述电石单元2生产的电石203，生产乙炔302，同时将部分废弃的电石渣304排出系统；
化学链还原及脱硫单元4，分别与所述炼焦单元1和所述电石单元2连接，接收来自所述炼焦单元1的焦炉煤气103和来自所述电石单元2的电石炉尾气204，发生还原及脱硫反应生成CaS 401；
化学链氧化单元5，与所述化学链还原及脱硫单元4连接，接收外部输入的空气501和来自所述化学链还原及脱硫单元4的CaS 401，进行氧化反应，同时将氧化后的CaSO4载氧体502返回输入所述化学链还原及脱硫单元4，同时将废弃的CaSO4载氧体504排出系统；
煅烧单元6，分别与所述电石单元2、所述乙炔单元3和所述化学链还原及脱硫单元4连接，接收来自所述乙炔单元3的煅烧电石渣303和所述化学链还原及脱硫单元4的还原烟气402，利用所述还原烟气402再燃后的热量进行煅烧，并分别向所述电石单元2和所述化学链还原及脱硫单元4输送煅烧产物CaO 601；
水蒸气重整制氢单元7，分别与所述炼焦单元1和所述煅烧单元6连接，接收来自所述炼焦单元1的焦炉煤气103和来自所述煅烧单元6的CaO 601和水蒸气602，制备氢气，同时将吸收CO2生成的CaCO3702返回输入所述煅烧单元6进行煅烧，将部分氢气701作为产品输出；
燃气/蒸汽联合循环单元8，分别与外部电网，所述化学链氧化单元5，所述煅烧单元6和所述水蒸气重整制氢单元7连接，接收来自所述化学链氧化单元5的氧化烟气503，来自所述煅烧单元6的煅烧烟气603和来自所述水蒸气重整制氢单元7的补燃氢气703，生产电力801输出至外部电网。换热后的所述氧化烟气503经净化处理后变为烟气803排入大气；
CO2捕集和储存单元9，与所述燃气/蒸汽联合循环单元8连接，接收所述煅烧烟气603经所述燃气/蒸汽联合循环单元8换热后形成的富CO2烟气802，通过冷凝除水，捕集并储存其中所含的二氧化碳。
根据本发明的所述系统，其结合原则是基于钙基化合物的循环转化，所述钙基化合物包括CaO、CaC2、Ca(OH)2、CaCO3、CaS和CaSO4。
优选地，根据本发明的基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统中所述电石单元2采用密闭电石炉电热法生产工艺，产生的电石炉尾气204不经净化处理，直接输入所述化学链还原及脱硫单元4进行化学链燃烧。所述乙炔单元3采用干法乙炔生产工艺。
优选地，根据本发明的基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统中所述的化学链还原及脱硫单元4内同时进行尾气脱硫和化学链还原两个过程。脱硫剂采用在所述煅烧单元6中煅烧电石渣后产生的CaO 601，化学链还原载氧体采用还原及脱硫反应产物CaS 401氧化形成的CaSO4载氧体502。
优选地，所述化学链氧化单元5内进行还原及脱硫反应产物CaS与空气的氧化反应生成CaSO4502。
优选地，根据需要，所述煅烧单元6可以设有再燃室、CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室，所述还原烟气402先在再燃室中进行纯氧燃烧，为CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室提供热量，煅烧电石渣和CaCO3。
优选地，根据本发明的基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统中所述水蒸气重整制氢单元7工作模式为运行和不运行两种。处于运行模式时，部分焦炉煤气103经净化脱硫后进入所述水蒸气重整制氢单元7进行甲烷的水蒸气重整反应，CO的水煤气变换反应和CaO吸附二氧化碳反应，生产氢气。处于不运行模式时，焦炉煤气103不经净化全部进入所述化学链还原及脱硫单元4，不生产氢气。
优选地，所述燃气/蒸汽联合循环单元8包括补燃室、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机，运行模式分为无氢气补燃运行和氢气补燃运行两种。无氢气补燃运行时，所述煅烧烟气602直接进入余热锅炉，所述氧化烟气503先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉。氢气补燃运行时，燃气轮机前设有补燃室，补燃氢气703与所述氧化烟气503在补燃室中混合，并利用氧化烟气503中的剩余氧气进行燃烧，燃烧后的烟气先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉。余热锅炉采用双热源运行方式，利用所述煅烧烟气602和燃气轮机排气中的余热与水换热，产生高温高压的水蒸气，水蒸气送入蒸汽轮机系统，推动蒸汽轮机发电。
