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CN116426316A - 一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统 - Google Patents

一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统 Download PDF

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王黎
高扬
王慧
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李艳玲
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Abstract

本发明公开了一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统，该系统包括气化装置、生产装置、收集装置、压缩装置。其中，气化装置被配置为用于使原料煤与氧气发生气化反应，生成粗煤气物流，生产装置被配置为用于使气化装置中生成的粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品，收集装置被配置为用于收集第一二氧化碳物流，压缩装置被配置为用于将收集装置中的收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流，气化装置还用于使回收二氧化碳物流继续与气化装置内部的原料煤发生反应。本发明提供的煤间接液化中的二氧化碳物流回收方法及系统，不仅解决了二氧化碳物流高排放的问题，还增加了有效气产量，提高了气化装置的效率。

Description

一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统
技术领域
本发明涉及煤化工领域，特别涉及一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统。
背景技术
现有技术中，煤气化工艺和变换工艺过程中产生的大量二氧化碳物流在后续的煤气净化过程中被洗涤分离出来，合成反应产生的二氧化碳物流也通过脱碳洗涤塔净化处理后分离出来，这部分气体纯度较高，可作为干净的再反应原料，本身就具有深加工的便利条件。但目前这些二氧化碳物流除化肥企业部分得到利用外,大部分作为废气直接排放,不但造成了极其严重的大气污染,而且对宝贵的碳资源来说是一种巨大的浪费。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种煤间接液化中的二氧化碳再利用系统，包括：
气化装置，被配置为用于使原料煤与氧气发生气化反应，生成粗煤气物流；
生产装置，被配置为用于使所述气化装置中生成的粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品；
收集装置，被配置为用于收集所述第一二氧化碳物流；
压缩装置，被配置为用于将所述收集装置中收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流；
所述气化装置，还用于使所述回收二氧化碳物流继续与气化装置内部的原料煤发生反应。
可选地，所述生产装置包括：
变换装置，所述变换装置被配置为用于使所述粗煤气物流经变换反应生成净化气和第二二氧化碳物流；
费托装置，所述费托装置被配置为用于使所述净化气经费托反应生成第三二氧化碳物流和油品。
可选地，所述系统还包括：公用装置，所述公用装置被配置为用于产生第四二氧化碳物流；
所述收集装置，还被配置为用于对所述第四二氧化碳物流进行收集。
可选地，所述系统还包括：
调节阀门，所述调节阀门被配置为用于调节进入所述气化装置前的氧气与所述回收二氧化碳物流的比例；
气化烧嘴，所述气化烧嘴设置在所述气化装置中心入口处；
中心氧管线，所述中心氧管线设置在所述气化烧嘴中心并与所述压缩装置的出口端相连接，所述中心氧管线被配置为用于通入中心氧和所述回收二氧化碳物流。
可选地，所述气化装置包括温度分析单元和组分分析单元；
所述温度分析单元被配置为用于监控所述气化装置内部的温度变化；
所述组分分析单元被配置为用于监控所述气化装置内部的气体浓度变化。
根据本发明的第二方面，还提供了一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法，包括如下步骤：
原料煤与氧气发生气化反应，生成粗煤气物流；
所述粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品；
将所述第一二氧化碳物流进行收集；
将所述收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流；
所述回收二氧化碳物流继续与所述原料煤发生反应。
可选地，所述粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品包括：
所述粗煤气物流经变换反应生成净化气和第二二氧化碳物流；
所述净化气经费托反应生成第三二氧化碳物流和油品。
可选地，所述将所述收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流之前，还包括：
收集第四二氧化碳物流，其中，所述第四二氧化碳物流由公用装置产生。
可选地，所述回收二氧化碳物流继续与所述原料煤发生反应包括：
对所述氧气与所述回收二氧化碳物流的比例进行调节；
将调节后的所述氧气与所述回收二氧化碳物流继续与所述原料煤发生反应。
可选地，所述氧气包括中心氧和环隙氧。
本发明提供的煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统，将煤间接液化过程中生成的二氧化碳物流作为气化反应的气化剂重新返回气化装置，不仅解决了二氧化碳物流高排放的问题，还有效提高了气化装置中一氧化碳的浓度，增加了有效气产量，提高了气化装置的效率。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明一实施例提供的一种煤间接液化中的二氧化碳再利用系统的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一种煤间接液化中的二氧化碳再利用系统的结构示意图。
