CN201962264U - 风电煤制天然气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风电煤制天然气系统，属于天然气生产技术领域。该系统包括电解水子系统和煤制天然气子系统；电解水子系统包括电解水槽、氧气储罐和氢气储罐，电解水槽的电极与风力发电机的电力输出端连接，氧气储罐和氢气储罐的输入口分别连接用于收集电解水槽产生的氧气和氢气的氧气收集管和氢气收集管；煤制天然气子系统包括依次首尾连接的气化炉、换热器、脱硫塔和合成塔；氧气储罐的输出口通过第一管路连接气化炉的氧气入口，氢气储罐的输出口通过第二管路连接合成塔的进气口。该系统由于直接用风电电解水来产生氧气和氢气，从而使传统气化炉产出混合气体中的CO和CO₂都能与氢气充分反应后生成天然气，因此减少CO₂排放量并扩大风电利用范围。

Description

风电煤制天然气系统

技术领域

本实用新型涉及一种采用风电和煤来生产天然气的系统，属于天然气生产技术领域。

背景技术

天然气作为低碳、高效、安全的清洁能源，是促进经济增长、社会和环境可持续发展的重要物质基础。煤制天然气可利用较为丰富的煤炭资源，尤其是劣质煤炭，来生产国内能源短缺的天然气，并入现有的天然气长输管网。现有煤制天然气系统的构成及流程如图1所示，其流程是：空气M经过空分设备30分离制得的氧气B供给气化炉11；煤炭D在气化炉11内与氧气B和水蒸气E发生气化反应产出含CH₄、CO、CO₂和H₂的混合气体；该混合气体从气化炉11出来后经换热器12换热后，进入CO变换装置31得到较多的氢气C，再陆续经过脱硫塔13和脱碳塔20处理生成净化混合气体；最后送入合成塔14，在合成塔14内生成粗天然气。从图1反映的现有煤制天然气系统及流程可以看出，现有煤制天然气系统的设备组成多而复杂；而且生产中的CO2排放量较高，与低碳经济格格不入。

风能作为一种绿色可再生能源，对于部分替代煤炭发电和二氧化碳减排有着重要作用。但目前大规模风电场的应用模式均是将风电并网，具有波动性和间歇性的风电大规模并网时往往会对电网形成较大冲击，同时成本较高，因此制约了我国风电的大规模应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提出一种将风电直接运用于煤制天然气生产中的设备系统，以减少煤制天然气生产中的CO2排放量并提高风电的应用范围。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种风电煤制天然气系统，包括电解水子系统和煤制天然气子系统；所述电解水子系统包括电解水槽、氧气储罐和氢气储罐，所述电解水槽的电极与风力发电机的电力输出端连接，所述氧气储罐和氢气储罐的输入口分别连接用于收集电解水槽产生的氧气和氢气的氧气收集管和氢气收集管；所述煤制天然气子系统包括依次首尾连接的气化炉、换热器、脱硫塔和合成塔；所述氧气储罐的输出口通过第一管路连接气化炉的氧气入口，所述氢气储罐的输出口通过第二管路连接合成塔的进气口。

使用时：一、风力发电机发出的电输出到电解水槽后，将水电解成的氧气和氢气并分别被收集到氧气储罐和氢气储罐内储存；二、将经处理后的煤炭送入气化炉，同时将水蒸气和来自氧气储罐的氧气送入气化炉，煤炭在气化炉内发生气化反应产出含CH₄、CO、CO₂和H₂的混合气体；该混合气体从气化炉出来后经换热器换热后，再进入脱硫塔处理生成净化混合气体；通过在线检测装置检测该净化混合气体的碳氢比例，同时根据检测的碳氢比控制来自氢气储罐的氢气流量，该净化混合气体与氢气混合为原料气并送入合成塔，在合成塔内净化混合气体与氢气反应后生成粗天然气；三、最后再将合成塔输出的粗天然气经冷却、干燥等常规工艺处理后即可获得合格的天然气产品。

本实用新型的风电煤制天然气系统的有益效果是：由于将风电直接用于电解水来产生氧气和氢气，从而使传统气化炉产出混合气体中的CO和CO₂都能送入合成塔与氢气充分反应后生成天然气，因此大大减少了CO₂的排放量，减少环境污染，而且也使波动性和间歇性强的风电不经过并网直接得到利用。此外，与传统煤制天然气系统相比，用电解水生成氧气和氢气来代替传统煤制天然气的空分设备，以及省去脱碳塔，可以减少设备投入成本。