本发明的优点为：基于钙基化合物的循环转化，本发明提出了一种煤经焦炭/电石制乙炔并结合尾气化学链燃烧发电和制氢的化工动力多联产系统。与现有工艺相比，本发明一是可以将电石炉尾气和焦炉煤气不经处理，直接作为化学链燃烧的燃料，充分利用原有尾气的高温显热和焦油组分，减少能量损失，节约尾气处理成本；二是通过采用化学链燃烧的方式，降低燃料直接燃烧过程的火用损失，同时可实现CO2的捕集，减少温室气体排放；三是乙炔生产过程中的副产物电石渣用作脱硫剂、化学链燃烧载氧体和重整制氢吸收剂，既能实现电石渣的利用，又可实现脱硫剂、载氧体和吸附剂的补充；四是化学链燃烧后的烟气采用燃气/蒸汽联合循环发电，提高系统的发电效率。
附图说明
图1为根据本发明的基于钙基化合物的煤基化工动力多联产系统流程框架示意图。
图2为根据实施例1中系统流程示意图。
图3为根据实施例2中系统流程示意图。
附图标记：1–炼焦单元；2–电石单元；3–乙炔单元；4–化学链还原及脱硫单元；5–化学链氧化单元；6–煅烧单元；7–水蒸气重整制氢单元；8–燃气/蒸汽联合循环单元；9–CO2储存单元；101–煤；102–焦炭；103–焦炉煤气；201–生石灰；202–输入电力；203–电石；204–电石炉尾气；301–水；302–乙炔；303–煅烧电石渣；304–废弃电石渣；401–CaS；402–还原烟气；501–空气；502–CaSO4载氧体；503–氧化烟气；504–废弃CaSO4；601–CaO；602–水蒸气；603–煅烧烟气；604–氧气；701–氢气产品；702–CaCO3；703–补燃氢气；801–输出电力；802–富CO2烟气；803–排放烟气。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选的实施方式。在描述之前，应当了解在说明书和所附权利要求中使用的术语，并不应解释为局限于一般及辞典意义，而是应当基于允许发明人为最好的解释而适当定义术语的原则，基于对应于本发明技术层面的意义及概念进行解释。因此，在此的描述仅为说明目的的优选实例，而并非是意指限制本发明的范围，因而应当了解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以做出其他等同实施和修改。
根据本发明的所述基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，如图1所示，所述系统包括：
炼焦单元1，用于利用原料煤101炼焦生产焦炭102，所述炼焦单元1的炼焦装置并无特别要求，为工业中常用的炼焦设备，通过所述炼焦单元1将原料煤101炼焦生产得到焦炭102和焦炉煤气103，然后将所述焦炭102输送至电石单元2，并将所述焦炉煤气103输送至化学链还原及脱硫单元4。可选地，部分焦炉煤气103经净化脱硫后进入所述水蒸气重整制氢单元7。
电石单元2，与所述炼焦单元1连接，接收外部输入的生石灰201和来自所述炼焦单元1的焦炭102以及来自煅烧单元6的CaO 601，在电力202驱动下生产电石203，所述电石单元2的电石生产采用电热法工艺和密闭式电石炉装置，由生石灰(CaO)和焦炭在密闭式电石炉内通过电弧高温熔融反应生成，所述产品电石的主要成分为碳化钙(CaC2)，另外所述电石单元2产生的电石炉尾气204被输送至化学链还原及脱硫单元4。
优选地，所述电石单元2产生的电石炉尾气204不经净化处理，直接输入所述化学链还原及脱硫单元4进行化学链燃烧。
乙炔单元3，与所述电石单元2连接，接收外部输入的水301和来自所述电石单元2生产的电石203，经过水解生产乙炔302，同时生成以氢氧化钙(Ca(OH)2)为主要成分的电石渣。生产工艺可以采用干法乙炔生产工艺。部分电石渣303输送至煅烧单元6，同时将部分废弃的电石渣304排出系统。
