CN1782038A - 煤炭气化、电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤炭气化、电厂或其他工业废气CO₂配入H₂联产高清洁燃料的工艺。典型的煤气成分一般是含CO65％左右，含H₂30％左右。利用工业废气CO₂制取O₂和CO，或直接使用CO₂配入H₂制取高清洁燃料，用于发电或生产化工产品等。所制取的高清洁燃料成分含CO约33％，含H₂66％左右。用于电厂发电或化工生产能节约50％煤炭资源并达到有害气体零排放。还可利用焦炉气制取富H₂低CO气体，配入煤炭气化制取的煤气或直接配入CO₂、CO。也可利用炼钢厂的高炉废气制取富CO低H₂气体，配入H₂；或同时利用焦炉气和炼钢厂高炉废气合成高清洁燃料。根据原料对进入林达低温合成塔或其它合成塔中的各种气体比例由计算机自动控制，对缺少的气体自动补充，满足生产高清洁燃料对各种气体成分的需求。

Description

煤炭气化、电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺

技术领域

本发明涉及煤炭气化、工业废气二氧化碳配入氢气高循环联产清洁燃料，可节约50％的煤炭资源。另外，此清洁燃料不论用于清洁发电，制取高清洁车用燃料，还是居民生活和工业使用或是生产化工产品等等，都能达到有害气体零排放的工艺。

背景技术

一、世界各国传统的煤炭发电工艺

世界各国传统的煤炭直接燃烧发电工艺，每吨煤炭的利用效率只有30％左右，其余的70％与氧气混合产生2吨左右的二氧化碳、二氧化硫及氮氧化合物。我国每年使用传统工艺煤炭直接燃烧发电、冶炼焦炭、冶炼钢铁等，不仅浪费大量的煤炭资源，每年还要向自然环境中排放30亿吨以上的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化合物，这给自然环境造成严重的污染并形成酸雨和温室效应。

二、为达到《京都议定书》的排放标准，目前发达国家已经研究发明了世界上先进的煤炭气化发电或合成甲醇工艺。由于采用的煤炭质量不同，每吨煤炭气化获得煤气的数量和质量也会有所不同。典型的煤气成分请见下列表(1)。

                                                           表(1)：

成分	CO	H2	CO2	CH4	N2+Ar	H2S+
							所占比例(％)	65	30	1.6	微量	3.1	0.3

从典型的煤气成分表中可以看出，煤气成分中的CO比H₂高35％，如合成甲醇燃料CH₃OH只利用了15％的CO。因此，还有50％CO不能被充分的利用。所以，使用上表(1)中的煤气不论是合成甲醇还是发电等，都要剩余50％的CO，CO与氧气混合后将产生1吨以上的二氧化碳。由于煤炭气化时回收了98％以上的硫元素，所以二氧化硫和氮氧化物都能达到低排放。

煤炭气化后发电能把煤炭直接燃烧发电的效率从30％提高到50％，并能降低40％的污染源。如果就一座电厂来衡量，煤炭气化后发电是完全可以满足《京都议定书》对一个电厂CO₂排放数量的要求。然而，地球大气层对污染源的容量是固定的，随着世界经济的快速发展，用电需求和能源需求却以数倍的速度增长，就整体情况来看煤炭气化后发电或合成甲醇的技术还是无法达到《京都议定书》对CO₂总体排放数量的要求。目前煤炭气化发电的先进技术只有法国、日本、英国、美国、荷兰、德国等少数国家在进行工业试验和推广应用阶段。我国也在山东筹建了一座13万千瓦煤炭气化后利用煤气发电的工厂进行工业试验。煤炭气化发电能够节约20％的能源，并可以减少40％的CO₂排放。我国每年排放的1000亿立方米焦炉煤气只有一小部分被简单的利用，利用效率很低。由于焦炉气本身含H₂60％左右，含CO17％左右，所以简单的利用还是要浪费26％左右的H₂。因此，只有使用本专利技术配入13％的CO才能充分利用焦炉气。为了达到《京都议定书》对CO₂的排放要求，日本政府规定由财政出资启动CO₂排放交易市场，并承诺如果企业采用环保节能设备，则设备总造价的三分之一由政府无偿出资，以此作为对企业的奖励。欧盟出台环保法规定，如果企业超标排放二氧化碳，每超标排放1吨二氧化碳罚款40欧元。