附图标记
1-气化装置；11-温度分析单元；12-组分分析单元；13-气化烧嘴；14-中心氧管线；2-生产装置；21-变换装置；211-净化单元；22-费托装置；3-收集装置；4-压缩装置；5-公用装置；6-调节阀门。
具体实施方式
为了使本申请的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合具体实施例对本申请进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包括在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包括本数，“一种或几种”中“几种”的含义是两个及两个以上。
本申请的上述发明内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
根据本发明的第一方面，提供了一种煤间接液化中的二氧化碳再利用系统，包括：气化装置1、生产装置2、收集装置3、压缩装置4。其中，气化装置1被配置为用于使原料煤与氧气发生气化反应，生成粗煤气物流。具体地，气化装置1可以根据实际需要进行选择，在此不做任何限制。优选地，本实施例中的气化装置1选用气化炉。由于二氧化碳物流是世界上最稳定的物质之一，而气化炉的温度可以达到1200-1400℃左右，正是由于气化炉这一特殊极端条件，可以促进二氧化碳物流这一惰性物质发生化学反应，变成有效气体。生产装置2被配置为用于使气化装置1中生成的粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品，收集装置3被配置为用于收集第一二氧化碳物流，压缩装置4通过增压将收集装置3中的收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流，回收二氧化碳物流满足气化装置1的入口压力，使得气化装置1可以使回收二氧化碳物流继续与气化装置1内部的原料煤发生反应。
这样，可以将煤间接液化过程中生成的二氧化碳物流作为气化反应的气化剂重新返回气化装置1，不仅解决了二氧化碳物流高排放的问题，还有效提高了气化装置1中一氧化碳的浓度，增加了有效气产量，提高了气化装置1的效率。
具体地，煤间接项目气化炉温度为1350℃、操作压力为4.1Mpa,氧气流量为25000Nm3/h,未进行二氧化碳返混气化前，气化炉产生粗煤气的组份为：氢气，38.12％；氮气0.49％；一氧化碳40.02％；甲烷0.11％；二氧化碳20.85％；氩气0.08％；硫化氢0.15％。保持气化炉操作温度不变的情况下，通入二氧化碳气体，二氧化碳流量为3000Nm3/h，氧气流量为22000Nm3/h，分析气化炉出口粗煤气组份为：氢气，38.01％；氮气0.52％；一氧化碳41.33％；甲烷0.08％；二氧化碳19.81％；氩气0.10％；硫化氢0.14％。经过数据分析，二氧化碳浓度降低了4.9％，一氧化碳浓度提高了2.8％。
如图1、图2所示，在本发明的一个实施例中，生产装置2包括变换装置21和费托装置22，变换装置21还包括净化单元211。具体地，变换装置21被配置为用于使所述粗煤气物流经变换反应生成净化气和第二二氧化碳物流，其中，净化气是由变换装置21中的净化单元211净化得到的，费托装置22被配置为用于使净化气经费托反应生成第三二氧化碳物流和油品。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，二氧化碳物流的来源还包括公用装置5，公用装置5被配置为用于产生第四二氧化碳物流。具体地，本实施例中的公用装置5可以为任何能够产生二氧化碳物流的公用装置5，在此不做任何限定，本实施例中选用燃煤锅炉作为公用装置5，燃煤锅炉可以生产煤间接液化项目中所需要的水、蒸汽、二氧化碳物流等公用介质。公用装置5产生第四二氧化碳物流之后，收集装置3对第四二氧化碳物流进行收集。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，煤间接液化中的二氧化碳再利用系统还包括调节阀门6、气化烧嘴13和中心氧管线14。调节阀门6用于调节进入气化装置1前的氧气与回收二氧化碳物流的比例，具体地，在实际操作的过程中，可以增大回收二氧化碳物流通入量的同时减小气化装置1入口的氧气量，或者减小回收二氧化碳物流通入量的同时增大气化装置1入口的氧气量，以保证气化装置1内可以发生充分的气化反应。由于二氧化碳物流浓度增加使得原料煤不会发生过氧燃烧，气化装置1内部温度不会过高，二氧化碳物流浓度减小使得原料煤发生过氧燃烧，会使得气化装置1内部温度过高。因此，需要设置二氧化碳物流与气化装置1温度反馈连锁调节，通过调节阀门6控制通入的二氧化碳物流，避免由于二氧化碳物流通入导致气化装置1内部温度波动过大。气化烧嘴13设置在气化装置1中心入口处，气化烧嘴13用于使原料煤和氧气等气化剂进行燃烧反应。并且如果采用水煤浆工艺，在气化烧嘴13中煤浆可以被高速氧气流充分雾化，进一步地保证气化反应充分进行。中心氧管线14设置在气化烧嘴13中心，并且与压缩装置4的出口端相连接，中心氧和回收二氧化碳物流经中心氧管线14通入气化装置1，与气化装置1中的原料煤发生气化反应。在中心氧管线14上设置压力连锁，避免气化装置1内气体反串。
如图2所示，在本发明的一个实施例中，在气化装置1中设置有温度分析单元11和组分分析单元12。温度分析单元11用于监控气化装置1内部的温度变化，组分分析单元12用于监控气化装置1内部的气体浓度变化，避免由于二氧化碳物流通入导致气化装置1出口的粗煤气物流的组分大幅度波动，影响后续反应的稳定性。