化学链还原及脱硫单元4，分别与所述炼焦单元1、所述电石单元2、化学链氧化单元5和煅烧单元6连接，接收来自所述炼焦单元1的焦炉煤气103、来自所述电石单元2的电石炉尾气204、来自所述化学链氧化单元5的CaSO4载氧体502以及来自煅烧单元6的CaO 601(作为脱硫剂)，发生还原及脱硫反应生成CaS 401，然后将生成的CaS 401输送至化学链氧化单元5同时将还原烟气402输送至煅烧单元6。具体地，所述CaSO4载氧体502与所述焦炉煤气103和所述电石炉尾气204中的可燃组分(主要为CO、H2和CH4)发生化学链还原反应，所述CaSO4载氧体502被还原为CaS 401，可燃组分转变为CO2和H2O。所述CaO 601与所述焦炉煤气103和所述电石炉尾气204中的含硫组分(主要为H2S)发生脱硫反应，生成CaS 401和H2O。然后，CaS 401输送至所述化学链氧化单元5。CO2和H2O作为还原烟气402输送至所述煅烧单元6。反应所需的热量由所述CaSO4载氧体502所含的显热提供。
化学链氧化单元5，与所述化学链还原及脱硫单元4和燃气/蒸汽联合循环单元8连接，接收外部输入的空气501和来自所述化学链还原及脱硫单元4的CaS 401，将CaS氧化生成CaSO4载氧体，氧化后的CaSO4载氧体502返回输入所述化学链还原及脱硫单元4，同时将部分废弃的CaSO4载氧体504排出系统，生成的氧化烟气503被输送至燃气/蒸汽联合循环单元8进行热交换。
煅烧单元6，分别与所述电石单元2、所述乙炔单元3、所述化学链还原及脱硫单元4、水蒸气重整制氢单元7和燃气/蒸汽联合循环单元8连接，接收来自所述乙炔单元3的煅烧电石渣303(主要成分Ca(OH)2)、所述水蒸气重整制氢单元7的CaCO3702和所述化学链还原及脱硫单元4的还原烟气402，利用所述还原烟气402再燃后的热量进行煅烧，并分别向所述电石单元2和所述化学链还原及脱硫单元4输送煅烧产物CaO 601，同时将煅烧后产生的煅烧烟气603输送至燃气/蒸汽联合循环单元8利用煅烧烟气603的余热进行发电。
优选地，根据需要，所述煅烧单元6可以设有再燃室、CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室，所述还原烟气402先在再燃室中进行纯氧燃烧，为CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室提供热量，煅烧电石渣和CaCO3。
水蒸气重整制氢单元7，分别与所述炼焦单元1、所述煅烧单元6和燃气/蒸汽联合循环单元8连接，接收来自所述炼焦单元1的焦炉煤气103和来自所述煅烧单元6的CaO 601和水蒸气602，制备氢气，同时将吸收CO2生成的CaCO3702输入所述煅烧单元6，将部分氢气701作为产品输出并将部分氢气作为补燃氢气703输送至燃气/蒸汽联合循环单元8。此处水蒸气是煅烧单元6煅烧电石渣后产生的水蒸气(电石渣受热分解会产生CaO 601和水蒸气602)，不需要外部供给。
优选地，所述水蒸气重整制氢单元7工作模式为运行和不运行两种。处于运行模式时，部分焦炉煤气103经净化脱硫后进入所述水蒸气重整制氢单元7进行甲烷的水蒸气重整反应，CO的水煤气变换反应和CaO吸附二氧化碳反应，生产氢气。处于不运行模式时，焦炉煤气103不经净化全部进入所述化学链还原及脱硫单元4，不生产氢气。
燃气/蒸汽联合循环单元8，分别与外部电网，所述化学链氧化单元5，所述煅烧单元6、所述水蒸气重整制氢单元7和CO2捕集和储存单元9连接，接收来自所述化学链氧化单元5的氧化烟气503，来自所述煅烧单元6的煅烧烟气603和来自所述水蒸气重整制氢单元7的补燃氢气703，生产电力801输出至外部电网。进入所述燃气/蒸汽联合循环单元8的烟气有两股，其中来自所述煅烧单元6的所述煅烧烟气603换热后，变成富二氧化碳的所述烟气802，进入所述CO2捕集和储存单元9。来自所述化学链氧化单元5的所述氧化烟气503换热后，经净化处理变成所述烟气803(主要成分是氮气)，直接排入大气。两股烟气独立流动，不混合。
优选地，所述燃气/蒸汽联合循环单元8包括补燃室、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机，运行模式分为无氢气补燃运行和氢气补燃运行两种。无氢气补燃运行时，所述煅烧烟气603直接进入余热锅炉，所述氧化烟气503先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉。氢气补燃运行时，燃气轮机前设有补燃室，补燃氢气703与所述氧化烟气503在补燃室中混合，并利用氧化烟气503中的剩余氧气进行燃烧，燃烧后的烟气先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉。余热锅炉采用双热源运行方式，利用所述煅烧烟气602和燃气轮机排气中的余热与水换热，产生高温高压的水蒸气，水蒸气送入蒸汽轮机系统，推动蒸汽轮机发电。