发明内容

本发明的目的，在于提供利用煤炭气化、电厂废气、焦化厂废气、炼钢厂高炉废气、化工厂废气等工业废气作为原料，配入氢气或本身缺少的气体生产高清洁燃料用于电厂发电，居民生活和工业使用，或作为高清洁汽车燃料及生产化工产品等工艺。

本发明的技术方案如下。

煤炭气化、电厂或其他工业废气配入氢气或一氧化碳生产清洁燃料用于电厂发电、居民生活和工业使用、可作为高清洁汽车燃料及生产化工产品的工艺，是利用煤炭气化制取粗煤气，处理粗煤气，使典型的煤气成分中CO的含量达到65％以上，H₂的含量达到30％以上，利用电厂或其他工业废气CO₂制取O₂和CO，或使用CO₂直接配入氢气，生产高清洁燃料用于电厂发电，居民生活和工业使用，或作为高清洁汽车燃料及生产化工产品；所制得的高清洁燃料成分中含有CO33％左右，含有H₂66％左右。

亦可利用焦炉气制取富H₂低CO气体，配入CO或煤炭气化制取的煤气合成高清洁燃料；利用炼钢废气制取富CO低H₂气体，配入H₂合成高清洁燃料；或者同时利用相同数量的焦炉气及炼钢废气合成高清洁燃料。

所述煤炭气化的设备工艺，可选用成熟设备工艺：恩德炉、灰熔聚、德士古、谢尔气流床气化炉等来完成煤炭气化获得CO和H₂原料的目的。

所述的煤炭气化后的煤气处理，是将煤炭气化后的煤气，通过过滤器或旋风分离器，将煤气中的飞灰大部分过滤掉；再经过水除尘装置进一步净化，达到：任何残留的飞灰小于1mg/Nm³的标准；水除尘设备同时去除其它微小的污染物，煤气中的硫元素、氮元素和其它化学元素也被气体分离装置净化并收集，生产硫磺、氮肥和其他化工产品等。

H₂的获得可以选用如下成熟的工艺设备进行生产：煤炭气化转换H₂的生产工艺，水电解等生产H₂工艺。其中水电解工艺比较成熟和简单，又能同时获得O₂和H₂原料。

所述的利用电厂或其他工业废气CO₂制取O₂和CO，是将电厂废气CO₂采用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式脱硫、脱氮和脱氧后生产硫磺、氮肥和其他化工产品，并制取O₂和CO。

所述的利用电厂或其他工业废气CO₂直接配入H₂采用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式脱硫、脱氮释放O₂后合成清洁燃料甲醇(CH₃OH)。

所述的利用焦炉气制取H₂和CO，是采用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式将焦炉废气脱硫、脱氮后生产硫磺、氮肥和其他化工产品并制取典型的富H₂低CO气体，其气体成分中含H₂60％左右、含CO17％左右。

所述的利用炼钢废气制取CO和H₂，包括将炼钢废气使用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式进行脱硫、脱氮后生产硫磺、氮肥和其他化工产品，并制取CO和H₂。

根据所采用的原料，对进入林达低温合成塔或其它合成塔中的各种气体通过计算机自动控制，确定合成塔中的气体成分，并根据需要对合成塔中缺少的气体进行补充，最终生产的高清洁燃料成分中含CO33％左右、含H₂66％左右。

燃料中的硫元素、氮元素和其它化学元素也被气体分离装置净化和收集，并生产硫磺、氮肥和其他化工产品，使燃料成分达到如下标准，见表(2)。

                                                               表(2)

