CN109321279A - 一种煤制合成气的调节系统及调节方法 - Google Patents

一种煤制合成气的调节系统及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种煤制合成气的调节系统及调节方法，所述煤制合成气的调节系统，包括：煤气化单元，用于将煤进行气化并获得一氧化碳和氢气；电解水单元，用于将水电解为氢气和氧气；所述电解水单元和煤气化单元之间连接有氧气输送管道，用于将电解水单元得到的氧气供应至煤气化单元；气体调节单元，用于接收来自煤气化单元的一氧化碳和氢气以及来自电解水单元的氢气，并调配氢气和一氧化碳的比例。利用本发明的系统和方法，可以提高煤气化过程中C含量的有效利用率，尽可能的将煤中的碳转化为可利用的CO，减少CO2排放，在提高煤的利用效率的同时降低CO2排放量。

Description

一种煤制合成气的调节系统及调节方法
技术领域
本发明涉及煤气化合成气的利用领域，特别涉及煤气化合成气高效利用的煤制合成气调节系统及调节方法。
背景技术
随着现代工业的发展，全球能源消费不断剧增，CO2排放量由工业革命1860年前的0.4亿吨发展到1996年的60.4亿吨。世界各国已注意到非持续性能源生产与发展模式使全球环境所面临的危机。最主要的温室气体CO2随着工业的发展而日益增多，加剧了人类生存环境的恶化；逐步削减温室气体的排放已经成为大多数科学家及政府机构的共识。因而，从能源、碳资源以及减轻CO2对环境污染等诸方面考虑，控制CO2的排放及加强CO2的开发利用都是一项具有重大战略意义的课题。在煤化工技术中，煤气化技术生成CO和H2，现有技术为通过一氧化碳变换技术调节H2/CO的比例，从而生产下游装置所需要比例的混合气体。CO变换反应如下。
CO+H2O＝H2+CO2
在反应的过程中，生成H2的同时，产生等量的CO2，此部分CO2无法使用，最终排入大气，增加环境负担。经计算，若单台气化炉燃煤量为84吨/小时，则会产生36吨/的CO2排放大气。
此外，由于C转化为CO2排放，导致煤中有效碳含量没有充分利用，降低生产效率。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的问题，提供一种煤制合成气的调节系统及调节方法，利用本发明的系统和方法，可以提高煤气化过程中C含量的有效利用率，尽可能的将煤中的碳转化为可利用的CO，减少CO2排放，在提高煤的利用效率的同时降低CO2排放量。
本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：
本发明第一方面提供一种煤制合成气的调节系统，包括：
煤气化单元，用于将煤进行气化并获得一氧化碳和氢气；
电解水单元，用于将水电解为氢气和氧气；所述电解水单元和煤气化单元之间连接有氧气输送管道，用于将电解水单元得到的氧气供应至煤气化单元；
气体调节单元，用于接收来自煤气化单元的一氧化碳和氢气以及来自电解水单元的氢气，并调配氢气和一氧化碳的比例。
优选的，所述煤气化单元包括煤粉制备装置、煤粉气化装置和合成气洗涤净化装置；
所述煤粉制备装置用于将原料煤碾磨成煤粉；
所述煤粉气化装置用于将煤粉制备装置得到的煤粉进行气化并得到含有一氧化碳和氢气的合成气；
所述合成气洗涤装置用于将煤粉气化装置得到的合成气进行洗涤净化以脱除其中的杂质气体和灰分，得到一氧化碳和氢气混合气。
优选的，所述电解水单元包括电解水装置、氢气压缩机、氧气压缩机；
所述电解水装置用于将水电解为氧气和氢气；
所述氢气压缩机用于对电解水装置得到的氢气增压，所述氢气压缩机与气体调节单元相连通，用于将增压后的氢气供应至气体调节单元；
所述氧气压缩机用于对电解水装置得到的氧气增压，所述氧气压缩机与所述煤粉气化装置相连通，用于将增压后的氧气供应至煤粉气化装置。
作为一种具体实施方式，所述气体调节单元设有出气口，用于输出已调配比例的氢气和一氧化碳混合气。
作为一种具体实施方式，所述气体调节单元包括低温甲醇洗装置、气体组分检测装置和控制器，所述煤气化单元和低温甲醇洗装置之间连接有合成气输送管道；所述电解水单元和所述低温甲醇洗装置之间连接有氢气输送管道；所述合成气输送管道和所述氢气输送管道分别设有气体流量控制阀，所述低温甲醇洗装置设有合成气出口，所述气体组分检测装置用于检测所述合成气出口所排出的气体组成，所述控制器分别与所述气体组分检测装置及所述气体流量控制阀通信连接，所述控制器根据气体组分检测装置反馈的信号调控所述气体流量控制阀的开度。