CO2捕集和储存单元9，与所述燃气/蒸汽联合循环单元8连接，接收所述煅烧烟气603经所述燃气/蒸汽联合循环单元8换热后形成的富CO2烟气802，通过冷凝除水，捕集并储存其中所含的CO2。
根据本发明的所述系统基于钙基化合物的循环转化，实现物质以及能量的合理转化和利用，所述钙基化合物的循环转化形式包括CaO、CaC2、Ca(OH)2、CaCO3、CaS和CaSO4。
下面结合实施实例对本发明做出进一步的具体说明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
一种基于钙基化合物的煤基化工动力多联产系统的具体实施例，其中水蒸气重整制氢单元7处于运行模式，具体系统流程如图2所示，叙述如下：
(1)煤通过炼焦单元1产生焦炭102，输入电石单元2。副产物焦炉煤气103一部分不经降温净化处理直接进入化学链还原及脱硫单元4进行化学链燃烧，另一部分进入水蒸气重整制氢单元7。
(2)在电石单元2中，焦炭102、输入的生石灰201和煅烧电石渣后获得的CaO 601在密闭电石炉中利用电热法工艺，生产出电石203并输入乙炔单元3。所需电力202由外部电网提供。副产物电石炉尾气204不经降温净化处理直接进入化学链还原及脱硫单元4进行化学链燃烧。
(3)在乙炔单元3中，电石203与水301进行干法乙炔生产。生产出的乙炔302作为产品输出，一部分副产物电石渣303进入煅烧单元6，其余废弃电石渣304排出系统。
(4)在化学链还原及脱硫单元4中，焦炉煤气103与电石炉尾气204一方面与化学链氧化单元5输入的CaSO4载氧体502发生还原反应，其中，反应后的还原烟气402(主要为CO2和H2O)输入煅烧单元6。反应后的CaSO4载氧体502转变为CaS 401并进入化学链氧化单元5。另一方面，焦炉煤气103与电石炉尾气204中的含硫组分与煅烧单元6输入的CaO 601发生脱硫反应，脱硫产物CaS 401进入化学链氧化单元5。
(5)在化学链氧化单元5中，输入的CaS 401与空气501发生氧化反应，生成的CaSO4载氧体502进入化学链还原及脱硫单元4，氧化烟气503进入燃气/蒸汽联合循环单元8发电，失活的CaSO4504排出系统。
(6)在煅烧单元6中，化学链还原烟气402与氧气604在再燃室中燃烧，再燃烟气首先进入CaCO3煅烧室。CaCO3煅烧室采用内热式窑炉，再燃烟气直接与CaCO3702接触并将其煅烧成CaO和CO2。其中，CO2与再燃烟气混合后进入电石渣煅烧室。电石渣煅烧室采用外热式窑炉，电石渣303受热分解产生CaO和水蒸气。其中，水蒸气602进入水蒸气重整制氢单元7，作为重整原料。两个煅烧室产生的CaO 601混合后分别用作电石生产原料、水蒸气重整制氢吸收剂和尾气脱硫剂。换热后的煅烧烟气603则进入燃气/蒸汽联合循环单元8。
(7)在水蒸气重整制氢单元7中，部分焦炉煤气103经净化后与水蒸气602在催化剂条件下进行甲烷的水蒸气重整反应，CO的水煤气变换反应和CaO 601吸附CO2反应。生产的H2一部分用作燃气/蒸汽联合循环单元8的补燃燃料703，其余作为产品输出701。CaO吸附CO2后生成的CaCO3702则返回煅烧单元6进行煅烧。
(8)在燃气/蒸汽联合循环单元8中，输入的煅烧烟气603直接进入蒸汽轮机系统的余热锅炉产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电。补燃氢气703则与氧化烟气503在补燃室中混合，并利用氧化烟气503中的剩余氧气进行补燃，补燃后的烟气先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电。煅烧烟气603经余热锅炉换热后成为富CO2烟气802进入二氧化碳捕集和储存单元9。燃气轮机排气经余热锅炉换热再经净化处理后作为排放烟气803排入大气。
(9)在二氧化碳捕集和储存单元9中，输入的富CO2烟气802经冷却除水后即可获得高浓度的CO2，用以密封保存，实现CO2的捕集储存。
按照实施例1所提出的系统流程，优选系统运行参数并计算系统热力性能结果如表1所示。其中，生产规模为焦炭40万吨/年，电石60万吨/年。
表1：实施例1系统热力性能计算结果
参数 数值
输入煤(kg/h) 62500
输入氧化钙(kg/h) 52500
输入电能(MW) 245
化学链过程温度(℃) 900(还原及脱硫单元)/1000(氧化单元)
燃气轮机入口参数 1260℃/1.5MPa
余热锅炉蒸汽参数 540℃(12.5MPa)/540℃(2.86MPa)/232℃(0.45MPa)
