CN111471490A - 综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的是一种综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其包含了IGCC整体煤气化发电、可再生能源发电、电解水制氢、干馏产焦油和加氢裂化产成品油，一实现高效低炭节能的绿色环保生产系统，并且具有较高的投资回报率。

Description

综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统

技术领域

本发明涉及综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产领域，特别是在平衡电网负荷供需方面，能提供卓越的调峰性能，其燃料包括烟煤、褐煤、泥煤、焦炭、半焦、石油焦、生物质、有机垃圾，以及其他含挥发份的固体类燃料，采用包括干馏气化装置、加氢裂化炼油装置、燃气轮机发电装置、蒸汽轮机发电装置、可再生能源发电装置和电解水制氢装置再内的多联产综合生产系统，干馏气化装置产出的煤气和焦油，经分离后的煤气一部分送燃气轮机高效发电，另一部分送锅炉来助燃火电机组低负荷调峰发电，焦油送加氢裂化装置生产汽油、航空煤油、柴油等成品油，可再生能源所发多余电量用来电解水制氢和氧，氢气供加氢裂化产成品油，氧气供气化炉产煤气，这样既支持了火电厂的调峰发电，又将低价的固体燃料转化为更高价的成品油，以及清洁煤炭燃料半焦，从而在消耗同样的燃料条件下，能以更低的有害气体排放，获得比各自独立的燃煤火电厂、可再生能源电厂和炼油厂更高的效率和产品附加值。

背景技术

在某些可再生能源资源丰富的地区，由于电网中可再生能源比例较高，需要电网中的火电厂具有更强的调峰能力，系统中设有煤的气化和干馏装置，将一部分煤气送锅炉来助燃火电机组低负荷调峰发电，另一部分煤气送燃气轮机形成整体煤气化联合循环IGCC高效发电，煤的气化得到的荒煤气用来干馏原煤，不但获取了高附加值的焦油，提高了经济效益，还能过滤掉荒煤气中包括残碳再内的颗粒物，干馏产生的半焦送至燃煤锅炉燃烧，挥发份不够则通过煤气来助燃，系统自身还包括了可再生能源发电，以降低对大气的碳排放，对系统中电网的影响是会带来一定的不稳定电量，为消纳这部分不稳定电量，系统中设有电解水制氢装置，及相应的氢气储存罐和氧气储存罐，通过调节制氢和氧的电解速率来减缓电网负荷波动，由于气体产量是变化的，当有多余的氢气和氧气产生出来，则分别存入它们的储存罐，待制氢和制氧的速率太低时，再释放出来补充不足，为消纳产生的焦油和氢气，系统中建有加氢裂化炼油装置，以焦油和氢气为原料，生产出汽油、航空煤油和柴油等成品油，而氧气则送至气化炉用来增加气化强度，这样可以用干馏产生的半焦代替煤来气化生产煤气，从而构成了以煤为燃料，以电力、成品油为输出产品，各类中间产品、物料内部平衡的多联产系统。