根据本发明的第二方面，还提供了一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法，包括如下步骤：原料煤与氧气发生气化反应，生成粗煤气物流；粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品；将第一二氧化碳物流进行收集；将收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流；回收二氧化碳物流继续与原料煤发生反应。利用回收二氧化碳物流继续与原料煤发生反应，实现了二氧化碳物流对氧气的部分替代，降低了气化过程中二氧化碳物流的产生，同时增加了一氧化碳的生成。并且大幅度降低了后续步骤的生产负荷，通过变换工艺产生了更多的氢气，对高氢煤气或煤基合成油调整H2/CO比具有显著意义。
在本发明的一个实施例中，粗煤气物流生成第一二氧化碳物流和油品的过程包括两个阶段，在第一阶段，粗煤气物流经过反应生成二氧化碳物流和净化气，第二阶段，净化气经过费托合成反应生成二氧化碳物流和油品。生成的净化气包括一氧化碳和氢气，生成的油品相较于一般石油品质更佳。
在本发明的一个实施例中，将收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流，还需要收集由公用装置5产生的第四二氧化碳物流。
在本发明的一个实施例中，回收二氧化碳物流继续与原料煤发生反应包括，先对氧气和回收二氧化碳物流的比例进行调节，再将调节后的氧气和回收二氧化碳物流继续与原料煤发生反应。此外，还可以在原料煤中加入催化剂，提高二氧化碳物流的活性，或者在二氧化碳物流与原料煤发生气化反应之前，就对二氧化碳物流进行活化，以此来进一步提高二氧化碳物流的转化率。
在本发明的一个实施例中，氧气包括中心氧和环隙氧，中心氧用于与原料煤发生气化反应，环隙氧在辅助气化反应的同时，还可以对气化烧嘴13起到一定的保护作用，有利于设备的长周期运行。
本发明提供的煤间接液化中的二氧化碳再利用方法及系统，将煤间接液化过程中生成的二氧化碳物流作为气化反应的气化剂重新返回气化装置1，不仅解决了二氧化碳物流高排放的问题，还有效提高了气化装置1中一氧化碳的浓度，增加了有效气产量，提高了气化装置1的效率。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种煤间接液化中的二氧化碳再利用系统，其特征在于，包括：
气化装置(1)，被配置为用于使原料煤与氧气发生气化反应，生成粗煤气物流；
生产装置(2)，被配置为用于使所述气化装置(1)中生成的粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品；
收集装置(3)，被配置为用于收集所述第一二氧化碳物流；
压缩装置(4)，被配置为用于将所述收集装置(3)中收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流；
所述气化装置(1)，还用于使所述回收二氧化碳物流继续与气化装置(1)内部的原料煤发生反应。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生产装置(2)包括：
变换装置(21)，所述变换装置(21)被配置为用于使所述粗煤气物流经变换反应生成净化气和第二二氧化碳物流；
费托装置(22)，所述费托装置(22)被配置为用于使所述净化气经费托反应生成第三二氧化碳物流和油品。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
公用装置(5)，所述公用装置(5)被配置为用于产生第四二氧化碳物流；
所述收集装置(3)，还被配置为用于对所述第四二氧化碳物流进行收集。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
调节阀门(6)，所述调节阀门(6)被配置为用于调节进入所述气化装置(1)前的氧气与所述回收二氧化碳物流的比例；
气化烧嘴(13)，所述气化烧嘴(13)设置在所述气化装置(1)中心入口处；
中心氧管线(14)，所述中心氧管线(14)设置在所述气化烧嘴(13)中心并与所述压缩装置(4)的出口端相连接，所述中心氧管线(14)被配置为用于通入中心氧和所述回收二氧化碳物流。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述气化装置(1)包括温度分析单元(11)和组份分析单元(12)；
所述温度分析单元(11)被配置为用于监控所述气化装置(1)内部的温度变化；
所述组份分析单元(12)被配置为用于监控所述气化装置(1)内部的气体浓度变化。
6.一种煤间接液化中的二氧化碳再利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
原料煤与氧气发生气化反应，生成粗煤气物流；
所述粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品；
将所述第一二氧化碳物流进行收集；
将所述收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流；
所述回收二氧化碳物流继续与所述原料煤发生反应。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粗煤气物流经过反应生成第一二氧化碳物流和油品包括：
所述粗煤气物流经变换反应生成净化气和第二二氧化碳物流；
所述净化气经费托反应生成第三二氧化碳物流和油品。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述收集的二氧化碳物流进行压缩得到回收二氧化碳物流之前，还包括：
收集第四二氧化碳物流，其中，所述第四二氧化碳物流由公用装置(5)产生。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述回收二氧化碳物流继续与所述原料煤发生反应包括：
对所述氧气与所述回收二氧化碳物流的比例进行调节；
将调节后的所述氧气与所述回收二氧化碳物流继续与所述原料煤发生反应。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氧气包括中心氧和环隙氧。
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