本发明第二方面提供一种煤制合成气的调节方法，包括如下步骤：
将煤送至煤气化单元进行气化，并得到一氧化碳和氢气混合气；
将水送至电解水单元进行电解，得到氢气和氧气；
将煤气化单元得到的一氧化碳和氢气以及电解水单元得到的氢气送至气体调节单元，调配氢气和一氧化碳的比例，以获得H2/CO比例满足下游工序需求的氢气和一氧化碳混合气；
将电解水单元得到的氧气供应至煤气化单元参与煤气化反应。
优选的，所述煤气化单元包括煤粉制备装置、煤粉气化装置和合成气洗涤净化装置；
所述调节方法包括：
将原料煤送至煤粉制备装置进行碾磨，得到粒度＜500μm的煤粉；
将煤粉送至煤粉气化装置进行煤气化反应，得到含有一氧化碳和氢气的合成气；
将合成气送至合成气洗涤净化装置进行洗涤净化，脱除其中的杂质气体和灰分，得到一氧化碳和氢气混合气；
将洗涤净化得到的一氧化碳和氢气混合气送至气体调节单元。
优选的，经所述合成气洗涤净化装置得到的一氧化碳和氢气混合气，灰含量小于0.6mg/m3，硫含量小于0.1ppm。
优选的，所述电解水单元包括电解水装置、氢气压缩机、氧气压缩机；所述调节方法包括：
将水送至电解水装置进行电解得到氧气和氢气；
将电解水装置得到的氧气经氧气压缩机增压后送至煤粉气化装置；
将电解水装置得到的氢气经氢气压缩机增压后送至气体调节单元。
作为一种具体实施方式，所述气体调节单元设有出气口，所述调节方法还包括如下步骤：将气体调节单元已调配好H2/CO比例的氢气和一氧化碳混合气经所述出气口送至下游工序。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明提供的调节系统和方法，可提高煤气化过程中C含量的有效利用率，尽可能将煤中的碳全部转化为可利用的CO，不仅可提供满足需求的H2/CO比例，而且能减少CO2的产生和排放，在提高煤的利用效率的同时降低CO2排放量。
本发明通过利用电解水生产的H2和O2，对煤气化装置生产的合成气进行H2/CO比例的调节，避免了CO变换方法中产生的CO2，极大降低了CO2的排放量，同时有效提高了煤粉的使用效率，在生产等量有效气的条件下，减少了原煤使用量，大幅度提高项目能源利用效率。新能源利用电解水与煤化工传统技术的结合，提高项目效能，最大限度控制温室气体CO2的排放，达到节能与环保的双重效益，不仅降低环境压力，而且实现绿色清洁生产。
附图说明
图1为本发明一种实施方式中调节系统的示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
本发明提供的煤制合成气调节系统，参见图1，主要包括煤气化单元、电水解单元和气体调节单元。其中煤气化单元，用于将煤进行气化并获得一氧化碳和氢气。电解水单元，用于将水电解为氢气和氧气；所述电解水单元和煤气化单元之间连接有氧气输送管道，用于将电解水单元得到的氧气供应至煤气化单元。气体调节单元，用于接收来自煤气化单元的一氧化碳和氢气以及来自电解水单元的氢气，并调配氢气和一氧化碳的比例。
具体的，煤气化单元主要包括煤粉制备装置、煤粉气化装置和合成气洗涤净化装置。煤粉制备装置用于将原料煤碾磨成煤粉，优选将原来煤碾磨成粒度＜500μm的煤粉。煤粉气化装置用于将煤粉制备装置得到的煤粉进行气化并得到含有一氧化碳和氢气的合成气。合成气洗涤装置用于将煤粉气化装置得到的合成气进行洗涤净化以脱除其中的杂质气体和灰分，得到一氧化碳和氢气混合气。
具体的，电解水单元主要包括电解水装置、氢气压缩机和氧气压缩机。电解水装置用于将水电解为氧气和氢气。氢气压缩机用于对电解水装置得到的氢气增压(例如增加至3.5-4.0MPa)，氢气压缩机与气体调节单元相连通，用于将增压后的氢气供应至气体调节单元。氧气压缩机用于对电解水装置得到的氧气增压(例如增加至4.0-4.5MPa)，氧气压缩机与所述煤粉气化装置相连通，用于将增压后的氧气供应至煤粉气化装置，满足气化炉用氧需求。
具体的，气体调节单元设有出气口，用于输出已调配比例的氢气和一氧化碳混合气，从而供应下游工序，利用核实配比的氢气和一氧化碳制备相应的下游产品，例如甲醇、乙醇、乙二醇、合成油及其他化工产品。
气体调节单元中进行氢气和一氧化碳比例调节所采用的装置或元件，不作特别限定，可以采用本领域现有气体调节结构进行，在本领域对合成气中氢气和一氧化碳比例进行调节已有不少成熟技术，对此不作一一赘述。
