CN208182929U - 一种将气化和电解耦合生产合成气的系统 - Google Patents
一种将气化和电解耦合生产合成气的系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN208182929U CN208182929U CN201820713125.2U CN201820713125U CN208182929U CN 208182929 U CN208182929 U CN 208182929U CN 201820713125 U CN201820713125 U CN 201820713125U CN 208182929 U CN208182929 U CN 208182929U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- unit
- gasification
- electrolysis
- outlet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，包括用于生成氢气和氧气的电解单元、用于生成粗合成气的气化单元、用于对粗合成气进行提纯的净化单元和用于调节H2/CO比的调配单元；其中，电解单元的氧气出口与气化单元连接，电解单元的氢气出口与调配单元连接，气化单元的粗合成气出口与净化单元连接，净化单元的净化气出口与调配单元连接。该系统不使用空分装置和水气变换设备，降低了能耗、投资和运行维护费用，减少了二氧化碳排放，解决了气化制合成气过程能耗高、投资高的问题，且单位合成气的生产成本更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工技术领域，尤其涉及合成气制备领域，具体是一种将气化和电解耦合生产合成气的系统。
背景技术
合成气(CO+H2)是一种重要的有机化工原料和燃料，用途广泛，可用作制备甲醇、氢气、甲烷、乙二醇、烯烃、芳烃、费托油品及化学品等，也可用于燃烧发电。合成气主要通过碳质原料(煤、石油、天然气、农林废料、城市垃圾等)的部分氧化(气化或重整)制得，其中煤气化在合成气工业生产中占主导地位。煤气化过程具有装置规模大、有效气产量高、碳转化率高、冷煤气效率高、操作可靠等优点，但是通常需要以纯氧、水蒸气为氧化剂，需要配备高能耗的空分装置，导致整个造气阶段的固定投资非常高，一般造气部分的投资占到煤化工项目总投资的70％以上。此外，主流煤气化工艺得到的粗合成气中H2/CO比例通常不高(水煤浆气化接近1，干粉煤气化低于0.5)，但下游反应通常需要H2/CO比接近2或更高的合成气，故需要通过水气变换工段调节氢碳比以得到符合用户要求的合成气。
水电解是一种高效清洁的制氢技术，其流程和设备简单，集成化程度高，运行稳定，操作和维护简便，同等制氢规模的投资低于气化过程，产品纯度高，氢气、氧气纯度一般可达99.9％，但是电耗很高。工业上大规模的水电解基本上都采用碱性水电解技术，每标方氢气电耗约为4.0～5.5kWh，电费占整个电解制氢成本的80％左右。除了高电耗之外，副产的氧气若得不到有效利用也会对水电解过程的经济性产生重要的负面影响。
针对现有的问题，为了弥补气化制合成气过程的不足，有必要设计一种将水电解过程引入气化进行耦合的方法，即以水电解产生的纯氧完全取代空分制氧、用水电解产生的纯氢来调节合成气中的H2/CO比以取代水气变换，从而实现扬长避短、优势互补的作用。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，以水电解产生的纯氧作为气化所需的氧源，以水电解产生的纯氢来调节H2/CO比，从而避免使用空分、水气变换等工艺设备，降低了能耗与投资，减少了二氧化碳排放，解决了气化制合成气过程能耗高、投资高的问题。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，包括用于生成氢气和氧气的电解单元、用于生成粗合成气的气化单元、用于对粗合成气进行提纯的净化单元和用于调节H2/CO比的调配单元；
其中，电解单元的氧气出口与气化单元连接，电解单元的氢气出口与调配单元连接，气化单元的粗合成气出口与净化单元连接，净化单元的净化气出口与调配单元连接。
优选的，所述电解单元为碱性水电解、固体聚合物水电解和高温固体氧化物水电解中的至少一种。
优选的，所述电解单元为碱性水电解。
优选的，所述气化单元为固定床气化、流化床气化和气流床气化中的至少一种。
优选的，所述净化单元包括脱二氧化碳系统和脱硫系统，或者脱碳脱硫一体化系统。
优选的，所述调配单元包括至少一个氢气缓冲罐、至少一个净化气缓冲罐和至少一个气体混合器；
其中，氢气缓冲罐的入口与电解单元的氢气出口连接，净化气缓冲罐的入口与净化单元的净化气出口连接，氢气缓冲罐和净化气缓冲罐的出口均与气体混合器的入口连接。