发明内容

综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其包括循环流化床气化炉、干馏罐、焦油分离装置、燃气轮机、余热锅炉、汽轮机，锅炉、可再生能源发电装置、电解水制氢装置、氢气储存罐、氧气储存罐、及焦油加氢裂化装置，气化燃料是固体类燃料，固体燃料送入气化炉和干馏罐，气化炉通过缺氧燃烧产生了热煤气，将循环流化床气化炉产出的热煤气接至装有固体燃料的干馏罐，产出了含焦油的干馏煤气，送至焦油分离装置从煤气中分离出焦油，焦油分离装置出口煤气用管道接至锅炉或燃气轮机，同时汇同气化炉出口热煤气进干馏罐，而干馏罐排出的半焦送至气化炉或锅炉；或者在干馏罐半焦出口装有回热器，半焦先经回热器再送至气化炉或锅炉，煤气经焦油分离装置的煤气出口先接至回热器入口，经与半焦热交换升温后，再从回热器出口用煤气管接至锅炉，同时汇同气化炉出口热煤气送至干馏罐，而干馏罐出口的煤气送至焦油分离装置。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，经干馏罐出口的煤气送至焦油分离装置经分离得到的焦油送至加氢裂化装置，同时本系统可再生能源发电装置联接了电解水制氢装置，电解出的氢气和氧气，氢气接至加氢裂化装置用于成品油生产。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，干馏罐所用的气化原料为固体燃料，其包括烟煤、褐煤、泥煤、半焦、石油焦、秸秆、生物质、废橡胶、废塑料、有机垃圾，以及其他含挥发份的固体类燃料中的任何一种。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其回热器加热煤气的热载体自外部热源接入，干馏罐出口煤气经焦油分离装置接至回热器，与热载体进行热交换升温之后，再将回热器出口煤气与气化炉出口煤气一起接至干馏罐。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，干馏罐煤气出口接静电除尘器，再接入焦油分离装置，在干馏罐煤层滤除了煤气中大部分灰分的基础上，进一步减少煤气中的杂质净化了煤气。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，在电解水制氢装置接至加氢裂化产油装置的联接管道上接有氢气储存罐，用以在电解制氢速率变化时，起到稳定气压的作用。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，在电解水制氢装置接至气化炉的管道上接有氧气储存罐，用以在电解制氧速率变化时，起到稳定气压的作用。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，电解水制氢装置电解出的氢气与外部制氢装置所产氢气一起共同接至加氢裂化装置用于成品油生产，以利于加氢裂化炼油装置的物料平衡。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其电解水制氢装置电解出的氧气用管道联接给气化炉供氧制煤气，或与鼓风机空气出口管道相联，混合成富氧空气给气化炉鼓风制煤气，用增加气化剂氧浓度的方式提高碳转化率和煤气热值。

所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其焦油分离装置由包括了水洗塔、电捕焦油器和油/水分离机在内的设备组成，干馏罐的混合煤气出口接水洗塔入口，水洗塔的煤气出口接电捕焦油器入口，同时水洗塔的油/水混合液从液体出口接至油/ 水分离机，从电捕焦油器和油/水分离机流出的焦油送至加氢裂化装置。

有益效果

本发明将整体煤气化发电(IGCC)、燃煤锅炉发电、焦油及成品油生产、电网调峰平衡、可再生能源发电和水解制氢结合在一起，不但发电效率更高、电网更稳定、碳排放更低，还能生产高附加值的成品油，使采用该工艺流程的综合系统比单独设立的火力发电厂、可再生能源发电厂以及炼油厂的经济效益更高。

附图说明

图1本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其包括循环流化床气化炉1、干馏罐2、焦油分离装置23、回热器5、脱硫塔7、煤气压缩机8、汽轮机 9、余热锅炉10、煤气风机12、动力透平13、燃气轮机14、污水处理池15、锅炉16、可再生能源发电装置17、电解水制氢装置18、及焦油加氢裂化装置21，气化燃料是固体类燃料，固体燃料送入气化炉1和干馏罐2，气化炉1通过缺氧燃烧产生了热煤气汇同焦油分离装置23出来的煤气接至装有固体燃料的干馏罐2，产出了含焦油的干馏煤气，送至焦油分离装置23入口，焦油分离装置23出口煤气用管道经脱硫塔7净化后接至锅炉16或经煤气压缩机8增压后进燃气轮机14，燃气轮机14排出的高温烟气接至余热锅炉10，产出蒸汽接汽轮机9，同时汇同气化炉1出口热煤气进干馏罐2，或先接回热器5经升温加热之后再汇同气化炉1出口热煤气接至干馏罐2，而干馏罐2排出的半焦送至气化炉1或锅炉16，或经回热器5与煤气换热降温后再送至气化炉1或锅炉16，从脱硫塔7出来的煤气经蒸汽透平13驱动的风机12加压接至回热器5入口，再从回热器5出口用煤气管接至锅炉16，焦油分离装置23分离出来的污水进污水处理池15，处理后得到的浓缩污水汇同氧气喷入气化炉1，同时放出净化水重新利用的示意图。

图2本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的焦油分离装置23分离出的焦油送至加氢裂化装置21，同时本系统设有可再生能源发电装置17，其出线联接了电解水制氢装置18，电解出的氢气和氧气，氢气接至加氢裂化装置21用于成品油生产的示意图。