在本发明一些优选具体实施方式中，气体调节单元具体包括低温甲醇洗装置、气体组分检测装置和控制器。煤气化单元和低温甲醇洗装置之间连接有合成气输送管道；电解水单元和低温甲醇洗装置之间连接有氢气输送管道；合成气输送管道和氢气输送管道分别设有气体流量控制阀，低温甲醇洗装置设有合成气出口，气体组分检测装置用于检测合成气出口所排出的气体组成。控制器分别与气体组分检测装置及所述气体流量控制阀通信连接，气体组分检测装置将其检测结果反馈至控制器，控制器根据气体组分检测装置反馈的信号，通过与预设的氢气和一氧化碳比例进行比较，根据比较结果进而来调控合成气输送管道和氢气输送管道上的气体流量控制阀的开度，从而在合成气出口能获得满足需要的氢气和一氧化碳比例的气体。低温甲醇洗装置为本领域所熟知的设备，可对气体进行酸性气及其他废气脱除；气体组分检测装置可以采用本领域现有的具有氢气和一氧化碳含量检测功能的相应设备，对此不作一一赘述。
本发明系统中涉及的各种具体装置均可以采用本领域现有的相应装置，对此不作赘述。
本发明还提供一种利用上文所述的系统进行煤制合成气调节的方法，该方法主要包括如下步骤：
将煤送至煤气化单元进行气化，并得到一氧化碳和氢气混合气；
将水送至电解水单元进行电解，得到氢气和氧气；
将煤气化单元得到的一氧化碳和氢气以及电解水单元得到的氢气送至气体调节单元，调配氢气和一氧化碳的比例，以获得H2/CO比例满足下游工序需求的氢气和一氧化碳混合气；
将电解水单元得到的氧气供应至煤气化单元参与煤气化反应。
具体的，煤气化单元主要包括煤粉制备装置、煤粉气化装置和合成气洗涤净化装置；调节方法还具体包括如下步骤：将原料煤送至煤粉制备装置进行碾磨，得到粒度＜500μm的煤粉；将煤粉送至煤粉气化装置进行煤气化反应，得到含有一氧化碳和氢气的合成气；将合成气送至合成气洗涤净化装置进行洗涤净化，脱除其中的杂质气体和灰分，得到一氧化碳和氢气混合气；将洗涤净化得到的一氧化碳和氢气混合气送至气体调节单元。其中，在煤气化装置所采用的煤气化工艺可以是水煤浆法或粉煤气化法，优选采用粉煤气化法，具体的煤气化装置采用本领域常用的相应装置即可，例如干粉气化炉等。
在合成气洗涤净化装置中对合成气进行洗涤净化，主要是脱除灰分，和合成气中的CO2、H2S、HCN等杂质气体，具体的洗涤净化工艺采用本领域常用方法即可，例如采用低温甲醇洗等气体净化装置进行清洗，对此不作赘述。优选的，经合成气洗涤净化装置得到的一氧化碳和氢气混合气，灰含量小于0.6mg/m3，硫含量小于0.1ppm。
具体的，所述电解水单元包括电解水装置、氢气压缩机、氧气压缩机；调节方法还具体包括如下步骤：将水送至电解水装置进行电解得到氧气和氢气；将电解水装置得到的氧气经氧气压缩机增压后送至煤粉气化装置；将电解水装置得到的氢气经氢气压缩机增压后送至气体调节单元。
具体的，气体调节单元设有出气口，本发明的调节方法还具体包括如下步骤：将气体调节单元已调配好H2/CO比例的氢气和一氧化碳混合气经出气口送至下游工序。
下面举例对本发明的系统和方法进行介绍：
将原料煤送至煤粉制备装置碾磨，得到粒度小于500μm的煤粉颗粒。煤粉气化装置具体采用干煤粉气化炉，干煤粉气化炉每小时耗煤量为84吨，在反应温度为1350-1600℃、反应压力为4.4MPaG条件下燃烧后，产出有效气量为132500Nm3/h，其中CO和H2的摩尔组分为CO占73.4％、H2占26.6％。
将得到的合成气送入合成气洗涤净化装置，经洗涤净化后，脱除其中的灰分和CO2、H2S、HCN等杂质气体，得到硫含量小于0.1ppm、灰含量小于0.6mg/m3的CO和H2混合气。
若需配制H2/CO摩尔比为1.65的有效气，在不进行CO变换的条件下，需增加H2量为12.53×104Nm3/h，即5.59×106mol。
在电解水装置中每小时需电解水量为100吨，可生产11.1吨(12.5×104Nm3)的H2和88.9吨(6.26×104Nm3)的O2。H2通过压缩机增压后，送至气体调节单元，与净化后的合成气混合配比，得到H2/CO为1.65的净化合成气。O2通过压缩机增压后，送至干煤粉气化炉参与煤气化反应。
