[发明专利]基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统

权利要求书

1.一种基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，该系统包含合成气制备与余热回收子系统、化工产品合成与精制子系统和发电子系统，其中：

合成气制备与余热回收子系统，用于将煤和天然气分别通过部分气化和重整单元适度转化成高温合成气，将该高温合成气冷却后输送给化工产品合成与精制子系统，同时将产生的高温蒸汽输送给发电子系统；

化工产品合成与精制子系统，用于将接收的高温合成气加压输送到化工产品合成反应器，合成化工产品，然后再经过精制单元得到精制的化工产品，化工产品合成过程中排放的未转化气体，回收后输送给发电子系统加以利用；

发电子系统，用于将化工产品合成与精制子系统中未转化的合成气以及来自余热回收子系统的高温蒸汽转化成电能输出，同时为合成气制备与化工产品合成与精制子系统提供工艺蒸汽。

2.根据权利要求1所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，所述合成气制备与余热回收子系统至少包括煤/纯氧部分气化炉、半焦燃烧重整反应器和余热回收装置，煤、纯氧和水蒸汽在该煤/纯氧部分气化炉中发生部分气化反应进行煤气化过程生成合成煤气，未反应部分转化成半焦，该半焦在半焦燃烧重整反应器内部的反应管外燃烧产生热量，供天然气和水蒸汽在反应管内的催化剂表面发生重整反应；煤气化过程生成的合成气与重整反应制备的合成气，二者的余热经过余热回收装置回收，同时生产过热蒸汽。

3.根据权利要求2所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，该煤气化过程是适度转化，其中的化学活性较高的组分转化为合成煤气，煤在气化过程的碳转化率通过改变纯氧输入量、蒸汽输入量和反应时间进行调整，调整范围为20％～70％。

4.根据权利要求3所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，该合成煤气富一氧化碳，而重整合成气富氢气，两种合成气以一定的比例混合，有利于后续化工产品合成。

5.根据权利要求2所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，该重整反应的温度被控制在大于等于550℃，重整反应水碳比为2至5，重整反应压力控制在0.2至2MPa，重整反应中甲烷的转化率能够通过改变反应温度进行调整。

6.根据权利要求2所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，该余热回收装置生产的过热蒸汽的参数与发电子系统中汽轮机入口的参数相同。

7.根据权利要求2所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，煤气化过程生成的合成煤气与重整反应制备的合成气混合，利用合成煤气富碳特性和合成气富氢特性，灵活的调整混合气的碳氢比。

8.根据权利要求2所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，该合成气制备与余热回收子系统进一步包括除灰和FGD脱硫装置，半焦在该半焦燃烧重整反应器内部的反应管外燃烧产生的烟气余热通过余热回收装置回收，生产蒸汽和预热燃烧空气，低温烟气先经过脱硫装置将硫脱除，然后再排入大气，余热回收装置生产的过热蒸汽送往汽轮机发电。

9.根据权利要求1所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，所述化工产品合成与精制子系统包括合成器、分离和精制单元，合成器将煤气与合成气的混合气经过化工产品合成过程转化为粗化工产品，分离和精制单元用于提高化工产品纯度和质量。

10.根据权利要求9所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，该化工产品合成过程根据合成气成分的化学活性将合成气活性高的组分转化为化工产品，将活性低的组分输出给发电子系统作为燃料。

11.根据权利要求9所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，在该化工产品合成过程中部分未反应气经过加压后混入新鲜合成气，循环倍率控制在3以下。

12.根据权利要求1所述的基于化石燃料化学能适度转化的多功能能源系统，其特征在于，所述化工产品合成与精制子系统包括甲醇合成器、分离器和精馏单元；甲醇合成器将合成气转化成甲醇，分离器将粗甲醇与合成气分离，精馏单元则将分离器得到的粗甲醇精制成纯甲醇。