[发明专利]一种高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺

说明书

技术领域

本发明属于煤化工生产技术和燃气-蒸汽联合发电技术等领域，具体涉及一种高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺。

背景技术

中国是世界上最大的煤炭生产和消费国之一，煤炭储量占世界总储量的20%，其中年轻煤种占50%左右。由于年轻煤种（如褐煤）存在着热值低、传统应用方式利用率低等问题，难以满足普通用户的质量要求，影响了煤资源的直接利用。因此，研究如何高效、清洁利用年轻煤资源具有重大的能源、环境意义。

我国从20世纪90年代开始大力推广洁净煤技术，其核心主要是将煤进行气化后转化为洁净燃料再进行综合利用，因此，将煤进行气化制备清洁燃料技术成为褐煤等年轻煤种高效、清洁利用的主要方向。但是，由于煤中挥发分和固定碳所需气化条件迥然不同，造成了气化条件苛刻、工艺设备复杂、投资较高等问题。实际上，煤中的挥发分可以通过干馏的方法实现与固定碳的有效分离，即所谓的煤干馏拔头。挥发分经干馏后生成的气体产物包括煤气、苯、萘、焦油等十分有用的化学品，可用做生产燃料或化工产品的原料；气化后产生固体残留物为半焦，具有高化学活性、高固定碳、低灰、低硫、低磷、低碱金属氧化物等特性，可以进行燃烧或气化得到进一步的利用，从而实现煤的分质利用。

通过煤气化将燃气轮机发电和蒸汽轮机相结合可以有效提高煤的发电效率，目前世界上主要采用IGCC工艺。IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）过程的特点是将煤气化后制备得到高温可燃气体，高温可燃气体经过降温、净化后再燃烧得到高温燃气，推动燃气轮机、蒸汽机联合发电。但是，由于其煤炭气化和煤气净化部分附加投资大，运行能耗高，导致目前IGCC的总体热-电效率并不高（美国Tanpa工厂的报告数据仅为38.5%）。为了克服IGCC过程的缺点，美国专利US 5685138提出将IGCC过程中制备得到的高温可燃气体先用于原料煤的干燥，得到含有一定水蒸气的燃气再进入燃气轮机燃烧发电，可一定程度地提高热电效率。专利CN202165134U（基于固体燃料热解和半焦燃烧的分级混合发电系统）则提出了先将煤进行热解产生气体、液体燃料和固体半焦，气体和液体燃料进入燃气轮机进行燃烧发电，固体半焦燃烧推动蒸汽轮机发电，该技术集成了IGCC和超超临界发电的优点，提高了发电效率，但此技术中的煤化学品直接进入燃气轮机燃烧并未得到高值利用。专利201110268971.0（一种粉煤直燃的整体联合循环发电系统）提出了一种粉煤直燃的整体联合循环发电系统。该技术不需要煤气化单元，煤粉直接燃烧后经高温过滤即进入燃气轮机、蒸汽轮机，缩短了流程、避免了整个过程温度经历“升温-降温-升温”过程，提高了热-电效率。但该过程的问题在于：煤粉直燃后得到的高温燃气中含有大量粉尘会对燃气轮机叶片产生磨损，同时高温燃气中还含有一定量的碱金属氯化物和其他硫/氯/磷化合物，燃气轮机在长期运行过程中，这些物质会在在轮机叶片上的结疤，并对叶片造成腐蚀，因此需要严格控制进入燃气轮机的气体中的腐蚀性杂质的含量。

发明内容

本发明为解决现在技术中的问题，本发明提出将“年轻煤种拔头技术-半焦富氧直燃制备高温燃气轮机工质系统-燃气发电-超临界/超超临界蒸汽发电系统-CO₂捕集技术-干馏拔头气体产物高值利用技术”等六个技术模块进行集成创新，以实现高挥发年轻煤种的热力学-化学全价、清洁利用（Themo-Chemical Comprehensive Utilization of Coal,简称TCCUC），并显著提高过程的热-电效率。

本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺，它包括六个技术模块组成，所述六个技术模块为技术模块I年轻煤种干馏拔头部分、技术模块II半焦富氧直燃制备高温燃气轮机工质系统、技术模块III燃气轮机发电系统、技术模块IV超临界/超超临界蒸汽发电系统、技术模块V为CO₂捕集技术和技术模块VI干馏拔头气体产物高值利用部分。

所述的高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺，所述六个技术模块工艺过程如下：