[发明专利]煤与天然气共气化耦合新能源的合成气反应系统及方法

说明书

本发明涉及新能源、煤化工领域，公开了一种煤与天然气共气化耦合新能源的系统及方法，该系统包括：新能源发电装置、气化炉、合成气洗涤装置、合成气反应单元、电解制氢装置和氢气缓冲罐；所述电解制氢装置连通所述新能源发电装置、氢气缓冲罐，利用所述新能源发电装置产生的电将水进行电解，产生的氢气通入所述氢气缓冲罐；所述合成气洗涤装置连通所述氢气缓冲罐、气化炉和合成气反应单元，用于得到的净合成气通入所述合成气反应单元进行合成气反应。该系统及利用该系统的方法可以灵活性地接纳新能源生产的绿氢，维持煤化工进行合成气反应的稳定生产，避免能量二次转化损失，显著降低煤化工装置碳排放和投资。

技术领域

本发明涉及新能源、煤化工技术领域，具体地涉及煤与天然气共气化耦合新能源的合成气反应系统及方法。

背景技术

以风电、光电为代表的新能源电力具有波动性大，随机性强的特点，高比例接入既有电力系统将使供电保障受到挑战，因此上网通道受到诸多限制，进而限制了新能源的大规模发展。在这种形势下，开拓新能源电力就近或临近消纳的途径成为其大规模发展的必要支撑条件。此外随着新能源电力成本的快速下降以及碳税效应的逐渐显著，未来短期内绿氢的成本将与煤制氢成本接近或拉平。

传统煤化工中，煤制合成气是煤化工装置的基础单元。由于煤炭氢碳比低，粗合成气需要经变换反应来调节氢碳比以满足下游需求，在此过程中会产生煤化工过程中最显著的碳排放。另外对于化工装置而言，稳定生产在任何条件下都是首先要被考虑的。同样以60万吨/年煤制烯烃工厂为例，现有流程变换装置每小时产出不同等级蒸汽约500吨，变换装置开与不开，蒸汽平衡将多出500吨的余量或缺口，由于蒸汽不能存储，整个装置不可能实现连续稳定运行。

因此，实现氢气的稳定输出是煤化工与绿氢耦合的前提条件。要实现煤制合成气与绿氢的耦合，需要提供一种能够稳定实现的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的新能源耦合煤化工存在波动性、间歇性的问题，提供煤与天然气共气化耦合新能源的合成气反应系统及方法。该系统及利用该系统的方法可以灵活性地接纳新能源生产的绿氢，维持煤化工进行合成气反应的稳定生产，避免能量二次转化损失，显著降低煤化工装置碳排放和投资，并为新能源发电的大规模建设提供支撑。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种煤与天然气共气化耦合新能源的合成气反应系统，该系统包括：新能源发电装置、气化炉、合成气洗涤装置、合成气反应单元、电解制氢装置和氢气缓冲罐；其中，

所述电解制氢装置连通所述新能源发电装置、氢气缓冲罐，利用所述新能源发电装置产生的电将水进行电解，产生的氢气通入所述氢气缓冲罐；

所述合成气洗涤装置连通所述氢气缓冲罐、气化炉和合成气反应单元，用于a)将所述气化炉产生的粗合成气和来自所述氢气缓冲罐的氢气的混合气进行洗涤，得到的净合成气通入所述合成气反应单元进行合成气反应，或者，b)将所述气化炉产生的粗合成气进行洗涤，并将得到的洗涤合成气与来自所述氢气缓冲罐的氢气混合而得的调和合成气通入所述合成气反应单元进行合成气反应。

本发明第二方面提供一种煤与天然气共气化耦合新能源的方法，其特征在于，采用上述煤与天然气共气化耦合新能源的合成气反应系统，包括以下步骤：

将水煤浆或煤粉、天然气、氧气和水蒸汽通入所述系统中的气化炉进行气化，通过调节天然气的输入量得到满足预设H₂/CO比值的粗合成气；

将来自所述系统的新能源发电装置的电用于所述系统的电解制氢装置进行电解水产生氢气；

控制所述氢气与所述粗合成气混合，得到满足目标需求的混合气并进行洗涤得到净合成气用于合成气反应；或者，将所述粗合成气进行洗涤得到洗涤合成气，再与所述氢气混合，得到满足目标要求的调和合成气并进行合成气反应；其中，

所述方法不包括水煤气的变换反应过程。