图3本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的干馏罐2半焦出口接至气化炉1入口，将系统中干馏出的半焦通过输送通道输入气化炉1用于气化原料的示意图。

图4本发明表示所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的回热器5加热煤气的热载体自外部热源接入，干馏罐2出口煤气经焦油分离装置23接至回热器5，与热载体进行热交换升温之后，再将回热器5出口煤气与气化炉1出口煤气一起接至干馏罐2的示意图。

图5本发明表示所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的干馏罐2煤气出口接静电除尘器22，再接入焦油分离装置23，在干馏罐2煤层滤除了煤气中部分灰分的基础上，用静电除尘进一步减少煤气中的颗粒物杂质和残留液滴净化了煤气的示意图。

图6本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18接至加氢裂化产油装置21的联接管道上接有氢气储存罐20，用以在电解制氢速率变化时，起到稳定气压的作用的示意图。

图7本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18接至气化炉1的管道上接有氧气储存罐19，用以在电解制氧速率变化时，起到稳定气压的作用的示意图。

图8本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18电解出的氢气与外部制氢装置所产氢气一起共同接至加氢裂化装置21用于成品油生产，以利于加氢裂化炼油装置21的物料平衡的示意图。

图9本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18电解出的氧气给气化炉1鼓风，或与气化鼓风机11鼓出的空气混合成富氧空气给气化炉1鼓风，用增加气化剂氧浓度的方式提高碳转化率和产出的煤气热值的示意图。

图10本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的焦油分离装置23由包括了水洗塔3、电捕焦油器4和油/水分离机6在内的设备组成，干馏罐2的混合煤气出口接水洗塔3入口，水洗塔3的煤气出口接电捕焦油器4入口，同时水洗塔3的油/水混合液从液体出口接至油/水分离机6，从油/水分离机6分离出来的污水进污水处理池15，分离出的焦油与电捕焦油器4捕捉到的焦油一起送至加氢裂化装置21的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解为这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

注释：

“干馏罐”指气体热载体内热式干馏罐，是用热气体来干馏固体燃料产生煤气的容器；

“回热器”指用对煤气加热的热交换器，其热源可以由干馏出的热半焦来加热煤气，也可以从干馏罐以外的热源输入的热载体来加热煤气；

“电解水制氢装置”指用电极插入纯净水中能分解出氢气和氧气的电解装置，虽然叫制氢装置，但同时也制得氧气

如图1所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统：

本发明所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其包括气化炉1、干馏罐2、焦油分离装置23、回热器5、脱硫塔7、煤气压缩机8、汽轮机9、余热锅炉10、煤气风机12、动力透平13、燃气轮机14、污水处理池15、锅炉16、可再生能源发电装置17、电解水制氢装置18、及焦油加氢裂化装置21，气化燃料是固体类燃料，固体燃料送入气化炉1和干馏罐2，气化炉1通过缺氧燃烧产生了热煤气，将热煤气接至装有固体燃料的干馏罐2，利用气化炉煤气的显热来产出含焦油的干馏煤气，送至焦油分离装置23入口，将煤气、水和焦油分离，焦油分离装置23出口煤气用管道经脱硫塔7净化后接至锅炉16助燃，或经煤气压缩机8增压后进燃气轮机14发电，燃气轮机14排出的高温烟气接至余热锅炉10，产出蒸汽接汽轮机9，同时汇入气化炉1出口热煤气将温度降至低温干馏所需的温度进干馏罐2干馏出低温焦油，或先接回热器5将煤气升温加热之后再汇同气化炉1出口热煤气接至干馏罐2，这样既回收了半焦的余热，又增加了干馏气体的总热量，产出了更多的焦油和煤气，另外气化炉1出来的煤气携带有较高的含煤粉尘，通过干馏罐2中半焦的过滤可避免带入焦油分离装置23，提高了焦油的清洁度，而干馏罐2排出的半焦送至锅炉16或经回热器5 与煤气换热降温后再送至气化炉1或锅炉16，从脱硫塔7出来的煤气经蒸汽透平13驱动的风机12加压至回热器5入口，经与半焦热交换升温后，再从回热器5出口用煤气管接至锅炉16，组成联合循环高效发电，焦油分离装置23分离出来的污水进污水处理池15，处理后得到的浓缩污水汇同氧气喷入气化炉1，简化了污水降解工艺，同时放出净化水重新利用。

