CN117821120A - 一种无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭燃烧、氢能利用技术领域，尤其是涉及一种无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法及系统，该方法包括以下步骤：S1、将预处理的煤炭投料至煤闷烧气化炉；S2、将纯氧通入煤闷烧气化炉；S3、煤闷烧气化炉内反应生成一氧化碳气体、含硫气体和飞灰；S4、净化除去含硫气体和飞灰，得到精制的一氧化碳气体；S5、将精制的一氧化碳气体与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。本发明合成气的生产过程中没有二氧化碳的排放，符合绿色化学的原子经济反应；同时，煤闷烧气化炉生产一氧化碳的负荷可通过氧气的流量进行控制，可变的一氧化碳生产负荷可更好地适配绿氢生产的波动性，从而始终得到稳定氢碳比例的合成气。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭燃烧、氢能利用技术领域，尤其是涉及一种无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法及系统。
背景技术
传统煤气化法是一种以煤作为原料，通过煤气化反应生成合成气的方法。煤气化反应可以使用氧或水蒸汽等作为氧化剂，在高温(1000～1300℃)和高压(1.0～3.0MPa)条件下进行。氧化剂与煤反应生成一氧化碳和氢气，同时伴随生成一些其他气体和固体产物。该方法具有原料丰富、适用于大规模生产的优点，但同时也伴随着环境污染、生产成本较高的问题。
传统的煤气化制备合成气(工艺流程如图1所示)的过程中，为了从水中获得氢元素制备氢气，气化过程中需要加入水，但是碳与水生成一氧化碳和氢气是吸热反应，需要部分投料煤被氧化成二氧化碳时提供热量，因此在传统煤气化过程中要消耗更多的煤，同时排放大量的二氧化碳，传统煤气化法二氧化碳排放量大的缺点严重制约煤化工的进一步发展。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法及系统，能够解决煤气化过程中存在部分投料煤被氧化成二氧化碳的反应，致使整个煤气化工艺过程生成了大量的二氧化碳的技术问题。
本发明的第一方面，提供一种无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，包括以下步骤：
S1、将预处理的煤炭投料至煤闷烧气化炉；
S2、将纯氧通入煤闷烧气化炉；
S3、煤闷烧气化炉内反应生成一氧化碳气体、含硫气体和飞灰；
S4、净化除去含硫气体和飞灰，得到精制的一氧化碳气体；
S5、将精制的一氧化碳气体与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
优选的，步骤S1具体为：将煤炭经过破碎、研磨预处理后，投料至煤闷烧气化炉。
优选的，步骤S2具体为：将纯氧经过流量控制从煤闷烧气化炉底部喷嘴喷出，向上通过煤层，将煤层中的碳元素部分氧化生成一氧化碳，氧化过程中同时释放热量，用于维持煤层的高温反应。
优选的，所述纯氧经过空分、净化过程制备得到。
优选的，步骤S4具体为：煤闷烧气化炉生成的一氧化碳气体、含硫气体、飞灰在煤闷烧气化炉顶端的出口排出，进入净化单元，经过净化单元的除尘和酸性气体脱除，得到精制的一氧化碳气体。
优选的，步骤S5具体为：将精制的一氧化碳气体通过流量控制与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
优选的，所述绿氢为通过可再生能源发电进行电解水制氢获得，所述可再生能源包括但不限于：风能、水能、太阳能、生物能、地热能、海洋能等。
优选的，所述一氧化碳气体与绿氢之间的混合比例适配下游工艺对合成气的要求。
优选的，所述下游工艺包括但不限于：甲醇合成、费托合成等。
本发明的第二方面，提供一种采用上述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法的系统，包括：煤闷烧气化炉、净化单元和绿氢耦合单元；
所述煤闷烧气化炉用于将纯氧与煤炭充分反应生成一氧化碳气体、含硫气体和飞灰；
所述净化单元用于净化去除含硫气体和飞灰；
所述绿氢耦合单元用于将精制的一氧化碳气体与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
本发明的有益效果：
本发明与传统煤气化技术相比，煤炭被氧化释放出的所有碳原子都以一氧化碳的形式进入下游合成单元；调氢碳比时，区别于传统的水汽变换技术，本发明使用混合绿氢调氢碳比，过程中不产生二氧化碳，因此该煤气化过程中几乎不产生二氧化碳工艺排放，符合绿色化学的原子经济反应；同时，煤闷烧气化炉生产一氧化碳的负荷可通过氧气的流量进行控制，可变的一氧化碳生产负荷可更好地适配绿氢生产的波动性，从而始终得到稳定氢碳比例的合成气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的传统的煤气化制备合成气的工艺流程图。
图2为本发明提供的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图2所示，本实施例提供一种无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，包括以下步骤：
S1、将预处理的煤炭投料至煤闷烧气化炉；
S2、将纯氧通入煤闷烧气化炉；
S3、煤闷烧气化炉内反应生成一氧化碳气体、含硫气体和飞灰；
S4、净化除去含硫气体和飞灰，得到精制的一氧化碳气体；
S5、将精制的一氧化碳气体与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
本实施例中，步骤S1具体为：将煤炭经过破碎、研磨预处理后，投料至煤闷烧气化炉。
本实施例中，步骤S2具体为：将纯氧经过流量控制从煤闷烧气化炉底部喷嘴喷出，向上通过煤层，将煤层中的碳元素部分氧化生成一氧化碳，氧化过程中同时释放热量，用于维持煤层的高温反应。