元素	CO	H2	CO2	CH4	N2+Ar	H2S+
							所占比例(％)	33	66	微量	微量	微量	微量

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

工艺(1)

煤炭气化、电厂或其他工业废气配入氢气生产高清洁燃料发电，居民生活和工业使用，或作为高清洁汽车燃料以及生产化工产品的工艺，是利用煤炭气化制取粗煤气，处理粗煤气，使典型的煤气成分中含CO65％以上，含H₂30％以上，利用电厂或其它工业废气CO₂制取O₂和CO，或直接使用CO₂配入氢气，制取高清洁燃料；所制得的高清洁燃料成分中含有CO33％左右、含有H₂66％左右。此燃料用于电厂发电，居民生活和工业使用，或作为高清洁汽车燃料以及生产化工产品等。

工艺(2)

利用焦炉气制取富H₂和低CO气体，配入CO或煤炭气化制取的煤气合成高清洁燃料；利用炼钢废气制取富CO低H₂气体，配入氢气合成高清洁燃料；或者同时利用相同数量的焦炉气及炼钢废气合成高清洁燃料。

根据实际情况，可以制定出选择使用哪几种原料合成高清洁燃料是最经济、最合理的配置方案。例如：发电厂废气CO₂采用气体分离装置进行脱氧并获得CO，再配入电解水生产的H₂，或使用焦炉气生产的高H₂气体来制取高清洁煤气才是理想的方案。也可利用富H₂的焦炉气与煤炭气化后所获得富CO气体混合，不足的部分再配入H₂或CO，也是最佳的配置方案。

工艺(3)

煤炭气化可选用恩德炉、灰熔聚、德士古、谢尔气流床气化炉等成熟的设备工艺来完成煤炭气化目的。比如谢尔高温、高压气流床工艺，由于此工艺适应煤种广泛，采用干粉高压氮气输送粉煤，纯氧气化，液态排渣，煤炭中的碳转化率可高达99％以上。

工艺(4)

煤炭气化后的煤气通过滤器或旋风分离器把煤气中的飞灰大部分过滤掉。再经过水除尘装置进一步净化。使任何残留的飞灰达到小于1mg/Nm³的标准，此水除尘系统还可去除其它微小的污染物。煤气中的硫元素、氮元素和其它化学元素也被气体分离装置净化并收集，生产硫磺、氮肥和其他化工产品，使煤气成分达到上述表(1)中的标准。

工艺(5)

H₂的获得可以选用如下成熟的工艺设备进行生产：煤炭气化转换H₂的生产工艺，水电解等工艺生产H₂。如采用水电解工艺比较成熟和简单，又能同时获得O₂和H₂。水电解工艺设备有几十种，常用的有水电解槽、多孔电极槽、高温电解槽等等。

工艺(6)

电厂或其他工业废气CO₂采用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式进行脱硫、脱氮和脱氧生产硫磺、氮肥和其他化工产品，并制取O₂和CO。采用气体分离装置成本较低，可分离大量的CO₂，以获得充足的O₂和CO。

工艺(7)

使用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式，将焦炉废气脱硫、脱氮后，再分离成典型的富H₂低CO气体：含H₂61％以上、含CO 17％左右；将炼钢废气变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式进行脱硫、脱氮，生产硫磺、氮肥和其他化工产品，并制取CO和H₂。

工艺(8)

工业废气CO₂直接配入H₂，使用空分设备对气体进行脱硫、脱氮，释放O₂生产高清洁燃料。根据所采用的原料不同，对进入林达低温合成塔或其它合成塔中的各种气体比例通过计算机自动控制确定合成塔中的气体成分，并对合成塔中缺少的气体自动补充，最终生产的高清洁燃料成分可见上述表(2)。

工艺(9)

将所生产的高清洁燃料进行储备，这种高清洁燃料可用于电厂发电，居民生活和工业使用，或作为高清洁汽车燃料以及生产化工产品等。不论应用于何种行业，高清洁燃料都不会产生二氧化碳及其它污染物，是当今世界上真正的高清洁能源。