优选的，所述净化单元的净化气出口还连接有气体分离装置，气体分离装置的出口与净化气缓冲罐的入口连接，气体分离装置用于对净化气的H2/CO比进行预调节。
优选的，所述气体分离装置为膜分离装置和吸附分离装置中的至少一种。
优选的，所述气化单元使用的碳质原料为煤、半焦、石油、天然气、生物质、农林废料、城市垃圾中的至少一种。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
该生产合成气的系统将电解和气化耦合，不使用高投资高能耗的空气分离单元，以水电解产生的纯氧作为气化所需的氧源，建造、运行和维护成本较低；同时也不使用水气变换单元，采用水电解产生的纯氢来调节H2/CO比，从而降低了设备投资、运行和维护费用，减少了二氧化碳排放。其次采用廉价的自备电厂电力或者弃水弃风弃光等可再生能源电力，单位合成气的生产成本较低。
附图说明
图1为本实用新型系统的结构框图。
图中：1-电解单元；2-气化单元；3-净化单元；4-调配单元。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
如图1所示，一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，包括电解单元1、气化单元2、净化单元3、气体分离装置和调配单元4。
其中，电解单元1的氧气出口与气化单元2的氧气入口连接，气化单元2上还设置有水蒸气和碳质原料的入口，氧气、水蒸气和碳质原料在气化单元2中生成粗合成气，气化单元2的粗合成气出口与净化单元3连接，净化单元3用于对输入的粗合成气进行酸性气体等杂质的脱除，得到净化气；净化单元3的净化气出口与气体分离装置连接，用于对净化气的H2/CO比进行预调节；气体分离装置的出口与调配单元4的净化气入口连接，调配单元4的氢气入口与电解单元1的氢气入口连接，调配单元4的出口得到H2/CO比符合要求的合格合成气。
电解单元1可以是碱性水电解、固体聚合物水电解或高温固体氧化物水电解中的一种或几种组合，优选碱性水电解。电解单元的电能来源可以是煤电或可再生能源发电，优选低成本的自备电厂煤电，更优选可再生能源发电。
气化单元2可以是固定床气化、流化床气化、气流床气化中的一种或几种。
净化单元3包含脱二氧化碳系统和脱硫系统，或者采用脱碳脱硫一体化系统。
调配单元4包含一个或多个气体混合器和缓冲罐，通过调节两股气体的压力、流量、温度，以实现两股气体的均匀混合和H2/CO比调节。
根据所述净化气与合格合成气H2/CO比的差异情况，在净化单元的后面选择性的增加气体分离装置，对净化气中的H2/CO比进行预调节。
例如该系统的气化单元2采用GSP气化时，净化单元3出口净化气的H2/CO比低于0.5，通过该系统不能得到H2/CO比为2的合格合成气，需要增加气体分离装置将部分CO气体从净化气中预分离出，以提高净化气的H2/CO比。
例如该系统的气化单元2采用鲁奇炉气化时，净化单元3出口净化气的H2/CO比高于2.5，通过该系统不能得到H2/CO比为2的合格合成气，需要增加气体分离装置将部分H2气体从净化气中预分离出，以降低净化气的H2/CO比。
气体分离装置可以是膜分离装置、吸附分离装置中的一种或几种。
碳质原料可以是煤、半焦、石油、天然气、生物质、农林废料、城市垃圾中的一种或几种。
下面对一种将气化和电解耦合生产合成气的装置的生产工艺进行详细的阐述，包括以下步骤：
在电解单元1中将水电解以产生氧气和氢气；将碳质原料、水蒸气与从电解单元1产生的氧气一起引入气化单元2，通过部分氧化反应产生粗合成气；将粗合成气通过净化单元3脱除酸性气体等杂质，得到净化气；将净化气与从电解单元1产生的氢气一并引入混合调节单元4，得到氢碳比符合要求的合格合成气。
以下以10万标方/小时的合格合成气(H2/CO＝2)规模为例，说明本实用新型与现有技术在每标方合成气生产成本方面的差异。
电解单元1采用先进的碱性水电解装置，每标方氢气电耗约为4.2kWh，采用弃风电力，电价约0.1元/kWh。以煤为气化原料，气化单元选用多喷嘴水煤浆气流床，比煤耗为570kg/km3(CO+H2)，比氧耗为360m3/km3(CO+H2)，粗合成气组成(干基)为CO～46％、H2～36％、CO2～17％、其他～1％。净化单元3采用低温甲醇洗，CO2、H2S等酸性气体基本完全脱除。调配单元4包含1个氢气缓冲罐、1个净化气缓冲罐和1个气体混合器，通过调节净化气与电解氢气的压力、流量、温度，以实现两股气体的均匀混合和H2/CO比调节。表1列出了简要的计算数据，由此可见，在电价足够低时，气化和电解耦合生产合成气的单位成本要明显低于气化制合成气。
表1单位合成气生产成本对比