该方法和现有技术相比，相对于每小时耗煤量为84吨的气化炉，单台气化炉每小时可减少36吨CO2排放量，有效降低CO2排放量，同时CO作为有效气进行反应，提高了原煤的使用效率。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种煤制合成气的调节系统，其特征在于，包括：
煤气化单元，用于将煤进行气化并获得一氧化碳和氢气；
电解水单元，用于将水电解为氢气和氧气；所述电解水单元和煤气化单元之间连接有氧气输送管道，用于将电解水单元得到的氧气供应至煤气化单元；
气体调节单元，用于接收来自煤气化单元的一氧化碳和氢气以及来自电解水单元的氢气，并调配氢气和一氧化碳的比例。
2.根据权利要求1所述的调节系统，其特征在于，所述煤气化单元包括煤粉制备装置、煤粉气化装置和合成气洗涤净化装置；
所述煤粉制备装置用于将原料煤碾磨成煤粉；
所述煤粉气化装置用于将煤粉制备装置得到的煤粉进行气化并得到含有一氧化碳和氢气的合成气；
所述合成气洗涤装置用于将煤粉气化装置得到的合成气进行洗涤净化以脱除其中的杂质气体和灰分，得到一氧化碳和氢气混合气。
3.根据权利要求2所述的调节系统，其特征在于，所述电解水单元包括电解水装置、氢气压缩机、氧气压缩机；
所述电解水装置用于将水电解为氧气和氢气；
所述氢气压缩机用于对电解水装置得到的氢气增压，所述氢气压缩机与气体调节单元相连通，用于将增压后的氢气供应至气体调节单元；
所述氧气压缩机用于对电解水装置得到的氧气增压，所述氧气压缩机与所述煤粉气化装置相连通，用于将增压后的氧气供应至煤粉气化装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的调节方法，其特征在于，所述气体调节单元设有出气口，用于输出已调配比例的氢气和一氧化碳混合气。
5.根据权利要求4所述的调节方法，其特征在于，所述气体调节单元包括低温甲醇洗装置、气体组分检测装置和控制器，所述煤气化单元和低温甲醇洗装置之间连接有合成气输送管道；所述电解水单元和所述低温甲醇洗装置之间连接有氢气输送管道；所述合成气输送管道和所述氢气输送管道分别设有气体流量控制阀，所述低温甲醇洗装置设有合成气出口，所述气体组分检测装置用于检测所述合成气出口所排出的气体组成，所述控制器分别与所述气体组分检测装置及所述气体流量控制阀通信连接，所述控制器根据气体组分检测装置反馈的信号调控所述气体流量控制阀的开度。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的调节系统进行煤制合成气调节的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将煤送至煤气化单元进行气化，并得到一氧化碳和氢气混合气；
将水送至电解水单元进行电解，得到氢气和氧气；
将煤气化单元得到的一氧化碳和氢气以及电解水单元得到的氢气送至气体调节单元，调配氢气和一氧化碳的比例，以获得H2/CO比例满足下游工序需求的氢气和一氧化碳混合气；
将电解水单元得到的氧气供应至煤气化单元参与煤气化反应。
7.根据权利要求6所述的煤制合成气的调节方法，其特征在于，所述煤气化单元包括煤粉制备装置、煤粉气化装置和合成气洗涤净化装置；
所述调节方法包括：
将原料煤送至煤粉制备装置进行碾磨，得到粒度＜500μm的煤粉；
将煤粉送至煤粉气化装置进行煤气化反应，得到含有一氧化碳和氢气的合成气；
将合成气送至合成气洗涤净化装置进行洗涤净化，脱除其中的杂质气体和灰分，得到一氧化碳和氢气混合气；
将洗涤净化得到的一氧化碳和氢气混合气送至气体调节单元。
8.根据权利要求7所述的煤制合成气的调节方法，其特征在于，经所述合成气洗涤净化装置得到的一氧化碳和氢气混合气，灰含量小于0.6mg/m3，硫含量小于0.1ppm。
9.根据权利要求7或8所述的煤制合成气的调节方法，其特征在于，所述电解水单元包括电解水装置、氢气压缩机、氧气压缩机；所述调节方法包括：
将水送至电解水装置进行电解得到氧气和氢气；
将电解水装置得到的氧气经氧气压缩机增压后送至煤粉气化装置；
将电解水装置得到的氢气经氢气压缩机增压后送至气体调节单元。
10.根据权利要求6-9任一项所述的煤制合成气的调节方法，其特征在于，所述气体调节单元设有出气口，所述调节方法还包括如下步骤：将气体调节单元已调配好H2/CO比例的氢气和一氧化碳混合气经所述出气口送至下游工序。
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