[發明專利]太陽能驅動煤氣化甲醇合成與零排放發電聯產系統

在審

• 申請號: 201911292851.7
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111140359A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 許誠;辛團團;劉宇浩
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;C07C29/151;C07C31/04;C10J3/72;C10J3/82;C10K1/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于煤的清潔利用領域的一種太陽能驅動煤氣化甲醇合成與零排放發電聯產系統。該系統主要包括太陽能煤氣化、甲醇合成、零排放發電等三個子系統。并通過空氣分離單元、凈化分離裝置與氧氣壓縮機、合成氣壓縮機和燃燒室連接，將三個子系統有機的連接成為聯產系統。在該系統中，聚光的太陽能為煤氣化過程提供能量，產生的合成氣送往甲醇合成反應器合成甲醇，反應器出口的弛放氣送往燃燒室，與空氣分離單元生產的氧氣燃燒，直接加熱驅動超臨界二氧化碳發電，燃燒產物可從尾氣中分離實現零排放；工作過程的廢熱通過加熱循環工質、產生蒸汽、干燥原煤實現回收利用。提高了能源的綜合利用效率，實現煤的分級利用和清潔發電的協同發展。

技術領域

本發明屬于煤的清潔利用領域，特別涉及一種太陽能驅動煤氣化甲醇合成與零排放發電聯產系統，具體說是一種太陽能驅動的煤氣化與甲醇合成和超臨界二氧化碳零排放發電集成的聯產系統。

背景技術

據中華人民共和國國家統計局年度數據，2018年中國的能源生產總量為377000萬噸標準煤，其中煤炭生產總量占69％，能源消費總量為464000萬噸標準煤，其中煤炭消費總量占59％，可見中國目前的能源生產與消費結構仍以煤炭為主導，然而煤炭在發電和工業生產中作為燃料直接燃燒供能，利用效率低且對環境污染嚴重。隨著對能源安全和環境保護方面的日益重視，煤炭的清潔利用已成為目前重要的研究方向。

煤氣化制甲醇是國內目前在煤化工領域一種成熟的煤炭清潔利用方式。然而傳統的煤氣化制甲醇工藝中存在諸多不足，煤氣化過程吸收的能量由部分煤燃燒供給，降低了煤炭轉化率，水煤氣轉化過程消耗了合成氣中有效的一氧化碳成分，煤氣化甲醇合成過程中的廢熱廢料用于參數較低的蒸汽循環發電，利用效率低。

富氧燃燒直接加熱的超臨界二氧化碳動力循環是煤炭發電領域一種極具潛力的高效零排放發電技術。在該動力循環中，煤氣化后凈合成氣與氧氣燃燒，加熱高壓超臨界二氧化碳，產生的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機做功發電，排氣經回熱器、冷卻器冷卻降溫，分離出煙氣中水分。脫水后高濃度二氧化碳經壓縮機、泵加壓后可方便分離出燃燒產生的二氧化碳，無需復雜的捕碳設備，但該技術在煤氣化時存在與煤氣化制甲醇中同樣的問題。如果利用太陽能為煤氣化過程供能，并將甲醇合成與超臨界二氧化碳動力循環深度耦合，在提高煤炭轉化率的同時可以進一步提高能量的綜合利用效率，實現更加高效多樣的煤炭清潔利用。

綜上所述，本發明提出了一種太陽能驅動煤氣化甲醇合成與零排放發電聯產系統，有望進一步提高能源利用效率，降低化石能源消耗，實現更加高效與多樣的煤炭清潔利用；該系統將太陽能氣化、甲醇合成、超臨界二氧化碳發電進行高效耦合，摒棄了傳統甲醇合成中不經濟的水煤氣轉化過程，對甲醇合成中廢熱廢料合理有效利用，實現了甲醇和電力的多聯產，在煤炭清潔利用領域具有廣泛應用前景。

發明內容

本發明的目的是提出一種太陽能驅動煤氣化甲醇合成與零排放發電聯產系統，包括太陽能煤氣化、甲醇合成和零排放發電三個子系統；其特征在于，

所述太陽能煤氣化子系統由預干燥裝置與太陽能氣化爐、二氧化碳加熱器、蒸汽發生器、合成氣冷卻器和凈化分離裝置串聯；蒸汽發生器連接太陽能氣化爐；空氣分離單元與預干燥裝置連接；太陽能通過定日鏡投射到反射塔上，然后聚光到太陽能氣化爐組成太陽能煤氣化子系統；

所述甲醇合成子系統包括由合成氣壓縮機與合成氣預熱器冷流段、甲醇合成反應器、合成氣預熱器熱流段、甲醇預熱器熱流段、冷卻器、氣液分離器液體出口與甲醇預熱器冷流段、甲醇精餾裝置、甲醇冷卻器、甲醇儲存罐串聯回路；甲醇合成反應器與反應器內置換熱器連接組成甲醇合成子系統；

所述零排放發電子系統包括由氣液分離器氣體出口通過弛放氣壓縮機與燃燒室連接；燃燒室與燃氣輪機、二氧化碳回熱器熱流段、煙氣冷卻器、水分離器、二氧化碳壓縮機、中間冷卻器、二氧化碳泵、二氧化碳回熱器冷流段、二氧化碳加熱器串聯成回路；反應器內置換熱器又與二氧化碳回熱器冷流段連接，燃氣輪機又與發電機連接；氧氣壓縮機與燃燒室連接組成零排放發電子系統；