该生产合成气的装置将电解和气化设备耦合，不使用高投资高能耗的空气分离单元，以水电解产生的纯氧作为气化所需的氧源，建造、运行和维护成本较低；同时也不是使用水气变换单元，采用水电解产生的纯氢来调节H2/CO比，从而避免使用空分、水气变换等工艺设备，降低了能耗与投资，减少了二氧化碳排放，解决合成气过程能耗高、投资高的问题。其次采用廉价的自备电厂电力或者弃水弃风弃光等可再生能源电力，单位合成气的生产成本较低。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，包括用于生成氢气和氧气的电解单元(1)、用于生成粗合成气的气化单元(2)、用于对粗合成气进行提纯的净化单元(3)和用于调节H2/CO比的调配单元；
其中，电解单元(1)的氧气出口与气化单元(2)连接，电解单元(1)的氢气出口与调配单元(4)连接，气化单元(2)的粗合成气出口与净化单元(3)连接，净化单元(3)的净化气出口与调配单元(4)连接。
2.根据权利要求1所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述电解单元(1)为碱性水电解、固体聚合物水电解和高温固体氧化物水电解中的至少一种。
3.根据权利要求2所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述电解单元(1)为碱性水电解。
4.根据权利要求1所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述气化单元(2)为固定床气化、流化床气化和气流床气化中的至少一种。
5.根据权利要求1所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述净化单元(3)包括脱二氧化碳系统和脱硫系统，或者脱碳脱硫一体化系统。
6.根据权利要求1所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述调配单元(4)包括至少一个氢气缓冲罐、至少一个净化气缓冲罐和至少一个气体混合器；
其中，氢气缓冲罐的入口与电解单元(1)的氢气出口连接，净化气缓冲罐的入口与净化单元(3)的净化气出口连接，氢气缓冲罐和净化气缓冲罐的出口均与气体混合器的入口连接。
7.根据权利要求6所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述净化单元(3)的净化气出口还连接有气体分离装置，气体分离装置的出口与净化气缓冲罐的入口连接，气体分离装置用于对净化气的H2/CO比进行预调节。
8.根据权利要求7所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述气体分离装置为膜分离装置和吸附分离装置中的至少一种。
9.根据权利要求1所述一种将气化和电解耦合生产合成气的系统，其特征在于，所述气化单元使用的碳质原料为煤、半焦、石油、天然气、生物质、农林废料、城市垃圾中的至少一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820713125.2U CN208182929U (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种将气化和电解耦合生产合成气的系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820713125.2U CN208182929U (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种将气化和电解耦合生产合成气的系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN208182929U true CN208182929U (zh) | 2018-12-04 |
Family
ID=64430367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201820713125.2U Active CN208182929U (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种将气化和电解耦合生产合成气的系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN208182929U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110283625A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-27 | 中国科学院工程热物理研究所 | 超临界水煤气化装置与方法 |
| CN114752413A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-15 | 中国神华煤制油化工有限公司 | 煤与天然气共气化耦合新能源的合成气反应系统及方法 |
