一種碳捕集和余熱發(fā)電耦合的煤氣化制甲醇系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及甲醇制造技術(shù)，具體來說是一種碳捕集和余熱發(fā)電耦合的煤氣化制甲醇系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界能源形勢越來越緊迫，我國能源消耗逐年上升。2012年我國CO2排放量為8250Mt，成為世界第一碳排放國。隨著節(jié)能減排壓力日益增加，以及國內(nèi)污染日益嚴(yán)重所帶來的諸多環(huán)境問題，節(jié)能減排已成為目前中國一項十分重要的議題。余熱利用也是當(dāng)前節(jié)能工作的一個熱點(diǎn)。我國余熱的分布非常廣泛，大量產(chǎn)生于各重工業(yè)企業(yè)和輕工業(yè)企業(yè)中，然而并未得到充分利用。
[0003]甲醇，作為煤化工生產(chǎn)的重要產(chǎn)品之一，在化工、輕工和清潔能源領(lǐng)域具有廣闊的前景，被認(rèn)為是一種重要的有機(jī)化工原料和新型能源燃料。2013年我國的甲醇產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了 2800萬噸，發(fā)展大型制甲醇技術(shù)是大勢所趨。我國煤炭資源豐富、價格偏低，因此主要以煤制甲醇工藝作為生產(chǎn)甲醇的主要方式。
[0004]碳排放量大是大型煤制甲醇技術(shù)的主要問題之一。碳捕集技術(shù)被認(rèn)為是煤制甲醇碳減排的重要突破口。帶有碳捕集過程的煤制甲醇流程簡圖如圖1:工藝主要由德士古氣化單元1、凈化除塵單元2、水煤氣變換單元3、酸性氣體脫除單元4、硫回收單5元、0)2多級壓縮單元6和甲醇合成及精餾單元7。粗煤預(yù)處理后與水混合成水煤漿，水煤漿與來自空分的氧氣在德士古氣化單元中的氣化室反應(yīng)生成合成氣。此合成氣依次經(jīng)過凈化除塵單元2、水煤氣變換單元3和酸性氣體脫除元4后得到潔凈的合成氣，此潔凈的合成氣經(jīng)甲醇合成及精餾單元7得到精甲醇。而合成氣在酸性氣體脫除單元中分離出的氣態(tài)0)2進(jìn)入CO2多級壓縮單元，通過CO2多級壓縮單元的作用，氣態(tài)的CO 2變?yōu)楦邏阂簯B(tài)CO2，然后將高壓液態(tài)0)2輸送到其他工藝或進(jìn)行儲存，從而完成CO 2捕食，以減少碳排放。工程上經(jīng)優(yōu)化后的低溫甲醇洗工藝，CO2的捕集率大概為60%?70%。
[0005]目前，0)2捕集技術(shù)在煤制甲醇領(lǐng)域還沒能廣泛的推廣，其中最重要的原因是捕集CO2會增加額外的捕集能耗。而煤制甲醇系統(tǒng)本身就有投資大，能耗高的缺點(diǎn)，若增加碳捕集裝置會加大節(jié)能壓力，使經(jīng)濟(jì)效益下降。因此，要推廣0)2捕集技術(shù)，必須對帶有0)2壓縮的煤制甲醇系統(tǒng)進(jìn)行熱集成以減少捕集成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種碳捕集和余熱發(fā)電耦合的煤氣化制甲醇系統(tǒng)。該煤氣化制甲醇系統(tǒng)可回收低品位廢熱，減少冷卻系統(tǒng)的負(fù)荷，節(jié)約能源。同時本發(fā)明還提供了一種碳捕集和余熱發(fā)電耦合的煤氣化制甲醇系統(tǒng)的制甲醇方法。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種碳捕集和余熱發(fā)電耦合的煤氣化制甲醇系統(tǒng)，包括依次連接的德士古氣化單元、凈化除塵單元、水煤氣變換單元、酸性氣體脫除單元和甲醇合成及精餾單元，所述酸性氣體凈化單元連接有硫回收單元和0)2多級壓縮單元；還包括有機(jī)郎肯余熱發(fā)電單元和水處理單元，所述水煤氣變換單元、有機(jī)郎肯余熱發(fā)電單元、水處理單元和CO2多級壓縮單元依次首尾連接。
[0008]優(yōu)選的，所述有機(jī)郎肯余熱發(fā)電單元包括蒸發(fā)器、回?zé)崞?、冷凝器、膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述蒸發(fā)器的蒸汽入口與水煤氣變換單元的蒸汽出口連接，所述蒸發(fā)器的凝結(jié)水出口與水處理單元的凝結(jié)水入口連接；所述蒸發(fā)器的工質(zhì)出口與膨脹機(jī)連接，所述膨脹機(jī)的工質(zhì)出口與回?zé)崞鞯臒岫巳肟谶B接的，所述膨脹機(jī)驅(qū)動軸與發(fā)電機(jī)連接；所述回?zé)崞鞯臒岫顺隹谂c冷凝器的端入口連接，所述冷凝器的熱端出口與通過加壓泵與回?zé)崞鞯睦涠巳肟谶B接，所述回?zé)崞鞯睦涠顺隹谂c蒸發(fā)器的工質(zhì)入口連接。
[0009]優(yōu)選的，所述水處理單元包括依次連接的凝汽器、冷卻塔、蓄水池和排水罐，所述冷凝器凝結(jié)水入口與蒸發(fā)器的凝結(jié)水出口連接，所述排水罐的出水口與CO2多級壓縮單元的冷卻水入口連接。