焦炉煤气产量(Nm<sup>3</sup>/h) 10000
电石炉尾气产量(Nm<sup>3</sup>/h) 33750
乙炔产量(Nm<sup>3</sup>/h) 22875
净发电量(MW) 102
净H<sub>2</sub>产量(Nm<sup>3</sup>/h) 7000
CO<sub>2</sub>捕集浓度(干基) 95.7％
总能量利用率 76.9％
实施例2：
一种基于钙基化合物的煤基化工动力多联产系统的具体实施例，其中水蒸气重整制氢单元7处于不运行模式，多联产系统不生产氢气。具体系统流程如图3所示，叙述如下：
(1)煤通过炼焦单元1产生焦炭102，输入电石单元2。副产物焦炉煤气103不经降温净化处理直接进入化学链还原及脱硫单元4进行化学链燃烧。
(2)在电石单元2中，焦炭102、输入的生石灰201和煅烧电石渣后获得的CaO 601在密闭电石炉中利用电热法工艺，生产电石203并输入乙炔单元3。所需电力202由外部电网提供。副产物电石炉尾气204不经降温净化处理直接进入化学链还原及脱硫单元4进行化学链燃烧。
(3)在乙炔单元3中，电石203与水301进行干法乙炔生产。生产出的乙炔302作为产品输出，一部分副产物电石渣303进入煅烧单元6，其余废弃电石渣304排出系统。
(4)在化学链还原及脱硫单元4中，焦炉煤气103和电石炉尾气204一方面与化学链氧化单元5输入的CaSO4载氧体502发生反应，其中，反应后的还原烟气402(主要为CO2和H2O)输入煅烧单元6。反应后的CaSO4载氧体502转变为CaS 401并进入化学链氧化单元5。另一方面，焦炉煤气103和电石炉尾气204中的含硫组分与煅烧单元6输入的CaO 601发生脱硫反应，脱硫产物CaS 401进入化学链氧化单元5。
(5)在化学链氧化单元5中，输入的CaS 401与空气501发生氧化反应，生成的CaSO4载氧体502进入化学链还原及脱硫单元4，氧化烟气503进入燃气/蒸汽联合循环单元8发电，失活的CaSO4504排出系统。
(6)在煅烧单元6中，化学链还原烟气402与纯氧604在再燃室中燃烧，再燃烟气进入电石渣煅烧室。电石渣煅烧室采用内热式窑炉，再燃烟气直接与电石渣303接触并将其煅烧成CaO和水蒸气。其中，水蒸气与再燃烟气混合形成煅烧烟气603进入燃气/蒸汽联合循环单元8。电石渣煅烧产生的CaO601分别用作电石生产原料和尾气脱硫剂。
(7)在燃气/蒸汽联合循环单元8中，输入的煅烧烟气603直接进入蒸汽轮机系统的余热锅炉产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电。氧化烟气503先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电。煅烧烟气603经余热锅炉换热后成为富CO2烟气802进入二氧化碳捕集和储存单元9。燃气轮机排气经余热锅炉换热再经净化处理后作为排放烟气803排入大气。
(8)在二氧化碳捕集和储存单元9中，输入的富CO2烟气802经冷却除水后即可获得高浓度的CO2，用以密封保存，实现CO2的捕集储存。

Claims (9)

1.一种基于钙基化合物的煤化工动力多联产系统，所述系统包括：
炼焦单元(1)，用于利用原料煤(101)炼焦生产焦炭(102)；
电石单元(2)，与所述炼焦单元(1)连接，接收外部输入的生石灰(201)和来自所述炼焦单元(1)的焦炭(102)，生产电石(203)；
乙炔单元(3)，与所述电石单元(2)连接，接收外部输入的水(301)和来自所述电石单元(2)生产的电石(203)，生产乙炔(302)，同时将部分废弃的电石渣(304)排出系统；
化学链还原及脱硫单元(4)，分别与所述炼焦单元(1)和所述电石单元(2)连接，接收来自所述炼焦单元(1)的焦炉煤气(103)和来自所述电石单元(2)的电石炉尾气(204)，发生还原及脱硫反应生成CaS(401)；
化学链氧化单元(5)，与所述化学链还原及脱硫单元(4)连接，接收外部输入的空气(501)和来自所述化学链还原及脱硫单元(4)的CaS(401)，进行氧化反应，同时将氧化后的CaSO4载氧体(502)返回输入所述化学链还原及脱硫单元(4)，同时将废弃的CaSO4载氧体(504)排出系统；
煅烧单元(6)，分别与所述电石单元(2)、所述乙炔单元(3)和所述化学链还原及脱硫单元(4)连接，接收来自所述乙炔单元(3)的煅烧电石渣(303)和所述化学链还原及脱硫单元(4)的还原烟气(402)，利用所述还原烟气(402)再燃后的热量进行煅烧，并分别向所述电石单元(2)和所述化学链还原及脱硫单元(4)输送煅烧产物CaO(601)；
