[发明专利]一种洁净煤气发电、清洁燃料联产装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭的高效清洁转化利用及煤基多联产技术领域，具体涉及一种煤提取煤焦油制取清洁燃料，副产粗煤气经油-气分离、除尘、脱硫净化处理后进燃气轮机燃烧发电的洁净煤气发电、清洁燃料联产装置及方法。

背景技术

2014年底，全国发电装机容量达136019万千瓦。而发电结构方面，我国火电装机占全部装机容量的67.4％和总发电量的75.2％；火电中燃煤发电则占90％以上，仍占绝对优势地位。研究表明，煤炭燃烧带来的二氧化碳排放占我国能源总碳排放的80％以上，二氧化硫排放占我国二氧化硫总排放量的90％以上，氮氧化物约为50％，此外，在城市上空，NOx可以吸附在空气中的微小颗粒物上，与大气中存在的PAH、SO_X、细菌、病毒等形成极具危害性的PM₁₀和PM_2.5颗粒，引发雾霾等极端恶劣天气。由于直接燃煤发电对环境尤其是大气环境质量带来的严重的影响，因而推广和应用清洁煤发电技术势在必行。其中最重要的途径之一就是燃用煤气进行发电。清洁煤发电的主要技术方向可以分为如下3类：(1)以煤完全气化为基础的热电气多联产技术(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC)；(2)以煤部分气化为基础的清洁煤发电技术；(3)以煤热解为基础的清洁煤发电技术。其中，整体煤气化联合循环发电技术以煤完全气化为基础的整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)由于其效率高、排放低、耗水低等特点，近年来受到了国内外的重点关注及研究，但由于投资过高，技术过于复杂等问题，目前还无法达到大批工业化的程度。以煤部分气化为基础的电气多联产技术在国外主要表现为气化燃烧集成利用技术与联合循环技术相结合的燃煤发电技术和多联产技术。该技术目前在国内尚无应用实例，国外也处于中试和工业试验阶段。而以煤热解为基础的清洁煤发电技术在发电的同时，制取煤焦油及煤气。目前，全世界已广泛认识到该技术的重要性和必要性。然而，目前国内外基于煤热解为基础的清洁煤发电技术的基本流程都是先将发电用煤进行热解，产物中的焦油提酚后再进行深度转化，而产物中的固体半焦一般是直接作为燃料进电厂锅炉中燃烧或者将半焦再进行气化，产生的煤气经净化后再进入燃气轮机或锅炉中燃烧发电。这一技术体系的不足之处在于：一是半焦直接燃烧仍然存在大量产生的PM2.5等颗粒物的可能性；二是将所产生的半焦再单独进行气化之后燃烧发电，增加投资成本及工艺流程，技术经济性及能源总利用效率下降；三是煤热解产物中焦油收率较低；四是焦油深度转化利用工艺中反应条件苛刻、焦油转化率低、原料适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现煤炭资源高效、梯级、综合利用，从而将燃煤发电技术、煤基清洁液体燃料生产技术相结合，实现煤基能源多联产及煤炭资源的梯级高效利用的洁净煤气发电、清洁燃料联产装置及方法。

为达到上述目的，本发明的装置包括粗煤气制取系统、煤焦油提质转化系统和发电系统；

所述的粗煤气制取系统包括依次相连的进料单元、煤焦油提取单元和粗煤气净化单元；

所述的煤焦油提质转化系统包括依次相连的粗焦油预处理单元、焦油精炼单元、焦油转化产物净化分离单元；其中粗煤气净化单元的焦油出口与粗焦油预处理单元的入口相连；

所述的发电系统包括依次相连的煤气净化单元、燃气轮机发电单元、供热及供冷单元；其中煤气净化单元的入口与粗煤气净化单元的煤气出口相连，焦油精炼单元的气体出口与燃气轮机发电单元的入口相连。

所述的煤焦油提取单元包括入口与进料单元相连、煤气出口与粗煤气净化单元相连的煤焦油提取反应器，煤焦油提取反应器是一种采用高倍率内置、外置双循环热灰或多孔介质活性床料或惰性床料作为热载体的一体化集成粉煤快速提质转化装置。

所述的粗煤气净化单元包括依次相连的一级气-固分离器、深度除尘器、一级油-气分离塔和深度油气分离塔，其中一级气-固分离器的入口与煤焦油提取反应器相连，深度油气分离塔的出口与煤气净化单元相连，一级气-固分离器、深度除尘器下端出口分别与一级颗粒循环器、细颗粒循环器的入口相连，一级颗粒循环器、细颗粒循环器下端出口与煤焦油提取反应器相连，一级油-气分离塔、深度油气分离塔下端的焦油出口与焦油储罐相连，焦油储罐与粗焦油预处理单元相连。