[發明專利]一種超臨界二氧化碳發電耦合煤炭氣化系統及方法

在審

• 申請號: 201810940320.3
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN108690661A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 張純;楊玉;白文剛;李紅智;姚明宇;蔣世希
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明提供一種超臨界二氧化碳發電耦合煤炭氣化系統及方法，該包括超臨界二氧化碳發電系統和超臨界二氧化碳煤炭氣化系統。其中超臨界二氧化碳發電系統包括壓縮機、透平、發電機、高壓儲罐、低壓儲罐、燃燒室換熱器、回熱器和預冷器，超臨界二氧化碳煤炭氣化系統包括粉煤加壓裝置、氣化爐、燃燒室和凈化器；本發明系統及方法能夠將超臨界二氧化碳作為氣化劑用于煤炭氣化，并將氣化后的煤氣用于超臨界二氧化碳發電。

技術領域

本發明涉及超臨界二氧化碳發電和煤炭氣化領域，具體為一種超臨界二氧化碳發電耦合煤炭氣化系統及方法。

背景技術

煤炭氣化是指在氣化爐內，煤在高溫下與氣化劑反應，生成煤氣的過程。煤炭氣化過程的基本條件是：氣化爐、氣化原料和氣化劑。氣化爐是煤炭氣化的核心設備，氣化劑為氧氣或空氣以及水蒸氣等。煤氣化工藝是煤化工、IGCC、煤炭間接液化等的基礎，煤經過氣化后制得合成氣，有效成分為CO、H₂和CH₄，用于化工合成或者燃燒發電。現有的氣化工藝大多為自熱式氣化，即氣化過程中不需要外界供熱，煤與水蒸氣進行吸熱反應所消耗的熱量，是由煤與氧進行的放熱反應所提供的，因此在煤氣中有相當量的二氧化碳存在。尤其是對于水煤漿氣化，由于水煤漿濃度通常低于65％,即35％以上為水，系統耗水量大，且在氣化爐中水的氣化需要吸收大量的熱，為維持氣化操作穩定運行，相當量的碳與氧氣反應生成二氧化碳，放出熱量。在后續的煤氣凈化過程中，二氧化碳被洗滌分離出來，目前這些二氧化碳在化肥企業可以部分得到利用，其它企業大多作為廢氣直接排放，不但增加了碳排放，而且還浪費了碳資源。

二氧化碳在高溫下可以與碳反應，因此可以作為氣化劑用于煤氣化，可將二氧化碳部分替代甚至全部替代水蒸氣，既實現了二氧化碳的利用，又能夠減少水的用量，同時實現節水，同時可以減少氣化廢水處理量。

因此，如果能夠開發出一種新的煤氣化系統，該系統可以利用超臨界二氧化碳作為氣化劑用于煤氣化過程，則必然會對我國的傳統的煤氣化工藝，尤其是對于干旱缺水地區的煤氣化工藝帶來巨大影響。氣化后的煤氣與氧氣混合后燃燒的高溫二氧化碳通入透平中做功，帶動發電機發電，將超臨界二氧化碳發電和超臨界二氧化碳煤炭氣化進行合理的耦合。目前已公開的報道中，如中國專利CN 101381629A公布了一種二氧化碳減排干粉煤氣化爐，氣化劑仍以水和氧氣為主，二氧化碳作為補充氣化劑，中國專利CN 103468320A公布了一種二氧化碳煤漿的制備與氣化系統，將液態的二氧化碳與煤混合制成煤漿，送入氣化爐氣化。還未曾有將超臨界二氧化碳作為氣化劑用于煤炭氣化的報道。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種超臨界二氧化碳發電耦合煤炭氣化系統及方法，可以利用超臨界二氧化碳布雷頓循化發電，還能夠以超臨界二氧化碳為氣化劑進行煤炭氣化，實現二氧化碳的利用，減少蒸汽、氧氣等傳統氣化劑的使用。

本發明是通過以下技術方案來實現：

所述的一種超臨界二氧化碳發電耦合煤炭氣化系統，包括超臨界二氧化碳發電系統和超臨界二氧化碳煤炭氣化系統。其中超臨界二氧化碳發電系統包括壓縮機、透平、發電機、高壓儲罐、低壓儲罐、燃燒室換熱器、回熱器和預冷器，超臨界二氧化碳煤炭氣化系統包括粉煤加壓裝置、氣化爐、燃燒室、凈化器。壓縮機、透平和發電機通過聯軸器連接。壓縮機出口與高壓儲罐入口相連通，高壓儲罐一個出口與回熱器的低溫介質入口相連通，回熱器低溫介質出口與燃燒室換熱器相連通，燃燒室換熱器與氣化爐的氣化劑入口相連通，高壓儲罐的另一個出口與粉煤加壓裝置入口相連通，粉煤加壓裝置出口與氣化爐的氣化原料入口相連通，氣化爐氣體出口與燃燒室的燃氣入口相連通，燃燒室的煙氣出口與凈化器入口相連通，凈化器出口與透平的入口相連通，透平的出口與回熱器的高溫介質入口相連通，回熱器的高溫介質出口與預冷器的高溫介質入口相連通，預冷器的高溫介質出口與低壓儲罐入口相連通，低壓儲罐的出口與壓縮機入口相連通。

粉煤通入粉煤加壓裝置，氧氣通入燃燒室，氣化爐底部排出灰渣，凈化器的底部排出飛灰，低壓儲罐底部排出系統內的水和多余的二氧化碳。