CN114606025A - 一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统及工艺，包括：粗煤气冷却工序、低温甲醇洗工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序；低温甲醇洗工序分别与粗煤气冷却工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序连接。本发明取消了传统生产过程的粗煤气变换工序，彻底优化净化工艺，从源头上减少CO2的产生，最终达到二氧化碳减排的目的。对CO2进行资源化增值利用，实现了煤气化过程中CO2零排放。

Description

一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统及工艺
技术领域
本发明属于煤气化生产过程中的碳减排技术领域，具体涉及一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统及工艺。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
现有煤气化产生粗煤气的净化工艺为：
气化炉生产的粗煤气(主要成分包括CO、H2、CO2、N2、H2S以及有机硫化物)经四段变换工序，将粗煤气中CO转变为CO2，变换后的气体送至低温甲醇洗脱硫脱碳，在低温甲醇洗工序利用甲醇将变换气中的CO2以及H2S分离出来，剩余绝大部分H2送至后系统液氮洗；
从液氮洗单元出来的精制气和低温甲醇洗单元的CO2产品气送入后序单元，最终得到产品合成氨和尿素。
净化工段变换工序目前装置采用“四个变换炉”的宽温耐硫变换工艺流程，在耐硫变换催化剂的作用下，将上游气化单元来的粗煤气中的CO与H2O反应生成H2和CO2，使入变换前粗煤气中CO含量自65～70％降至0.8％，并将粗煤气中难以去除的有机硫化物转化为易脱除的无机硫化物(COS+H2＝CO+H2S、COS+H2O＝CO2+H2S、CS2+2H2O＝CO2+2H2S)。
低温甲醇洗工段是将变换原料气中的硫化物在H2S洗涤塔脱除，原料气中的CO2在CO2吸收塔脱除至规定的指标。最后经过液氮洗单元把气体中含有的杂质一氧化碳、甲烷、氩气等在低温下被吸收到溶剂液氮中脱除。经过甲醇洗系统处理后的过剩部分CO2，直接外排至大气中。由于CO2的过剩量较大，所以外排的CO2的量较大，进而容易加剧温室效应。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统及工艺。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统，包括：粗煤气冷却工序、低温甲醇洗工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序；
低温甲醇洗工序分别与粗煤气冷却工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序连接。
第二方面，本发明提供一种煤气化过程二氧化碳零排放的工艺，包括如下步骤：
煤气化产生的粗煤气经过降温后进行低温甲醇洗，将粗煤气中的二氧化碳和硫化氢进行洗涤分离；
分离得到二氧化碳进行资源化利用；
粗煤气洗涤净化得到的混合气经深冷分离得到氢气和一氧化碳。
上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
本发明取消了传统生产过程的粗煤气变换工序，彻底优化净化工艺，从源头上减少CO2的产生，最终达到二氧化碳减排的目的。
对CO2进行资源化增值利用，实现了煤气化过程中CO2零排放。
本发明生产工艺的运行可靠性得到有效提高。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的煤气化生产过程实现CO2气体零排放的系统及工艺。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
其中，1-气化工段；2-换热器；3-空冷器；4-水冷器；5-低温甲醇洗工段；6-CO2循环压缩机；7-混合器；8-预热炉；9-重整转化炉；10-废热锅炉；11-煤粉输送装置；12-气化炉；13-深冷分离装置；14-变压吸附装置；15-氢气压缩机；16-液氮洗装置；17-合成工段。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
第一方面，本发明提供了一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统，包括：粗煤气冷却工序、低温甲醇洗工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序；
低温甲醇洗工序分别与粗煤气冷却工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序连接。