本实施例中，纯氧经过空分、净化过程制备得到。
本实施例中，步骤S4具体为：煤闷烧气化炉生成的一氧化碳气体、含硫气体、飞灰在煤闷烧气化炉顶端的出口排出，进入净化单元，经过净化单元的除尘和酸性气体脱除，得到精制的一氧化碳气体。
本实施例中，步骤S5具体为：将精制的一氧化碳气体通过流量控制与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
本实施例中，绿氢为通过可再生能源发电进行电解水制氢获得，可再生能源包括：风能、水能、太阳能、生物能、地热能、海洋能等。
本实施例中，一氧化碳气体与绿氢之间的混合比例适配下游工艺对合成气的要求。
本实施例中，下游工艺包括：甲醇合成、费托合成。
本实施例中，煤炭被氧化释放出的所有碳原子都以一氧化碳的形式进入下游合成单元；调氢碳比时，区别于传统的水汽变换技术，本实施例使用混合绿氢调氢碳比，过程中不产生二氧化碳，因此该煤气化过程中几乎不产生二氧化碳工艺排放，符合绿色化学的原子经济反应。同时，煤闷烧气化炉生产一氧化碳的负荷可通过氧气的流量进行控制，可变的一氧化碳生产负荷可更好地适配绿氢生产的波动性，从而始终得到稳定氢碳比例的合成气。
图1和图2直观的比较了传统煤气化路线与本实施例的差异，传统路线中，为了利用水中的氢元素制备氢气，工艺过程中不仅会消耗更多煤，并且会产生大量二氧化碳，在净化脱除过程中，造成了二氧化碳的工艺排放；本实施例中，煤闷烧过程中不产生二氧化碳，只产生一氧化碳，进而与绿氢直接混合形成所需比例的合成气产品，整个工艺过程不排放二氧化碳，是煤化工摆脱二氧化碳排放的有利的实现方案。
实施例2
本实施例提供一种采用实施例1的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法的系统，包括：煤闷烧气化炉、净化单元和绿氢耦合单元。
煤闷烧气化炉用于将纯氧与煤炭充分反应生成一氧化碳气体、含硫气体和飞灰。区别于传统的煤气化炉，煤闷烧气化炉不需通入水蒸汽，而是只通入纯氧，并控制通入的纯氧处于较低流量，使炉内煤与氧气的燃烧过程处于高温闷烧状态，此时过量的煤与有限流量的纯氧发生部分氧化反应，几乎只生成一氧化碳，即使局部有少量的二氧化碳生成，也会在周围大量的高温煤炭的还原性气氛下，局部二氧化碳会与碳进一步反应生成一氧化碳，煤闷烧气化炉的出口气体基本以一氧化碳为主。
净化单元(主要设备有碳洗塔、闪蒸罐、澄清槽、真空过滤机、脱硫塔等)用于净化去除含硫气体和飞灰。一氧化碳中混有少量的含硫气体、飞灰等经过净化单元的除尘和酸性气体脱除。
绿氢耦合单元用于将精制的一氧化碳气体与绿氢气体混合，得到稳定碳氢比例的合成气。净化后的一氧化碳气体与绿氢按下游所需比例在绿氢耦合单元(如气体混合器)混合，供给下游工艺，例如甲醇合成、费托合成等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将预处理的煤炭投料至煤闷烧气化炉；
S2、将纯氧通入煤闷烧气化炉；
S3、煤闷烧气化炉内反应生成一氧化碳气体、含硫气体和飞灰；
S4、净化除去含硫气体和飞灰，得到精制的一氧化碳气体；
S5、将精制的一氧化碳气体与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
2.根据权利要求1所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，步骤S1具体为：将煤炭经过破碎、研磨预处理后，投料至煤闷烧气化炉。
3.根据权利要求1所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，步骤S2具体为：将纯氧经过流量控制从煤闷烧气化炉底部喷嘴喷出，向上通过煤层，将煤层中的碳元素部分氧化生成一氧化碳，氧化过程中同时释放热量，用于维持煤层的高温反应。
4.根据权利要求1所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，所述纯氧经过空分、净化过程制备得到。
5.根据权利要求1所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，步骤S4具体为：煤闷烧气化炉生成的一氧化碳气体、含硫气体、飞灰在煤闷烧气化炉顶端的出口排出，进入净化单元，经过净化单元的除尘和酸性气体脱除，得到精制的一氧化碳气体。
6.根据权利要求1所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，步骤S5具体为：将精制的一氧化碳气体通过流量控制与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
7.根据权利要求1所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，所述绿氢为通过可再生能源发电进行电解水制氢获得，所述可再生能源包括：风能、水能、太阳能、生物能、地热能、海洋能。
8.根据权利要求1所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，所述一氧化碳气体与绿氢之间的混合比例适配下游工艺对合成气的要求。
9.根据权利要求8所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法，其特征在于，所述下游工艺包括：甲醇合成、费托合成。
10.一种采用权利要求1至9中任一项所述的无二氧化碳工艺排放的煤基合成气生产方法的系统，其特征在于，包括：煤闷烧气化炉、净化单元和绿氢耦合单元；
所述煤闷烧气化炉用于将纯氧与煤炭充分反应生成一氧化碳气体、含硫气体和飞灰；
所述净化单元用于净化去除含硫气体和飞灰；
所述绿氢耦合单元用于将精制的一氧化碳气体与绿氢混合，得到稳定碳氢比例的合成气。
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