上述技术方案的变化是：所述脱硫塔和合成塔之间串接有脱碳塔。

上述技术方案的进一步变化是：还包括空分设备，所述换热器与脱硫塔之间串接有CO变换装置(即一氧化碳变换装置)。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的风电煤制天然气系统作进一步说明。

图1是现有煤制天然气系统的构成及流程图。

图2是本实用新型实施例一风电煤制天然气系统的构成及流程图。

图3是本实用新型实施例二风电煤制天然气系统的构成及流程图。

图4是本实用新型实施例三风电煤制天然气系统的构成及流程图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的风电煤制天然气系统如图2所示，包括电解水子系统和煤制天然气子系统。电解水子系统包括电解水槽2、氧气储罐3和氢气储罐4，电解水槽2的电极与风力发电机1的电力输出端连接，氧气储罐3和氢气储罐4的输入口分别连接用于收集电解水槽2产生的氧气和氢气的氧气收集管和氢气收集管。煤制天然气子系统包括依次首尾连接的气化炉11、换热器12、脱硫塔13和合成塔14。氧气储罐3的输出口通过第一管路连接气化炉的氧气入口，氢气储罐4的输出口通过第二管路连接合成塔14的进气口。

换热器12采用废热锅炉，第一管路和第二管路上均分别设置有压缩机5、换热装置6、流量计7。

以上各单独的装置(如电解水槽、气化炉、脱硫塔、合成塔等等)均是现有技术，在此不再赘述。

本实施例的风电煤制天然气系统的使用过程有：一、风力发电机1发出的电输出到电解水槽2后，将水电解成的氧气B和氢气C并分别被收集到氧气储罐3和氢气储罐4内储存；二、将经处理后的煤炭D送入气化炉11，同时将水蒸气E和来自氧气储罐3的氧气B送入气化炉11，煤炭D在气化炉11内发生气化反应产出含CH₄、CO、CO₂和H₂的混合气体；该混合气体G从气化炉11出来后经换热器12换热后，再进入脱硫塔13处理生成净化混合气体H，含硫富液I回送到硫回收系统；通过在线检测装置检测该净化混合气体H的碳氢比例，同时根据检测的碳氢比控制来自氢气储罐4的氢气C的流量，该净化混合气体H与氢气C混合为原料气J并送入合成塔14，在合成塔14内净化混合气体H与氢气C反应后生成粗天然气K；三、最后再将合成塔14输出的粗天然气K经冷却、干燥等常规工艺处理后即可获得合格的天然气产品。

实施例二

本实施例的风电煤制天然气系统如图3所示，是在实施例一基础上的变化，除了与实施例一系统以外不同的是：在脱硫塔13和合成塔14之间串接有脱碳塔20(现有技术)，用于脱除净化混合气体H中的部分CO₂。含CO₂的富液L回送到CO₂回收系统。这样可以减少氢气用量和匹配的风电场，但CO2排放量会有所增加。

实施例三

本实施例的风电煤制天然气系统如图4所示，是在实施例二基础上的进一步变化，除了与实施例二系统以外不同的是：1)增加空分设备30；2)在换热器12与脱硫塔13之间串接有CO(一氧化碳)变换装置31。空分设备30和CO变换装置31都是现有技术，在此不再赘述。

使用时，1)可以利用空分设备30分离空气M制得的氧气B与水电解制得的氧气B混合后一起为气化炉11供氧，可以确保气化炉供氧的稳定性；2)混合气体G经过CO变换装置31后可以得到较多的氢气C，这样可以确保合成塔14供氢的稳定性。整个系统的运行更为稳定。

本实用新型的风电煤制天然气系统不局限于上述各实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种风电煤制天然气系统，其特征在于：包括电解水子系统和煤制天然气子系统；所述电解水子系统包括电解水槽、氧气储罐和氢气储罐，所述电解水槽的电极与风力发电机的电力输出端连接，所述氧气储罐和氢气储罐的输入口分别连接用于收集电解水槽产生的氧气和氢气的氧气收集管和氢气收集管；所述煤制天然气子系统包括依次首尾连接的气化炉、换热器、脱硫塔和合成塔；所述氧气储罐的输出口通过第一管路连接气化炉的氧气入口，所述氢气储罐的输出口通过第二管路连接合成塔的进气口。

2.根据权利要求1所述风电煤制天然气系统，其特征在于：所述脱硫塔和合成塔之间串接有脱碳塔。

3.根据权利要求2所述风电煤制天然气系统，其特征在于：还包括空分设备，所述换热器与脱硫塔之间串接有CO变换装置。

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