水蒸气重整制氢单元(7)，分别与所述炼焦单元(1)和所述煅烧单元(6)连接，接收来自所述炼焦单元(1)的焦炉煤气(103)和来自所述煅烧单元(6)的CaO(601)和水蒸气(602)，制备氢气，同时将吸收CO2生成的CaCO3(702)返回输入所述煅烧单元(6)进行煅烧，将部分氢气(701)作为产品输出；
燃气/蒸汽联合循环单元(8)，分别与外部电网，所述化学链氧化单元(5)，所述煅烧单元(6)和所述水蒸气重整制氢单元(7)连接，接收来自所述化学链氧化单元(5)的氧化烟气(503)，来自所述煅烧单元(6)的煅烧烟气(603)和来自所述水蒸气重整制氢单元(7)的补燃氢气(703)，生产电力(801)输出至外部电网。换热后的所述氧化烟气(503)经净化处理后变为烟气(803)排入大气。
CO2捕集和储存单元(9)，与所述燃气/蒸汽联合循环单元(8)连接，接收所述煅烧烟气(603)经所述燃气/蒸汽联合循环单元(8)换热后形成的富CO2烟气(802)，通过冷凝除水，捕集并储存其中所含的二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于钙基化合物包括CaO、CaC2、Ca(OH)2、CaCO3、CaS和CaSO4。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电石单元(2)采用密闭电石炉电热法生产工艺，产生的电石炉尾气(204)不经净化处理，直接输入所述化学链还原及脱硫单元(4)进行化学链燃烧。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述乙炔单元(3)采用干法乙炔生产工艺。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述化学链还原及脱硫单元(4)内同时进行尾气脱硫和化学链还原两个过程，脱硫剂采用在所述煅烧单元(6)中煅烧电石渣后产生的CaO(601)，化学链还原载氧体采用还原及脱硫反应产物CaS(401)氧化形成的CaSO4载氧体(502)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述化学链氧化单元(5)内进行还原及脱硫反应产物CaS与空气氧化反应生成CaSO4(502)。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，根据需要，所述煅烧单元(6)可以设有再燃室、CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室，所述还原烟气(402)先在再燃室中进行纯氧燃烧，为CaCO3煅烧室和电石渣煅烧室提供热量，煅烧电石渣和CaCO3。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水蒸气重整制氢单元(7)工作模式为运行和不运行两种；处于运行模式时，部分焦炉煤气(103)经净化脱硫后进入所述水蒸气重整制氢单元(7)进行甲烷的水蒸气重整反应，CO的水煤气变换反应和CaO吸附二氧化碳反应，生产氢气；处于不运行模式时，焦炉煤气(103)不经净化全部进入所述化学链还原及脱硫单元(4)，不生产氢气。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气/蒸汽联合循环单元(8)包括补燃室、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机，运行模式分为无氢气补燃运行和氢气补燃运行两种；无氢气补燃运行时，所述煅烧烟气(602)直接进入余热锅炉，所述氧化烟气(503)先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉；氢气补燃运行时，燃气轮机前设有补燃室，补燃氢气(703)与所述氧化烟气(503)在补燃室中混合，并利用氧化烟气(503)中的剩余氧气进行燃烧，燃烧后的烟气先进入燃气轮机发电，排气再进入余热锅炉。余热锅炉采用双热源运行方式，利用所述煅烧烟气(602)和燃气轮机排气中的余热与水换热，产生高温高压的水蒸气，水蒸气送入蒸汽轮机系统，推动蒸汽轮机发电。
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