如说明书附图所示，所生产的高清洁燃料通过储存基地，应用到工业生产和人民生活的各个方面：用于居民生活、工业生产、作为汽车高清洁燃料、生产化工产品以及清洁发电等等。

Claims (7)

1、煤炭气化，电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺，其特征在于：利用煤炭气化制取煤气，典型的煤气成分中CO含量可达到65％左右，H₂含量可达到30％左右，利用工业废气CO₂制取O₂和CO或直接使用CO₂，配入H₂合成高清洁燃料甲醇(CH₃OH)、二甲醚(C₂H₆O)，还能合成乙烯(C₂H₄)、氨(NH₃)等产品，合成清洁煤气的成分中CO的比例可达到33％左右，H₂的比例可达到66％左右，此燃料可用于电厂发电，居民生活和工业使用，以及作为高清洁汽车燃料和生产化工产品等；

亦可利用焦炉气制取富H₂低CO气体，配入CO₂、CO或煤炭气化制取的煤气、炼钢高炉废气合成高清洁燃料；也可利用炼钢高炉废气制取富CO低H₂气体，配入H₂或焦炉废气合成高清洁燃料；或者同时利用焦炉废气和炼钢高炉废气合成高清洁燃料；以上气体净化和分离过程中可联产硫磺、氮肥和其他化工产品等。

2、根据权利要求1所述的煤炭气化，电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺，其特征在于：所述煤炭气化的设备工艺，可选用成熟设备工艺：恩德炉、灰熔聚、德士古、谢尔气流床气化炉等煤炭气化设备来完成煤炭气化获得CO和H₂气体的目的。此气体需要配入H₂或焦炉废气合成高清洁燃料。

3、根据权利要求1所述的煤炭气化，电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺，其特征在于：H₂的获得可以选用如下成熟的工艺设备进行生产：煤炭气化转换H₂的生产工艺，水电解等工艺生产H₂；其中水电解工艺比较成熟和简单，又能同时获得O₂和H₂气体；此气体需要配入CO或工业废气CO₂、炼钢高炉废气合成高清洁燃料。

4、根据权利要求1所述的煤炭气化，电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺，其特征在于：所述的利用电厂或其他工业废气CO₂制取O₂和CO，是将电厂或工业废气CO₂采用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式进行脱硫、脱氮、脱氧生产硫磺、氮肥，并制取O₂和CO气体；此气体需要配入H₂或焦炉废气合成高清洁燃料。

5、根据权利要求1所述的煤炭气化，电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺，其特征在于：所述的利用焦炉气制取H₂和CO，包括使用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式将焦炉废气脱硫、脱氮生产硫磺、氮肥及其他化工产品，并制取典型的富H₂低CO气体；此气体需要配入CO₂、CO或直接配入电厂废气、炼钢高炉废气、煤炭气化制取的煤气合成高清洁燃料。

6、根据权利要求1所述的煤炭气化，电厂或其他工业废气配入氢气联产高清洁燃料工艺，其特征在于：所述的利用炼钢高炉废气制取CO和H₂，包括将炼钢高炉废气使用变压吸附法、溶剂吸收法、吸附精馏法、化学吸收法等方式进行脱硫、脱氮生产硫磺、氮肥及其他化工产品，并制取典型的富CO低H₂气体；此气体需要配入H₂或焦炉废气合成高清洁燃料。

7、根据权利要求1所述的煤炭气化，电厂或其他工业废气配入氢气联产清洁燃料工艺，其特征在于：根据所采用的不同原料，对进入林达低温合成塔或其它合成塔中的各种气体比例通过计算机自动控制、确定合成塔中的气体成分，并对缺少的气体自动补充，使最终生产的典型高清洁燃料成分中CO的含量可达到33％左右、H₂的含量可达到66％左右；CO和H₂都能充分燃烧，是目前世界上唯一能同时解决能源问题和环境保护问题的高清洁燃料。