如图2所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，焦油分离装置23分离出的焦油：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的焦油分离装置23分离出的焦油送至加氢裂化装置21，同时本系统设有可再生能源发电装置17，其出线联接了电解水制氢装置18，用无碳排放的方式电解出的氢气和氧气，氢气接至加氢裂化装置21用于成品油生产，在不增加碳排放的基础上产出成品油。

如图3所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，干馏罐2半焦出口接至气化炉1入口：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的干馏罐2 半焦出口接至气化炉1入口，与之相配合将系统中干馏出的半焦通过输送通道输入气化炉1 用于气化原料，这样气化炉1的气化剂空气中的含氧量就会增加，可以直接气化挥发份含量极低的半焦，以便留有更多的煤来干馏焦油，从而获得更高的经济利益，同时煤气热值也会更高，这有利于进一步提高燃气轮机14的发电效率。

如图4所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，回热器5加热煤气的热载体来自外部热源：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的回热器5 加热煤气的热载体自外部热源接入，干馏罐2出口煤气经焦油分离装置23接至回热器5，与热载体进行热交换升温之后，再将回热器5出口煤气与气化炉1出口煤气一起接至干馏罐2，这样可以利用外部热源来增加干馏的煤气热量，从而增加了干馏煤的处理量。

如图5所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，干馏罐2煤气出口接静电除尘器22：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的干馏罐2 煤气出口接静电除尘器22，在干馏罐2煤层滤除了煤气中部分灰分的基础上，进一步减少煤气中的颗粒物杂质净化了煤气，再接入焦油分离装置23，从而减轻了焦油分离装置23的除灰负担，能得到更纯的焦油。

如图6所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，电解水制氢装置18 接至加氢裂化产油装置21的联接管道上接有氢气储存罐20：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18接至加氢裂化产油装置21的联接管道上接有氢气储存罐20，用以在电解制氢速率变化时，起到稳定气压的作用，当电网中电量富余时，电解水制氢装置18就加快制氢，并将多余的氢气储存到氢气储存罐20，消耗了电网中多余的电量，当电网中电量欠缺时，电解水制氢装置18就放慢制氢，减少电量的消耗来维持电网的平衡，并从氢气储存罐20中放出适量的氢气，来维持加氢裂化装置21流程的连续性。

如图7所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，电解水制氢装置18 接至气化炉的管道上接有氧气储存罐19：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18接至气化炉1的管道上接有氧气储存罐19，用以在电解制氧速率变化时，起到稳定气压的作用，当电网中电量富余时，电解水制氢装置18就加快制氧，并将多余的氧气储存到氧气储存罐19，消耗了电网中多余的电量，当电网中电量欠缺时，电解水制氢装置18就放慢制氧，减少电量的消耗来维持电网的平衡，并从氧气储存罐19中放出适量的氧气，来维持气化炉1的气化流程的稳定性。

如图8所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，电解水制氢装置18 电解出的氢气与外部制氢装置所产氢气一起共同接至加氢裂化装置21：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18电解出的氢气与外部制氢装置所产氢气一起共同接至加氢裂化装置21用于成品油生产，在某些时候仅由可再生能源发出的电量不足以满足加氢裂化装置21生产负荷的需求，则通过接入外部制氢装置所产氢气，共同向加氢裂化装置21供氢来达到成品油生产的物料平衡。

如图9所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18电解出的氧气与气化鼓风机11鼓出的空气混合成富氧空气给气化炉1鼓风：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的电解水制氢装置18电解出的氧气与气化鼓风机11鼓出的空气混合成富氧空气给气化炉1鼓风，用以增加作为气化剂的空气中氧气浓度，从而即使采用挥发份含量极低的半焦或煤半焦混合物为气化原料，既能获得较高的碳转换率和煤气热值，还能在氧气量减少的情况下通过提高煤的比例来保持较高的碳转换率。

如图10所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的焦油分离装置23由包括了水洗塔3、电捕焦油器4和油/水分离机6在内的设备组成：