低温甲醇洗系统依靠氨冷换热、CO2解析产生冷量，低温甲醇洗系统对进口CO2气体含量有最低要求，达不到此要求时，甲醇洗系统温度高，无法进行有效洗涤，经济运行效果较差。甲醇洗系统原料气由变换气改为非变换气后通过补入CO2气体平衡系统冷量，以提高洗涤效果。
在一些实施例中，所述粗煤气冷却工序包括依次连接的换热器、空冷器和水冷器。高温粗煤气通过换热器回收热量，同时降低粗煤气温度至130℃以下。为防止高温气体直接与循环水换热造成换热器结垢，出换热器的粗煤气先进入空冷器，进一步降低温度后再进入水冷器进行换热。
在一些实施例中，低温甲醇洗工序通过CO2循环压缩机与低温甲醇洗工序的进口管道连接。用于将部分二氧化碳压缩后补充至低温甲醇洗工序中，以保持系统的冷量平衡，提高低温甲醇洗的效果。
在一些实施例中，二氧化碳资源化利用工序包括依次连接的混合器、预热炉、重整转化炉和废热锅炉，所述混合器分别与低温甲醇洗工序、甲烷源和水蒸汽源连接。
低温甲醇洗工序分离出的CO2与甲烷、水蒸汽混合后，进行催化转化，转化为CO和H2的混合气体，同时该混合气体中还含有少量的CO2，由于该混合气体的温度较高，为了回收其余热，将该混合气体通入废热锅炉中利用余热供热，同时该混合气体的温度得以降低。
优选的，所述废热锅炉通过换热器与低温甲醇洗工序连接。利用换热器将CO和H2的混合转化气体(还包含少量二氧化碳)进一步降温后通入低温甲醇洗工序进行洗涤分离。
在一些实施例中，所述低温甲醇洗工序依次与压缩机、粉煤输送装置和气化炉连接。
低温甲醇洗工序分离得到的CO2经过压缩机加压后作为输送气将粉煤输送至气化炉，在气化炉中，CO2与粉煤反应得到CO。
CO2资源化利用路径：一是使用CO2输送粉煤重返气化炉，高温条件下，CO2与C反应转化为CO；二是CO2、甲烷和水蒸汽高温重整转化为合成气。
在一些实施例中，氢气和一氧化碳分离纯化工序包括深冷分离装置，深冷分离装置与低温甲醇洗工序连接。
采用深冷分离装置对氢气和一氧化碳进行分离，分别得到氢气产品和一氧化碳产品。
优选的，还包括变压吸附装置，变压吸附装置与深冷分离装置连接。由于分离得到的氢气中还含有少量CO杂质，采用变压吸附装置用于对其进行提纯，以提高氢气纯度至99.9％。
进一步优选的，变压吸附装置依次与氢气压缩机、液氮洗工序和合成工序连接。部分提纯后的H2外送至其他装置作为原料气使用，剩余的H2经压缩机加压送至液氮洗精制，最终进入合成工序，生产合成氨。初步分离出的CO产品气外送至下游各单元使用。
第二方面，本发明提供一种煤气化过程二氧化碳零排放的工艺，包括如下步骤：
煤气化产生的粗煤气经过降温后进行低温甲醇洗，将粗煤气中的二氧化碳和硫化氢进行洗涤分离；
分离得到二氧化碳进行资源化利用；
粗煤气洗涤净化得到的混合气经深冷分离得到氢气和一氧化碳。
在低温甲醇洗工序，利用低温甲醇将粗煤气中的CO2和H2S分离出来，净化后的气体主要为CO和H2，再利用深冷技术分离出纯度较高的CO和H2。同时甲醇洗亦可吸收有机硫和无机硫。
在一些实施例中，对粗煤气进行降温的方法为依次采用脱盐水换热、空气冷却和水冷方式进行降温。
首先利用脱盐水对粗煤气进行降温，脱盐水升温吸收热量后回锅炉单元继续使用或复产蒸汽。
优选的，将粗煤气降温至低于60℃。
在一些实施例中，还包括将低温甲醇洗分离出来的二氧化碳部分经压缩后循环会低温甲醇洗工序的步骤。
利用气体压缩后膨胀吸收热量原理，将电能转化为冷量为低温甲醇洗提供冷量。
在一些实施例中，还包括将低温甲醇洗分离出来的部分二氧化碳与甲烷和水蒸汽混合预热后进行重整转化，制备CO和H2的步骤。
优选的，混合气体经预热后的温度为600-650℃。
优选的，制备得到的高温CO和H2混合气通入废热锅炉中进行余热回收后，重新通入低温甲醇洗工序进行洗涤。
由于重整转化得到的CO和H2的混合气中掺杂有少量二氧化碳，将该高温混合气余热回收后，重新通入低温甲醇洗工序进行洗涤，除去二氧化碳。
进一步优选的，CO和H2的混合气经废热锅炉余热回收后的温度低于400℃。
在一些实施例中，还包括将低温甲醇洗分离出来的部分二氧化碳压缩后作为输送气，将煤粉输送至气化炉的步骤。
在一些实施例中，还包括将深冷分离得到的氢气进行变压吸附提纯的步骤。
优选的，提纯后的氢气经压缩、液氮洗后，通入合成工序，用于生产氨。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例
如图1所示，煤气化过程二氧化碳零排放的系统，包括：粗煤气冷却工序、低温甲醇洗工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序；低温甲醇洗工序分别与粗煤气冷却工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序连接。
所述粗煤气冷却工序包括依次连接的换热器、空冷器和水冷器。
低温甲醇洗工序通过CO2循环压缩机与低温甲醇洗工序的进口管道连接。用于将部分二氧化碳压缩后补充至低温甲醇洗工序中，以保持系统的冷量平衡，提高低温甲醇洗的效果。
