[发明专利]一种碳捕集和余热发电耦合的煤气化制甲醇系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及甲醇制造技术，具体来说是一种碳捕集和余热发电耦合的煤气化制甲醇系统及方法。

背景技术

当今世界能源形势越来越紧迫，我国能源消耗逐年上升。2012年我国CO₂排放量为8250Mt，成为世界第一碳排放国。随着节能减排压力日益增加,以及国内污染日益严重所带来的诸多环境问题，节能减排已成为目前中国一项十分重要的议题。余热利用也是当前节能工作的一个热点。我国余热的分布非常广泛,大量产生于各重工业企业和轻工业企业中，然而并未得到充分利用。

甲醇，作为煤化工生产的重要产品之一，在化工、轻工和清洁能源领域具有广阔的前景，被认为是一种重要的有机化工原料和新型能源燃料。2013年我国的甲醇产量已经达到了2800万吨，发展大型制甲醇技术是大势所趋。我国煤炭资源丰富、价格偏低，因此主要以煤制甲醇工艺作为生产甲醇的主要方式。

碳排放量大是大型煤制甲醇技术的主要问题之一。碳捕集技术被认为是煤制甲醇碳减排的重要突破口。带有碳捕集过程的煤制甲醇流程简图如图1：工艺主要由德士古气化单元1、净化除尘单元2、水煤气变换单元3、酸性气体脱除单元4、硫回收单5元、CO₂多级压缩单元6和甲醇合成及精馏单元7。粗煤预处理后与水混合成水煤浆，水煤浆与来自空分的氧气在德士古气化单元中的气化室反应生成合成气。此合成气依次经过净化除尘单元2、水煤气变换单元3和酸性气体脱除元4后得到洁净的合成气，此洁净的合成气经甲醇合成及精馏单元7得到精甲醇。而合成气在酸性气体脱除单元中分离出的气态CO₂进入CO₂多级压缩单元，通过CO₂多级压缩单元的作用，气态的CO₂变为高压液态CO₂，然后将高压液态CO₂输送到其他工艺或进行储存，从而完成CO₂捕食，以减少碳排放。工程上经优化后的低温甲醇洗工艺，CO₂的捕集率大概为60％～70％。

目前，CO₂捕集技术在煤制甲醇领域还没能广泛的推广，其中最重要的原因是捕集CO₂会增加额外的捕集能耗。而煤制甲醇系统本身就有投资大，能耗高的缺点，若增加碳捕集装置会加大节能压力，使经济效益下降。因此，要推广CO₂捕集技术，必须对带有CO₂压缩的煤制甲醇系统进行热集成以减少捕集成本。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种碳捕集和余热发电耦合的煤气化制甲醇系统。该煤气化制甲醇系统可回收低品位废热，减少冷却系统的负荷，节约能源。同时本发明还提供了一种碳捕集和余热发电耦合的煤气化制甲醇系统的制甲醇方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种碳捕集和余热发电耦合的煤气化制甲醇系统，包括依次连接的德士古气化单元、净化除尘单元、水煤气变换单元、酸性气体脱除单元和甲醇合成及精馏单元，所述酸性气体净化单元连接有硫回收单元和CO₂多级压缩单元；还包括有机郎肯余热发电单元和水处理单元，所述水煤气变换单元、有机郎肯余热发电单元、水处理单元和CO₂多级压缩单元依次首尾连接。

优选的，所述有机郎肯余热发电单元包括蒸发器、回热器、冷凝器、膨胀机和发电机，所述蒸发器的蒸汽入口与水煤气变换单元的蒸汽出口连接，所述蒸发器的凝结水出口与水处理单元的凝结水入口连接；所述蒸发器的工质出口与膨胀机连接，所述膨胀机的工质出口与回热器的热端入口连接的，所述膨胀机驱动轴与发电机连接；所述回热器的热端出口与冷凝器的端入口连接，所述冷凝器的热端出口与通过加压泵与回热器的冷端入口连接，所述回热器的冷端出口与蒸发器的工质入口连接。

优选的，所述水处理单元包括依次连接的凝汽器、冷却塔、蓄水池和排水罐，所述冷凝器凝结水入口与蒸发器的凝结水出口连接，所述排水罐的出水口与CO₂多级压缩单元的冷却水入口连接。

优选的，所述水煤气变换单元包括第一变换反应器、第二变换反应器、第一废热锅炉、第二废热锅炉、第一汽包和第二汽包，所述第一变换反应器的进气口与除尘净化单元连接，所述第一变换反应器的出气口与第一废热锅炉的热端进口连接，所述第一废热锅炉的热端出口与第二变换反应器的进气口连接，所述第二变换反应器的出气口与第二废热锅炉的热端进口连接，所述第二废热锅炉的热端出口与酸性气体脱除单元的合成气体进口连接；