[發明專利]一種分離CO2的化工動力多聯產能源系統及方法

無效

• 申請號: 200710100247.0
• 申請日: 2007-06-06
• 公開（公告）號: CN101318620A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 金紅光;鄭丹星;高林;韓巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及能源與環境技術領域，尤其涉及一種利用富碳原料生產替代燃料(化工產品)和電力，并同時回收CO₂的化工動力多聯產能源系統及方法。

背景技術

化石能源為主的能源開發與利用技術為人類社會的生存與發展起到了關鍵的推動作用。然而，人類也為能源的使用付出了慘重代價：溫室氣體排放造成的溫室效應將導致病蟲害增加、海平面上升、氣候反常、海洋風暴增多、土地干旱、沙漠化面積增大等一系列嚴重后果。

我國的地理位置處在中緯度生態脆弱的地區，極易受到氣候變化不利影響的危害，而且在漫長的海岸線上是人口密集和經濟、貿易發達的地帶，直接受到海平面上升的危害，面臨著全球氣候變化及其它環境問題的嚴重威脅。而且，我國每年排放CO₂約占世界總排放量的12％，居世界第二位，到2025年前后，我國的二氧化碳排放總量很可能超過美國，居世界第一位。我國已加入了《京都議定書》，在溫室氣體減排方面將面臨巨大的國際政治、經濟和環境壓力。因此，無論從可持續發展戰略角度，還是從國際形勢出發，溫室氣體引起的全球變暖以及由此引發的能源系統CO₂控制問題都是當前也是未來我國能源領域最引人關注的問題。

另一方面，煤炭等富碳燃料作為我國最主要的一次能源，在發電、供熱、冶金、化工等行業中占有舉足輕重的地位。然而，由于采用直接燃燒的單一利用方式，與發達國家相比，我國燃煤發電的單位能耗高出約20％，其它行業的單位能耗更高。更為重要的是，作為化石燃料中含碳量最高的富碳燃料，燃煤造成的CO₂排放是最為嚴重的。整體煤氣化聯合循環(IGCC)雖然被認為是未來最有發展前景的潔凈煤發電技術，IGCC系統中對煤氣進行凈化處理，脫硫效率可以達到99％以上，但對于大幅度減少CO₂排放卻還無能為力。顯然，傳統的煤炭單一利用方式造成了嚴重的資源浪費和環境污染，已無法適應未來可持續發展戰略的要求。尋找在煤炭高效利用的同時控制污染物排放的潔凈煤利用技術是我國未來能源產業面臨的最主要挑戰之一。

到目前為止，能源系統集成CO₂分離的主要技術可以根據CO₂分離過程在系統中的位置(或者說分離點)的不同和循環創新分為“燃燒后分離”、“燃燒前分離”、“純氧燃燒”：

(1)燃燒后分離CO₂

能源系統集成CO₂回收的最簡單的方式即在動力發電系統的尾部亦即熱力循環的排氣中分離和回收CO₂。由于可以從已建成的電廠排氣中回收CO₂而無需對動力發電系統本身作太多改造，這種集成方式的優勢在于可行性較好。但由于排氣中CO₂濃度通常低于9％，而適合低濃度CO₂分離的化學吸收工藝需要消耗較多的中低溫飽和蒸汽用于吸收劑再生，這部分蒸汽通常取自蒸汽透平，從而導致蒸汽循環有效輸出功損失很多(約20％)，系統熱轉功效率下降8～13個百分點。

(2)燃燒前分離CO₂

利用煤氣化或天然氣重整可以將化石燃料轉化為合成氣(主要成分為CO和H₂)，進一步通過水煤氣變換反應可以將合成氣中的CO氣體轉化為CO2和氫氣，再通過分離工藝將CO₂分離出來，則可以得到相對潔凈的富氫燃料氣。這種CO₂回收方式稱為燃燒前分離，或燃料氣脫碳。由于CO₂分離是在燃燒過程前進行的，燃料氣尚未被氮氣稀釋，待分離合成氣中的CO₂濃度可以高達30％，分離能耗相對于燃燒后分離有所下降。但燃燒前分離同樣存在著缺陷：合成氣的產生過程與水煤氣變換反應均會帶來燃料化學能的損失，因此，采用燃燒前分離的動力發電系統熱轉功效率仍然會下降7～10個百分點，其代價與燃燒后分離方式相比減小十分有限。

(3)采用純氧燃燒的O₂/CO₂循環