| CN114763765A (zh) * | 2021-01-11 | 2022-07-19 | 中国石油天然气集团有限公司 | 燃气处理系统 |
-
2018
- 2018-05-14 CN CN201820713125.2U patent/CN208182929U/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110283625A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-27 | 中国科学院工程热物理研究所 | 超临界水煤气化装置与方法 |
| CN114763765A (zh) * | 2021-01-11 | 2022-07-19 | 中国石油天然气集团有限公司 | 燃气处理系统 |
| CN114763765B (zh) * | 2021-01-11 | 2023-02-28 | 中国石油天然气集团有限公司 | 燃气处理系统 |
| CN114752413A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-15 | 中国神华煤制油化工有限公司 | 煤与天然气共气化耦合新能源的合成气反应系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100582201C (zh) | 基于煤气化与甲烷化的电-替代天然气联产系统及工艺 | |
| CN101245262B (zh) | 基于煤气化与甲烷化的燃气-蒸汽联合循环系统及工艺 | |
| CN101509368B (zh) | 一种煤炭地下气化多联产系统和方法 | |
| CN104232195B (zh) | 一种利用焦炉气联产甲醇和合成天然气的方法 | |
| CN102703108B (zh) | 一种费托合成及尾气利用的工艺方法 | |
| AU2013302099B2 (en) | Method and device for biomass gasification by cycling of carbon dioxide without oxygen | |
| GB2545474A (en) | Integrated system and method for producing methanol product | |
| WO2007076363B1 (en) | Improved method for providing auxiliary power to an electric power plant using fischer-tropsch technology | |
| EP2501782A1 (en) | Storage of intermittent renewable energy as fuel using carbon containing feedstock | |
| CN102703107B (zh) | 一种由生物质生产的合成气制造液态烃产品的方法 | |
| CN111547678B (zh) | 沼气全组分热催化制备甲醇的方法及系统 | |
| WO2016197702A1 (zh) | 氯碱法与费托合成综合利用调节工艺及其设备 | |
| CN208182929U (zh) | 一种将气化和电解耦合生产合成气的系统 | |
| CN101705115A (zh) | 一种催化气化煤基能源化工产品多联产系统及方法 | |
| CN112725034A (zh) | 一种耦合生物质气化的可再生能源电转气系统 | |
| CN103588221B (zh) | 一种焦炉气生产合成氨联产lng的方法及装置 | |
| CN102464570B (zh) | 一种醇类或混合醇类和甲烷化制烃类的串联生产方法 | |
| CN110862839B (zh) | 一种煤制天然气联产甲醇的系统及方法 | |
| WO2012045373A1 (en) | Method and apparatus for the integrated synthesis of methanol in a plant | |
| JP4030846B2 (ja) | メタノールの製造方法および装置 | |
| CN202744473U (zh) | 一种以煤和天然气为原料制烯烃的多联产装置 | |
| CN105861070A (zh) | 一种生物质气化合成甲醇二甲醚的工艺 | |
| CN201334445Y (zh) | 用大规模非并网风电进行甲醇生产的装置 | |
| CN108865285A (zh) | 一种以煤和天然气为原料的油-电联产工艺 | |
| CN114763765B (zh) | 燃气处理系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |