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一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统及方法.pdf

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一种 集成 余热 制冷 碳捕集 煤气化 甲醇 系统 方法
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摘要
申请专利号:

CN201510400928.3

申请日:

2015.07.09

公开号:

CN104987279A

公开日:

2015.10.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C07C 29/152申请日:20150709|||公开
IPC分类号: C07C29/152; C07C31/04; F25B15/04; F25B27/02; C10J3/48 主分类号: C07C29/152
申请人: 华南理工大学
发明人: 钱宇; 梁嘉能; 刘霞; 杨思宇
地址: 510640广东省广州市天河区五山路381号
优先权:
专利代理机构: 广州市华学知识产权代理有限公司44245 代理人: 梁睦宇
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法律状态
申请(专利)号:

CN201510400928.3

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2017.02.01|||2015.11.18|||2015.10.21

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,其主要由德士古气化单元、除尘净化单元、水煤气变换单元、酸性气体脱除单元、甲醇合成及精馏单元和余热制冷单元构成,其中所述水煤气变换单元的蒸汽出口与余热制冷单元的蒸汽入口连接,所述余热制冷单元的冷水出口与酸性气体脱除单元的冷却水进口连接或所述余热制冷单元的冷水出口同时与CO2多级压缩单元的冷却水进口、酸性气体脱除单元的冷却水进口连接;所述CO2多级压缩单元的过热水出口与水煤气变换单元的废热锅炉进水口连接。本发明还提供了一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇的方法。本发明减少了废热的排放和额外冷却所需功耗,且减少了CO2的排放。

权利要求书

权利要求书
1.  一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,包括依次连接的德士古气化单元、除尘净化单元、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,同时所述酸性气体脱除单元的硫排放口和CO2排放口分别连接有硫回收单元和CO2多级压缩单元;其特征在于:还包括余热制冷单元,所述水煤气变换单元的蒸汽出口与余热制冷单元的蒸汽入口连接,所述余热制冷单元的冷水出口与酸性气体脱除单元的冷却水进口连接或所述余热制冷单元的冷水出口同时与CO2多级压缩单元的冷却水进口、酸性气体脱除单元的冷却水进口连接;所述CO2多级压缩单元的过热水出口与水煤气变换单元的废热锅炉进水口连接。

2.  根据权利要求1所述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,其特征在于:所述余热制冷单元包括发生器、冷凝器、冷量回收器、蒸发器、吸收器、溶液换热器和泵;所述发生器的蒸汽入口与水煤气变换单元的蒸汽出口连接,所述蒸发器的冷水出口与酸性气体脱除单元的冷却水进口连接或所述蒸发器的冷水出口同时与CO2多级压缩单元的冷却水进口、酸性气体脱除单元的冷却水进口连接;
所述发生器的氨气出口与冷凝器的热端进口连接,所述冷凝器的热端出口与冷量回收器的热端入口连接,所述冷量回收器通过膨胀阀与蒸发器的氨气进口连接,所述蒸发器的氨气出口与冷量回收器的冷端入口连接,所述冷量回收器的冷端出口与吸收器的氨气进口连接,所述吸收器的氨水出口通过泵与溶液换热器的氨水进口连接,所述溶液换热器的氨水进口与发生器的浓氨水进口连接;所述发生器的稀氨水出口与溶液换热器的热端入口连接,所述溶液换热器的热端出口通过溶液减压阀与吸收器的喷撒头连接。

3.  根据权利要求1所述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,其特征在于:所述吸收器的器壳内或器壳外设有吸收冷却器。

4.  根据权利要求2所述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,其特征在于: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;
所述CO2多级压缩单元的过热水出口与第二废热锅炉的进水口连接,所述第二废热锅炉的过热水出口与第一汽包的过热水入口连接,所述第一汽包的蒸汽出口与发生器的蒸汽入口连接;所述第一汽包的热水出口与第一废热锅炉的进水口连接,所述第一废热锅炉的过热水出口与第二汽包的过热水入口连接,所述第二汽包的蒸汽出口与发生器的蒸汽入口连接。

5.  根据权利要求4所述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,其特征在于:所述CO2多级压缩单元包括多个CO2压缩机和与CO2压缩机数量相等的压缩冷却器,多个所述CO2压缩机和压缩冷却器依次交替连接,其中,位于首位的CO2压缩机的CO2入口与酸性气体脱除单元的CO2排放口连接,而多个所述压缩冷却器的冷却水入口与蒸发器的冷水出口连接。

6.  一种基于权利要求4或5所述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)水煤浆和氧气进入德士古气化单元后形成合成气,所述合成气依次通过净化除尘单元和水煤气变换单元后进入酸性气体净化单元,酸性气体净化单元将合成气中的CO2气体分离出来,则分离出来的CO2气体进入CO2多级压缩单元;酸性气体净化单元产生的洁净合成气自酸性气体净化单元的合成气出口进入甲醇合成及精馏单元,从而制得精甲醇;
(2)在步骤(1)中,进入CO2多级压缩单元的CO2气体被压缩成液态CO2,CO2多级压缩单元压缩CO2气体时产生大量过热水,此过热水通过水煤 气变换单元中的第一废热锅炉、第二废热锅炉、第一汽包和第二汽包的作用,过热水转变成低压水蒸汽,低压水蒸汽对发生器内的浓氨水进行加热制得氨气,此氨气依次通过冷凝器和冷量回收器后转变成冷液氨,此冷液氨对蒸发器中的水进行制冷,从而制得冷却水,此冷却水通过蒸发器冷水出口后进入CO2多级压缩单元和酸性气体脱除单元,从而冷却水包含的冷量可供应于CO2多级压缩单元和酸性气体脱除单元。

7.  根据权利要求6所述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇方法,其特征在于:步骤(2)中,发生器中的浓氨水与低压水蒸汽进行热交换前,即发生器中的浓氨水被低压蒸汽加热前,浓氨水的浓度为25%~45%。

8.  根据权利要求6所述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇方法,其特征在于:在步骤(2)中,过热水通过水煤气变换单元中的第一废热锅炉、第二废热锅炉、第一汽包和第二汽包的作用后,产生的低压水蒸汽为为0.7-1.5MPa的低压蒸汽。

说明书

说明书一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统及方法
技术领域
本发明涉及煤气化制甲醇技术,具体来说是一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统及方法。
背景技术
甲醇是一种洁净的燃料和一碳化工的重要产品。被甲醇广阔的化工和能源应用前景所吸引,世界各国都开始重视发展大型制甲醇技术。目前,国际上一般采用天然气作为生产甲醇的原料。中国受到富煤、贫油、少气的资源结构所限制,因此煤制甲醇工艺(CTM)成为了我国生产甲醇的主要方式。
煤制甲醇核心是气化,该过程通过煤气化产生合成气,合成气经过处理后作为甲醇合成反应的原料;具体包括以下单元:煤气化、合成气洗涤、水煤气变换、脱硫脱碳净化(含硫回收)、甲醇合成及精馏等。
大型煤制甲醇技术的发展一直受到能耗高、碳排放量大这两个因素所限制。普遍认为,碳捕集(CC)技术能够显著减少煤制甲醇过程的碳排放。可是,碳捕集过程需要消耗额外的捕集能耗,这使高能耗的煤制甲醇过程雪上加霜。带有碳捕集过程的煤制甲醇流程简图如图1:水煤浆经过德士古气化单元1产生粗合成气,粗合成气经过变换单元3调整碳氢比,合成气中的CO2和H2S被酸性气体净化单元4移除,多级压缩单元6把CO2压缩成液态输送到其他工艺或进行储存,H2S被克劳斯单元7回收成硫磺副产品,净合成气经过甲醇合成及精馏单元5产生甲醇产品。
煤气化制甲醇过程能耗大的重要原因之一是,酸性气体脱除单元4和CO2多级压缩单元7都需要大量额外的冷能来完成其工艺过程,前者更需要-40~-50℃的低温冷量。而一般的煤制甲醇流程如图1,压缩制冷站8消耗大量电能制取冷量来满足酸性气体脱除单元4和CO2多级压缩单元6的冷耗,因此导致电耗 过大。
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,提供了一种减少冷却系统的负荷,节约能源的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统。同时本发明还提供了一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统制甲醇的方法。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,包括依次连接的德士古气化单元、除尘净化单元、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,同时所述酸性气体脱除单元的硫排放口和CO2排放口分别连接有硫回收单元和CO2多级压缩单元;还包括余热制冷单元,所述水煤气变换单元的蒸汽出口与余热制冷单元的蒸汽入口连接,所述余热制冷单元的冷水出口与酸性气体脱除单元的冷却水进口连接或所述余热制冷单元的冷水出口同时与CO2多级压缩单元的冷却水进口、酸性气体脱除单元的冷却水进口连接;所述CO2多级压缩单元的过热水出口与水煤气变换单元的废热锅炉进水口连接。
优选的,所述余热制冷单元包括发生器、冷凝器、冷量回收器、蒸发器、吸收器、溶液换热器和泵;所述发生器的蒸汽入口与水煤气变换单元的蒸汽出口连接,所述蒸发器的冷水出口与酸性气体脱除单元的冷却水进口连接或所述蒸发器的冷水出口同时与CO2多级压缩单元的冷却水进口、酸性气体脱除单元的冷却水进口连接;
所述发生器的氨气出口与冷凝器的热端进口连接,所述冷凝器的热端出口与冷量回收器的热端入口连接,所述冷量回收器通过膨胀阀与蒸发器的氨气进口连接,所述蒸发器的氨气出口与冷量回收器的冷端入口连接,所述冷量回收器的冷端出口与吸收器的氨气进口连接,所述吸收器的氨水出口通过泵与溶液换热器的氨水进口连接,所述溶液换热器的氨水进口与发生器的浓氨水进口连接;所述发生器的稀氨水出口与溶液换热器的热端入口连接,所 述溶液换热器的热端出口通过溶液减压阀与吸收器的喷撒头连接。
优选的,所述吸收器的器壳内或器壳外设有吸收冷却器。
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;
所述CO2多级压缩单元的过热水出口与第二废热锅炉的进水口连接,所述第二废热锅炉的过热水出口与第一汽包的过热水入口连接,所述第一汽包的蒸汽出口与发生器的蒸汽入口连接;所述第一汽包的热水出口与第一废热锅炉的进水口连接,所述第一废热锅炉的过热水出口与第二汽包的过热水入口连接,所述第二汽包的蒸汽出口与发生器的蒸汽入口连接。
优选的,所述CO2多级压缩单元包括多个CO2压缩机和与CO2压缩机数量相等的压缩冷却器,多个所述CO2压缩机和压缩冷却器依次交替连接,其中,位于首位的CO2压缩机的CO2入口与酸性气体脱除单元的CO2排放口连接,而多个所述压缩冷却器的冷却水入口与蒸发器的冷水出口连接。
一种基于上述的集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇方法,包括以下步骤:
(1)水煤浆和氧气进入德士古气化单元后形成合成气,所述合成气依次通过净化除尘单元和水煤气变换单元后进入酸性气体净化单元,酸性气体净化单元将合成气中的CO2气体分离出来,则分离出来的CO2气体进入CO2多级压缩单元;酸性气体净化单元产生的洁净合成气自酸性气体净化单元的合成气出口进入甲醇合成及精馏单元,从而制得精甲醇;
(2)在步骤(1)中,进入CO2多级压缩单元的CO2气体被压缩成液态CO2,CO2多级压缩单元压缩CO2气体时产生大量过热水,此过热水通过水煤 气变换单元中的第一废热锅炉、第二废热锅炉、第一汽包和第二汽包的作用,过热水转变成低压水蒸汽,低压水蒸汽对发生器内的浓氨水进行加热制得氨气,此氨气依次通过冷凝器和冷量回收器后转变成冷液氨,此冷液氨对蒸发器中的水进行制冷,从而制得冷却水,此冷却水通过蒸发器冷水出口后进入CO2多级压缩单元和酸性气体脱除单元,从而冷却水包含的冷量可供应于CO2多级压缩单元和酸性气体脱除单元。
优选的,在步骤(2)中,发生器中的浓氨水与低压水蒸汽进行热交换前,即发生器中的浓氨水被低压蒸汽加热前,浓氨水的浓度为25%~45%。
优选的,在步骤(2)中,过热水通过水煤气变换单元中的第一废热锅炉、第二废热锅炉、第一汽包和第二汽包的作用后,产生的低压水蒸汽为为0.7-1.5MPa的低压蒸汽。
本发明相对于现有技术,具有如下的优点及效果:
1、本发明有效回收CO2多级压缩单元产生过热水含有的低品位废热,同时优化了水煤气变换单元的蒸汽利用方式,减少了废热的排放和额外冷却所需功耗,到达节能降耗的目的。
2、本发明采用余热制冷单元代替传统的压缩制冷站,避免减少电制冷站的电耗,继而减少发电排放的CO2。
3、本发明采用余热制冷单元代替传统的压缩制冷站,这有效地调节生产过程中的蒸汽和电力负荷。
附图说明
图1为传统的一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇时的工艺流程图;其中:1为德士古气化单元,2为除尘净化单元,3为水煤气变换单元,4为酸性气体脱除单元,5为甲醇合成及精馏单元,6为CO2多级压缩单元,7为克劳斯单元,8为常规电制冷单元,9为水煤桨;10为氧气,11、12和13均为粗合成气,14为H2S气体,15为CO2气体,16为过热水,17为冷能载体物流,18为高压液态CO2,19为硫磺,20为洁净合成气,21 为精甲醇,22为制冷所用电能。
图2为本发明实施例1的一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇时的工艺流程图;其中:1为德士古气化单元;2为除尘净化单元;3为水煤气变换单元;4为酸性气体脱除单元;5为甲醇合成及精馏单元;6为CO2多级压缩单元;7为克劳斯单元;8’为余热制冷单元;9为水煤桨;10为氧气,11、12和13均为粗合成气,14为H2S气体,15为CO2气体,16为过热水,17为冷能载体物流,18为高压液态CO2,19为硫磺,20为洁净合成气,21为精甲醇;61为低压水蒸汽。
图3为本发明的水煤气变换单元和CO2多级压缩单元的结构示意图;其中:4为酸性气体脱除单元;8’为余热制冷单元;12、13、38、39和40均为粗合成气,14为H2S气体,15为CO2气体,16、41、42和43均为过热水,17为冷能载体物流,18为高压液态CO2,19为硫磺,20为洁净合成气,23为第一变换反应器,24为第一废热锅炉,25为第二汽包,26为第二变换反应器,27为第一汽包,28为第二废热锅炉,29~32为CO2压缩机,33~36为压缩冷却器,37为工艺蒸汽。
图4为本发明的余热制冷单元的结构示意图;其中,17为冷能载体物流,44为发生器,45为冷凝器,46为冷量回收器,47为节流阀,48为蒸发器,49为吸收器,50为冷却器,51为减压阀,52为泵,53为溶液换热器,54、58和59为氨气,55为稀氨水,56为液氨,57为冷液氨,60为浓氨水。
图5为本实施例2的一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统的制甲醇时的工艺流程图;其中:1为德士古气化单元;2为除尘净化单元;3为水煤气变换单元;4为酸性气体脱除单元;5为甲醇合成及精馏单元;6为CO2多级压缩单元;7为克劳斯单元;8’为余热制冷单元;9为水煤桨;10为氧气,11、12和13均为粗合成气,14为H2S气体,15为CO2气体,16为过热水,17为冷能载体物流,18为高压液态CO2,19为硫磺,20为洁净合成气,21为精甲醇;61为低压水蒸汽。
图6为本发明的水煤气变换单元和CO2多级压缩单元的连接示意图;其中:4为酸性气体脱除单元;8’为余热制冷单元;12、13、38、39和40均为粗合成气,14为H2S气体,15为CO2气体,16、41、42和43均为过热水,17为冷能载体物流,18为高压液态CO2,19为硫磺,20为洁净合成气,23为第一变换反应器,24为第一废热锅炉,25为第二汽包,26为第二变换反应器,27为第一汽包,28为第二废热锅炉,29~32为CO2压缩机,33~36为压缩冷却器,37为工艺蒸汽。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解,下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1:
本实施例中的冷能载体物流17的准能载体物流为冷却水。
如图2至图4所示,一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,包括依次连接的德士古气化单元1、除尘净化单元2、水煤气变换单元3、酸性气体脱除单元4和甲醇合成及精馏单元5,同时所述酸性气体脱除单元4的硫排放口和CO2排放口分别连接有硫回收单元7和CO2多级压缩单元6;还包括余热制冷单元8’,所述水煤气变换单元3的蒸汽出口与余热制冷单元8’的蒸汽入口连接,所述余热制冷单元8’的冷水出口同时与CO2多级压缩单元6的冷却水进口、酸性气体脱除单元4的冷却水进口连接;所述CO2多级压缩单元6的过热水出口与水煤气变换单元3的废热锅炉进水口连接。德士古气化单元1、除尘净化单元2、水煤气变换单元3、酸性气体脱除单元4和甲醇合成及精馏单元5均可自市场进行购买。
所述余热制冷单元包括发生器44、冷凝器45、冷量回收器46、蒸发器48、吸收器49、溶液换热器53和泵52;所述吸收器49的器壳外设有吸收冷却器50,所述发生器44的蒸汽入口与水煤气变换单元3的蒸汽出口连接,所述蒸发器48的冷水出口同时与CO2多级压缩单元的冷却水进口、酸性气体脱 除单元的冷却水进口连接;所述余热制冷单元8’的冷水出口同时与CO2多级压缩单元6的冷却水进口、酸性气体脱除单元4的冷却水进口连接;
所述发生器44的氨气出口与冷凝器45的热端进口连接,所述冷凝器45的热端出口与冷量回收器46的热端入口连接,所述冷量回收器46通过膨胀阀47与蒸发器48的氨气进口连接,所述蒸发器48的氨气出口与冷量回收器46的冷端入口连接,所述冷量回收器46的冷端出口与吸收器49的氨气进口连接,所述吸收器49的氨水出口通过泵与溶液换热器53的氨水进口连接,所述溶液换热器53的氨水进口与发生器44的浓氨水进口连接;所述发生器44的稀氨水出口与溶液换热器53的热端入口连接,所述溶液换热器53的热端出口通过溶液减压阀51与吸收器49的喷撒头连接。
具体的,1.2MPa低压蒸汽进入余热制冷单元8’中的发生器44,则低压蒸汽与30%浓氨水发生热交换,则产生50至55℃、浓度95%以上的氨气从发生器44顶端的氨气出口进入冷凝器45,随后被冷凝成35-40℃的液氨;而浓度为15%-30%的稀氨水从发生器44的底部流出至溶液换热器53,再通过减压阀51到达吸收器49的喷撒头。液氨进入冷量回收器进46进一步冷却得到冷液氨,此冷液氨接着经节流阀47进入蒸发器48,在0.03-0.3MPa的条件下对蒸发器中的水进行蒸发制冷,从而制得冷水,此冷水再从蒸发器的冷水出口流至CO2多级压缩单元和酸性气体脱除单元进行供冷。在蒸发器48形成的氨气进入吸收塔49中,被浓度为15%-30%的稀氨水吸收形成浓氨水,浓氨水通过泵52加压进入发生器44继续参与制冷循环。故余热制冷单元8’可对低压蒸汽持续进行制冷,可为CO2多级压缩单元6和酸性气体脱除单元供4应冷量。
所述水煤气变换单元3包括第一变换反应器23、第二变换反应器26、第一废热锅炉24、第二废热锅炉28、第一汽包27和第二汽包25,所述第一变换反应器23的进气口与除尘净化单元2连接,所述第一变换反应器23的出气口与第一废热锅炉24的热端进口连接,所述第一废热锅炉24的热端出口 与第二变换反应器26的进气口连接,所述第二变换反应器26的出气口与第二废热锅炉28的热端进口连接,所述第二废热锅炉28的热端出口与酸性气体脱除单元4的合成气体进口连接;
所述CO2多级压缩单元6的过热水出口与第二废热锅炉28的进水口连接,所述第二废热锅炉28的过热水出口与第一汽包27的过热水入口连接,所述第一汽包27的蒸汽出口与发生器44的蒸汽入口连接;所述第一汽包27的热水出口与第一废热锅炉24的进水口连接,所述第一废热锅炉24的过热水出口与第二汽包25的过热水入口连接,所述第二汽包25的蒸汽出口与发生器44的蒸汽入口连接。
自除尘净化器出来的粗合成气,依次通过第一变换反应器23、第一废热锅炉24、第二变换反应器26和第二废热锅炉28后,再通过一冷却器后进入酸性气体脱除单元,则水煤气变换单元3可对粗合成气进行两段高温耐硫变换工艺;而CO2多级压缩单元6产生的过热水先进入水煤气变换单元3中的第二废热锅炉28,过热水从第二废热锅炉28进入第一汽包27,第一汽包27将过热水转变成低压水蒸汽,而没有完成转变的过热水自第一废热锅炉24进入第二汽包25,第二汽包25将此过热水转变成低压水蒸汽,第一汽包27和第二汽包25产生的低压水蒸汽被输送至余热制冷单元8’的发生器44中。为了保证充分利用过热水,第二汽包27和第一汽包25之间设有过热水管道,即第二汽包和第一汽包通过过热水管道直接连接,这使在第二汽包内还没被转变的过热水可送回第一汽包中,从而保证过热水完成转变成低压蒸汽。
所述CO2多级压缩单元6包括多个CO2压缩机和与CO2压缩机数量相等的压缩冷却器,多个所述CO2压缩机和压缩冷却器依次交替连接,其中,位于首位的CO2压缩机29的CO2入口与酸性气体脱除单元4的CO2排放口连接,而多个所述压缩冷却器的冷却水入口与蒸发器的冷水出口连接。
具体的,采用本集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统利用合成气制甲醇的过程为:
水煤桨和氧气进入德士古气化单元1后,水煤浆9和氧气10在德士古气化单元中1的德士古气化炉中以1200-1400℃的温度下进行后成,产生粗合成气,此粗合成气的温度被降至300-400℃左右后,自德士古气化单元1排出而进入除尘净化单元2,除尘净化单元2去除粗合成气中的杂质;
通过被除尘净化单元2去除杂质的粗合成气进入水煤气变换单元3;水煤气变换单元3对此粗合成气进行两段高温而硫变工艺,即粗合成气进入第一变换反应器23时以350-450℃的温度进行高温耐硫变换工艺,进入第二变换反应器26时以300-400℃的温度进行高温耐硫变换工艺;依次通过水煤气变换单元3中的第一变换反应器23、第一废热锅炉24、第二变换反应器26和第二废热锅炉28的粗合成气进入酸性气体脱除单元4;
粗合成气被酸性气体脱除单元分离成三部分,即气H2S气体14、CO2气体15和洁净合成气20,其中H2S气体14通过出口进入克劳斯单元7,H2S气体14被克劳斯单元7回收制成硫磺副产品19;而CO2气体15进入CO2多级压缩单元6,CO2多级压缩单元6将CO2气体压缩液态CO28后输送至其他工艺或进行储存,从而完成碳捕集;
而洁净合成气20通过酸性气体脱除单元4的合成气出口进入甲醇合成及精馏单元5,甲醇合成及精馏单元5将洁净合成气制成精甲醇21。
本集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统在制造甲醇的过程中还进行了余热回收利用工艺,其过程如下所述:
进入CO2多级压缩单元6的CO2气体15被压缩成液态CO218,CO2多级压缩单元压缩CO2气体时产生大量过热水,此过热水通过水煤气变换单元中的第一废热锅炉24、第二废热锅炉28、第一汽包27和第二汽包25的作用,过热水转变成低压水蒸汽61,接着低压水蒸汽61进入余热制冷单元8’中的发生器44,低压水蒸汽61对发生器44内的浓氨水进行加热制得氨气,此氨气依次通过冷凝器45和冷量回收器46后转变成冷液氨,此冷液氨对蒸发器48中的水进行制冷,从而制得冷却水,此冷却水通过蒸发器48冷水出口后进入 CO2多级压缩单元6和酸性气体脱除单元4,从而冷却水包含的冷量可供应于CO2多级压缩单元6和酸性气体脱除单元4。
在上述过程中,过热水通过水煤气变换单元中的第一废热锅炉24、第二废热锅炉28、第一汽包27和第二汽包25的作用后,产生的低压水蒸汽61为1.2MPa的低压蒸汽。发生器44中的浓氨水与低压水蒸汽进行热交换前,浓氨水的浓度为30%。
当本集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统采用原料水煤浆流量为107.45t/h制造甲醇时,通过德士古气化单元制成的粗合成气的气量为292.71t/h,气化温度约1400℃,压力约为64bar。且粗合成气的成分如表1:
表1粗合成气的成分

上述本集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统在制造甲醇的过程中,余热制冷单元吸收热余产生的冷量能100%满足低温甲醇洗所需-40℃冷量,减少约电耗90%,且单位甲醇产品CO2排放可降低1.29t,相比现有过程,单位产品CO2排放量降低了46%。
实施例2
如图5和图6所示,本实施例与实施例1不同之处在于:一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统,包括依次连接的德士古气化单元1、除尘净化单元2、水煤气变换单元3、酸性气体脱除单元4和甲醇合成及精馏单元5,同时所述酸性气体脱除单元4的硫排放口和CO2排放口分别连接有硫回收单元7和CO2多级压缩单元6;还包括余热制冷单元8’,所述水煤气变换单元3的蒸汽出口与余热制冷单元8’的蒸汽入口连接,所述余热制冷单元8’的冷水出口与酸性气体脱除单元4的冷却水进口连接;所述CO2多级压缩单元6 的过热水出口与水煤气变换单元3的进水口连接。
所述余热制冷单元8’包括发生器44、冷凝器45、冷量回收器46、蒸发器48、吸收器49、溶液换热器53和泵52;所述发生器44的蒸汽入口与水煤气变换单元3的蒸汽出口连接,所述蒸发器44的冷水出口与酸性气体脱除单元4的冷却水进口连接;
所述发生器44的氨气出口与冷凝器45的热端进口连接,所述冷凝器45的热端出口与冷量回收器46的热端入口连接,所述冷量回收器46通过膨胀阀47与蒸发器48的氨气进口连接,所述蒸发器48的氨气出口与冷量回收器46的冷端入口连接,所述冷量回收器46的冷端出口与吸收器49的氨气进口连接,所述吸收器49的氨水出口通过泵52与溶液换热器53的氨水进口连接,所述溶液换热器53的氨水进口与发生器44的浓氨水进口连接;所述发生器44的稀氨水出口与溶液换热器53的热端入口连接,所述溶液换热器53的热端出口通过溶液减压阀51与吸收器49的喷撒头连接。
本实施例与实施例1之间的区别仅是余热制冷单元制得含有冷量的冷水只提供给酸性气体脱除单元4,而不是同时供应给CO2多级压缩单,6和酸性气体脱除单元4。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例,并不能对本发明进行限定,其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

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