本发明表示的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其所述的焦油分离装置23由包括了水洗塔3、电捕焦油器4和油/水分离机6在内的设备组成，干馏罐2的混合煤气出口接水洗塔3入口，这不但清洗了煤气，还通过水喷淋激冷将焦油从煤气中析出，其中煤气接入电捕焦油器4进一步脱除焦油后送至脱硫塔7，而水和焦油的混合液沉降至塔底，通过出液口排入油/水分离机6，分离出的水流至污水池15，分离出的焦油与电捕焦油器4捕捉到的焦油一起送至加氢裂化装置21。

Claims (10)

1.综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其包括循环流化床气化炉、干馏罐、焦油分离装置、燃气轮机、余热锅炉、汽轮机，锅炉、可再生能源发电装置、电解水制氢装置、氢气储存罐、氧气储存罐、及焦油加氢裂化装置，气化燃料是固体类燃料，固体燃料送入气化炉和干馏罐，气化炉通过缺氧燃烧产生了热煤气，其特征在于：将循环流化床气化炉产出的热煤气接至装有固体燃料的干馏罐，产出了含焦油的干馏煤气，送至焦油分离装置从煤气中分离出焦油，焦油分离装置出口煤气用管道接至锅炉或燃气轮机，同时汇同气化炉出口热煤气进干馏罐，而干馏罐排出的半焦送至气化炉或锅炉；或者在干馏罐半焦出口装有回热器，半焦先经回热器再送至气化炉或锅炉，煤气经焦油分离装置的煤气出口先接至回热器入口，经与半焦热交换升温后，再从回热器出口用煤气管接至锅炉，同时汇同气化炉出口热煤气送至干馏罐，而干馏罐出口的煤气送至焦油分离装置。

2.根据权利要求1所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：经焦油分离装置分离得到的焦油送至加氢裂化装置，同时本系统可再生能源发电装置除接入电网外联接了电解水制氢装置，电解出的氢气和氧气，氢气接至加氢裂化装置用于成品油生产。

3.根据权利要求1或2所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：干馏罐所用的气化原料为固体燃料，其包括烟煤、褐煤、泥煤、半焦、石油焦、秸秆、生物质、废橡胶、废塑料、有机垃圾，以及其他含挥发份的固体类燃料中的任何一种。

4.根据权利要求1或2所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：回热器加热煤气的热载体自外部热源接入，干馏罐出口煤气经焦油分离装置接至回热器，与热载体进行热交换升温之后，再将回热器出口煤气与气化炉出口煤气一起接至干馏罐。

5.根据权利要求1所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：所述的干馏罐煤气出口接静电除尘器，再接入焦油分离装置，在干馏罐煤层滤除了煤气中大部分灰分的基础上，进一步减少煤气中的杂质净化了煤气。

6.根据权利要求1或2所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：所述的电解水制氢装置接至加氢裂化产油装置的联接管道上接有氢气储存罐，用以在电解制氢速率变化时，起到稳定气压的作用。

7.根据权利要求1或2所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：所述的电解水制氢装置接至气化炉的管道上接有氧气储存罐，用以在电解制氧速率变化时，起到稳定气压的作用。

8.根据权利要求1或2所述的所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：所述的电解水制氢装置电解出的氢气与外部制氢装置所产氢气一起共同接至加氢裂化装置用于成品油生产，以利于加氢裂化炼油装置的物料平衡。

9.根据权利要求1或2所述的所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：所述的电解水制氢装置电解出的氧气用管道联接给气化炉供氧制煤气，或与鼓风机空气出口管道相联，混合成富氧空气给气化炉鼓风制煤气，用增加气化剂氧浓度的方式提高碳转化率和煤气热值。

10.根据权利要求1或2所述的综合火力和可再生能源发电以及炼油的多联产系统，其特征在于：所述的焦油分离装置由包括了水洗塔、电捕焦油器和油/水分离机在内的设备组成，干馏罐的混合煤气出口接水洗塔入口，水洗塔的煤气出口接电捕焦油器入口，同时水洗塔的油/水混合液从液体出口接至油/水分离机，从电捕焦油器和油/水分离机流出的焦油送至加氢裂化装置。

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