[0010]優(yōu)選的，所述水煤氣變換單元包括第一變換反應(yīng)器、第二變換反應(yīng)器、第一廢熱鍋爐、第二廢熱鍋爐、第一汽包和第二汽包，所述第一變換反應(yīng)器的進(jìn)氣口與除塵凈化單元連接，所述第一變換反應(yīng)器的出氣口與第一廢熱鍋爐的熱端進(jìn)口連接，所述第一廢熱鍋爐的熱端出口與第二變換反應(yīng)器的進(jìn)氣口連接，所述第二變換反應(yīng)器的出氣口與第二廢熱鍋爐的熱端進(jìn)口連接，所述第二廢熱鍋爐的熱端出口與酸性氣體脫除單元的合成氣體進(jìn)口連接;
[0011]所述0)2多級壓縮單元的過熱水出口與第二廢熱鍋爐的進(jìn)水口連接，所述第二廢熱鍋爐的過熱水出口與第一汽包的過熱水入口連接，所述第一汽包的蒸汽出口與發(fā)生器的蒸汽入口連接；所述第一汽包的熱水出口與第一廢熱鍋爐的進(jìn)水口連接，所述第一廢熱鍋爐的過熱水出口與第二汽包的過熱水入口連接，所述第二汽包的蒸汽出口與蒸發(fā)器的蒸汽入口連接。
[0012]優(yōu)選的，所述0)2多級壓縮單元包括多個CO 2壓縮器和多個壓縮冷卻器，多個所述CO2壓縮器和多個壓縮冷卻器依次交替連接，位于首位的CO 2壓縮器與酸性氣體脫除單元連接，多個所述壓縮冷卻器的進(jìn)水口均與排水罐的出水口連接，多個所述壓縮冷卻器均的出水口均與第二廢熱鍋爐的進(jìn)水口連接。
[0013]一種碳捕集和余熱發(fā)電耦合的煤氣化制甲醇系統(tǒng)的制甲醇方法，包括以下步驟:
[0014](I)水煤漿和氧氣進(jìn)入德士古氣化單元后形成合成氣，所述合成氣依次通過凈化除塵單元和水煤氣變換單元后進(jìn)入酸性氣體凈化單元，酸性氣體凈化單元將合成氣中的氣態(tài)CO2分離出來，則分離出來的氣態(tài)CO 2進(jìn)入CO 2多級壓縮單元；酸性氣體凈化單元產(chǎn)生的潔凈合成氣自酸性氣體凈化單元的合成氣出口進(jìn)入甲醇合成及精餾單元，從而制得精甲醇；
[0015](2)在步驟(I)中，進(jìn)入CO2多級壓縮單元的氣態(tài)CO2被壓縮成液態(tài)C02，0)2多級壓縮單元在壓縮氣態(tài)CO2時產(chǎn)生大量過熱水，過熱水通過第一廢熱鍋爐、第二廢熱鍋爐、第一汽包和第二汽包汽化，從而形成水蒸汽；此水蒸汽進(jìn)入有機(jī)郎肯余熱發(fā)電器中的蒸發(fā)器，則水蒸汽對蒸發(fā)器中的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行加熱，從而使有機(jī)工質(zhì)轉(zhuǎn)換成有機(jī)蒸汽，而有機(jī)蒸汽推動膨脹機(jī)，則膨脹機(jī)帶動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力；
[0016](3)推動膨脹機(jī)的有機(jī)蒸汽自膨脹機(jī)出來后，依次經(jīng)過回?zé)崞鳌⒗鋮s器后恢復(fù)變?yōu)橐簯B(tài)的有機(jī)工質(zhì)，液態(tài)的有機(jī)工質(zhì)再通過加壓泵送回回?zé)崞骱笤僦匦禄氐秸舭l(fā)器；
[0017](4)水蒸汽通過蒸發(fā)器后形成凝結(jié)水，凝結(jié)水進(jìn)入水處理單元進(jìn)行降溫除雜后形成冷卻水，冷卻水回到CO2多級壓縮單元，從而形成冷卻循環(huán)水。
[0018]優(yōu)選的，步驟(I)中的德士古氣化單元合成水煤漿和氧氣時的氧化溫度為1200-1400。。。
[0019]優(yōu)選的，步驟(I)中水煤氣變換單元對自德士古氣化單元出來的合成氣進(jìn)行兩段高溫耐硫變換工藝，其中第一變換反應(yīng)器對合成氣的加熱溫度為400-450°C，而第二變換反應(yīng)器對合成氣的加熱溫度為350-400°C。
[0020]優(yōu)選的，在步驟(2)中，置于蒸發(fā)器中的有機(jī)工質(zhì)被加熱前的溫度為50_60°C ;而有機(jī)工質(zhì)被水蒸汽加熱后得到的有機(jī)蒸汽的溫度為150-190°C ;通過加壓泵抽回至蒸發(fā)器的有機(jī)工質(zhì)的溫度為25-35 °C。
[0021]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0022]1、本發(fā)明有效回收CO2多級壓縮單元產(chǎn)生過熱水含有的低品位廢熱，同時優(yōu)化了水煤氣變換單元的蒸汽利用方式，減少了廢熱的排放和額外冷卻所需功耗，到達(dá)節(jié)能降耗的目的。
[0023]2、本發(fā)明回收0)2多級壓縮單元產(chǎn)生過熱水含有的低品位廢熱，即通過有機(jī)郎肯余熱發(fā)電單元利用這些低品位廢熱進(jìn)行發(fā)電，并將產(chǎn)生的電能用于生產(chǎn)工中，這能減少電量的損耗。
[0024]3、本發(fā)明采用有機(jī)郎肯余熱發(fā)電單元利用這些低品位廢熱進(jìn)行發(fā)電，這可減少