基于煤间接液化的化工-能源动力多联产系统.doc

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1、基于煤间接液化的能源动力——一碳化工多联产系统关键技术研究及工程应用一、研究内容1.1项目总体设想国内外现有的多联产模式均采用从单一的设备（气化炉）中产生的"合成气"（主要成分为CO＋H2），来进行跨行业、跨部门的生产，以得到多种具有高附加值的化工产品、液体燃料（甲醇、F－T合成燃料、二甲醇、城市煤气、氢气）、以及用于工艺过程的热和进行发电等。多联产系统能够从系统的高度出发，结合各种生产技术路线的优越性，使生产过程耦合到一起，彼此取长补短，从而达到能源的高利用效率、低能耗、低投资和运行成本、以及最少的全生命周期污染物排放，

2、并以此形成资源、能源、环境一体化系统(图1)。即现有的多联产模式均以煤汽化为源头来对碳一化工和能源动力过程进行耦合，从而在煤清洁转化的同时实现各种化工产品、液体燃料、能源动力的增值。图1资源、能源、环境一体化系统另一方面，中国以燃煤而为主的能源结构在短期内难有较大改变，煤粉燃饶锅炉仍占据绝对地位，随着烟气脱硫、烟气脱硝装置的建设，燃煤电厂的二氧化碳排放将是继硫氧化物、氮氧化物之后的又一重大环境问题。在开发新一代低二氧化碳排放的先进能源动力循环如整体煤气化联合循环IGCC的同时，对现有数量庞大的传统燃煤机组的二氧化碳减排和综

3、合利用进行研究，将是一件非常有意义的工作。同时，由于发电机组经常会遇到调峰问题，在电厂上网负荷不足时，锅炉在低负荷下长期运行导致效率过低，单位煤耗上升，运行成本偏高，并造成能量损失和浪费。若能实现能源动力系统与基于煤间接液化的一碳化工系统的联产工艺，将现有传统燃煤机组排放的二氧化碳作为一碳化工系统的部分原料，利用电厂的磨煤系统作为煤气化工艺的给料装置，综合利用电厂的水、电、蒸汽，并用合成气生产甲醇、醋酸、醋酸酐等化工产品，使能量以化学能的形式加以保存，这样就可在解决燃煤机组二氧化碳减排和综合利用问题的同时，避免或减少能源动

4、力系统的能量损失和浪费。该多联产工艺的建立，使燃煤发电—煤气化—甲醇合成—醋酸及醋酸酐合成各工艺相互耦合，各技术路线取长补短，实现能量的梯级利用，将更能体现多联产系统的优越性。本项目的总体研究思路如下图所述。整个多联产工艺分成电厂主体系统，二氧化碳分离及提纯系统，煤气化系统，甲醇合成系统，醋酸/醋酸酐联产系统等五大系统。1.2关键科学问题和研究内容1.2.1燃煤锅炉二氧化碳分离及提纯技术本项目拟对燃煤锅炉产生的烟气中的二氧化碳进行分离并提纯，通过与焦碳反应生成一氧化碳作为合成醋酸的原料。因此低成本的二氧化碳分离及提纯技术是

5、本项目的关键所在。目前，回收烟气中的二氧化碳的方法有物理吸收法、化学吸收法、吸附法、低温蒸馏法和膜分离法等。物理吸收法要求CO2分压较高，CO2去除程度不高；化学吸收法设备庞大，能耗高，工艺复杂，腐蚀设备管道性，吸收剂毒性大，易降解且损耗大；吸附法吸附容量有限，预处理要求高；低温蒸馏设备庞大，能耗很大。本项目拟开发膜接触器作为燃煤锅炉二氧化碳分离和提纯的装置，该法既具有膜分离法高选择性的优点，又有化学吸收法高分离率的优点，回收的CO2纯度高，吸收液不和烟气直接接触，因此可以解决化学吸收法目前存在烟气夹带吸收液和烟气中杂质对

6、再生塔的腐蚀问题。1.2.2低成本大规模煤气化技术及装备目前我国大型煤气化技术完全依赖进口，以Texaco水煤浆和Shell干粉煤气化技术为主，二者均属加压气流床气化技术，因其有效气体含量（80%~90%）、冷煤气效率（75%~83%）、碳转化率（95%~99%）、单炉生产能力（500~2000吨/日）高等优点而倍受青睐。但同时存在巨额投资、煤种适应性差和运行成本高等问题。因此开发低成本的大规模煤气化技术及装备是本项目的关键所在。1.2.3碳氢比例调整技术在以煤化为源头的单纯的合成过程中，合成气要通过变换反应排出CO2调整

7、H2和CO的比例达到合成单元高转化率的要求。在本联产工艺中CO不仅作为合成甲醇的原料，而且也是醋酸合成的原料。其原料来源有二，其一是煤气化产生的合成气，其二是燃煤锅炉产生的烟气中的CO2经与焦碳反应生成的CO。因此如何合理调整其间比例以达到产能最大化是一个值得关注的问题。1.2.4浆态床催化剂制备及浆态相催化化学基础合成气转化为甲醇、醋酸等燃料的反应均为强放热反应，传统的工业反应器存在生产能力较低，能耗大，成本高的缺陷，只能满足烃、醇、醚作为化工产品对于成本的要求，而不能满足它们直接作为燃料生产时对成本的要求。浆态床是一种

8、使用细粉催化剂的三相流化床。其中悬浮固体催化剂的液体介质的使用，可以在提高换热效率的同时降低气固流化床反应器中固体催化剂机械磨损和夹带。这类反应器构造简单，造价低；气体阻力低，单程转化率高，适合大规模生产和多联产中调节电力生产的峰谷波动；可以在不停车的情况下部分地或全部地更换催化剂；以反应器空间为基准的