二氧化碳资源化利用工序包括依次连接的混合器、预热炉、重整转化炉和废热锅炉，所述混合器分别与低温甲醇洗工序、甲烷源和水蒸汽源连接。低温甲醇洗工序分离出的CO2与甲烷、水蒸汽混合后，进行催化转化，转化为CO和H2的混合气体，同时该混合气体中还含有少量的CO2，由于该混合气体的温度较高，为了回收其余热，将该混合气体通入废热锅炉中利用余热供热，同时该混合气体的温度得以降低。
废热锅炉通过换热器与低温甲醇洗工序连接。利用换热器将CO和H2的混合转化气体(还包含少量二氧化碳)进一步降温后通入低温甲醇洗工序进行洗涤分离。
二氧化碳资源化利用工序还包括低温甲醇洗工序依次与压缩机、粉煤输送装置和气化炉连接。
氢气和一氧化碳分离纯化工序包括深冷分离装置，深冷分离装置与低温甲醇洗工序连接，变压吸附装置与深冷分离装置连接。变压吸附装置依次与氢气压缩机、液氮洗工序和合成工序连接。
气化工段1生产的粗煤气不再经过变换工序，首先经过换热器2利用来自锅炉单元的脱盐水对粗煤气进行初步降温，脱盐水升温吸收热量后回锅炉单元继续使用。初步经过脱盐水降温后的粗煤气再依次通过空冷器3、水冷器4降温至常温后送至低温甲醇洗工段5进行脱硫脱碳。
在低温甲醇洗工段5利用低温甲醇将粗煤气中的CO2和H2S分离出来，净化后的气体主要为CO和H2，再利用深冷分离装置13分离出CO和H2，将CO气体直接外送其他单元或装置继续生产使用；分离出的H2经过变压吸附装置14提升H2纯度送至氢气压缩机15加压，最后经过液氮洗装置16精制送至合成工段17。
低温甲醇洗工段5过程分离出的CO2则利用CO2循环压缩机6加压后补入低温甲醇洗系统，保持系统冷量平衡。
低温甲醇洗工段5过程分离出的一部分CO2经过压缩机加压后送入煤粉输送装置11，作为动力气与粉煤返回气化炉12，在气化炉12高温条件下，CO2与C反应生成CO。
低温甲醇洗工段5过程分离出的一部分CO2送至混合器7，与甲烷、水蒸汽充分混合后送至重整预热炉8，经过预热后的混合气体，在重整转化炉9内发生重整反应，生成CO、H2和少量未反应的CO2，出来的混合气体经过废热锅炉回收热量后，送至低温甲醇洗工段进行分离。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤气化过程二氧化碳零排放的系统，其特征在于：包括：粗煤气冷却工序、低温甲醇洗工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序；
低温甲醇洗工序分别与粗煤气冷却工序、二氧化碳资源化利用工序以及氢气和一氧化碳分离纯化工序连接。
2.根据权利要求1所述的煤气化过程二氧化碳零排放的系统，其特征在于：所述粗煤气冷却工序包括依次连接的换热器、空冷器和水冷器。
3.根据权利要求1所述的煤气化过程二氧化碳零排放的系统，其特征在于：低温甲醇洗工序通过CO2循环压缩机与低温甲醇洗工序的进口管道连接。
4.根据权利要求1所述的煤气化过程二氧化碳零排放的系统，其特征在于：二氧化碳资源化利用工序包括依次连接的混合器、预热炉、重整转化炉和废热锅炉，所述混合器分别与低温甲醇洗工序、甲烷源和水蒸汽源连接；
优选的，所述废热锅炉通过换热器与低温甲醇洗工序连接。
5.根据权利要求1所述的煤气化过程二氧化碳零排放的系统，其特征在于：所述低温甲醇洗工序依次与压缩机、粉煤输送装置和气化炉连接。
6.根据权利要求1所述的煤气化过程二氧化碳零排放的系统，其特征在于：氢气和一氧化碳分离纯化工序包括深冷分离装置，深冷分离装置与低温甲醇洗工序连接；
优选的，还包括变压吸附装置，变压吸附装置与深冷分离装置连接；
进一步优选的，变压吸附装置依次与氢气压缩机、液氮洗工序和合成工序连接。
7.一种煤气化过程二氧化碳零排放的工艺，其特征在于：包括如下步骤：
煤气化产生的粗煤气经过降温后进行低温甲醇洗，将粗煤气中的二氧化碳和硫化氢进行洗涤分离；
分离得到二氧化碳进行资源化利用；
粗煤气洗涤净化得到的混合气经深冷分离得到氢气和一氧化碳。
8.根据权利要求7所述的煤气化过程二氧化碳零排放的工艺，其特征在于：对粗煤气进行降温的方法为依次采用脱盐水换热、空气冷却和水冷方式进行降温；
优选的，将粗煤气降温至低于60℃。
9.根据权利要求7所述的煤气化过程二氧化碳零排放的工艺，其特征在于：还包括将低温甲醇洗分离出来的二氧化碳部分经压缩后循环会低温甲醇洗工序的步骤；
优选的，还包括将低温甲醇洗分离出来的部分二氧化碳与甲烷和水蒸汽混合预热后进行重整转化，制备CO和H2的步骤；
优选的，混合气体经预热后的温度为600-650℃；
优选的，制备得到的高温CO和H2混合气通入废热锅炉中进行余热回收后，重新通入低温甲醇洗工序进行洗涤；
进一步优选的，CO和H2的混合气经废热锅炉余热回收后的温度低于400℃。
10.根据权利要求7所述的煤气化过程二氧化碳零排放的工艺，其特征在于：还包括将低温甲醇洗分离出来的部分二氧化碳压缩后作为输送气，将煤粉输送至气化炉的步骤；
优选的，还包括将深冷分离得到的氢气进行变压吸附提纯的步骤；
优选的，提纯后的氢气经压缩、液氮洗后，通入合成工序，用于生产氨。
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