專利名稱：雙燃料重整多功能能源系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃能技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種以天然氣和煤雙燃料為原料同時(shí)生產(chǎn)化工產(chǎn)品和電力的多功能能源系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
化石能源是人類社會(huì)主要的能量來源，而且化石能源是不可再生的，儲(chǔ)量有限，因此在找到替代能源前對(duì)化石能源的高效利用具有重要意義。目前化石能源主要用于化工產(chǎn)品生產(chǎn)和電力生產(chǎn)。
公知的大部分化工產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)和電力生產(chǎn)系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，各自發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但鑒于兩個(gè)系統(tǒng)自身特點(diǎn)，均存在一些有待解決的問題?；どa(chǎn)系統(tǒng)側(cè)重于化工產(chǎn)品的產(chǎn)量和產(chǎn)率等，對(duì)于系統(tǒng)中能的梯級(jí)利用并沒有引起足夠的重視，導(dǎo)致化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程能量利用不合理，單位化工產(chǎn)品的能耗過高。電力生產(chǎn)系統(tǒng)側(cè)重于系統(tǒng)中能的梯級(jí)利用，但是沒有考慮到燃料化學(xué)能的合理利用，導(dǎo)致燃料燃燒過程作功能力大量損失，發(fā)電效率低。
目前的化工生產(chǎn)系統(tǒng)或發(fā)電系統(tǒng)都消耗單一化石燃料，例如常規(guī)的化工產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)分為煤基和天然氣基，常規(guī)發(fā)電廠分為燃煤電廠和聯(lián)合循環(huán)電廠。生產(chǎn)同一種化工產(chǎn)品或電力時(shí)，由于采用不同原料，單位產(chǎn)品能耗的差異很大。例如煤基甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)，噸甲醇能耗比天然氣基甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)高30％左右，而燃煤電廠發(fā)電效率比聯(lián)合循環(huán)低15-20個(gè)百分點(diǎn)。這些差異源于煤和天然氣性質(zhì)的不同，煤中含有大量的灰分和硫等有毒物質(zhì)，而天然氣是清潔的化石能源。若能將煤和天然氣綜合利用，彌補(bǔ)雙方的不足，會(huì)大幅提高化工系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)的能量利用效率。但是，目前的化工和動(dòng)力系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中并沒有考慮到化石燃料的差異，將他們綜合利用。
煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種以煤為原料，同時(shí)生產(chǎn)化工產(chǎn)品和電力的能源系統(tǒng)。該系統(tǒng)考慮到了化工生產(chǎn)和電力生產(chǎn)的整合，但是仍然存在一些弊端。煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，包含空氣分離裝置，煤氣化爐，化工生產(chǎn)系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)等，投資高昂，其中空氣分離裝置和煤氣化爐占總投資的30％-40％。
多功能能源系統(tǒng)是一種多能源輸入多產(chǎn)品輸出的能源系統(tǒng)，它將化工產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)集成起來，彌補(bǔ)兩個(gè)系統(tǒng)不足，同時(shí)考慮到了化石燃料性質(zhì)的不同，將清潔的化石燃料(天然氣)和煤綜合利用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，省去了空氣分離裝置和煤氣化爐，投資大為減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)當(dāng)前化工生產(chǎn)系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)各自的弊端和煤/天然氣兩種化石能源各自特點(diǎn)，本發(fā)明提出一種以天然氣和煤為原料同時(shí)生產(chǎn)液體燃料或化工產(chǎn)品和電力的多功能能源系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案和系統(tǒng)方法如下本發(fā)明提供的以天然氣和煤為原料同時(shí)生產(chǎn)化工產(chǎn)品和電力的多功能能源系統(tǒng)，主要包括以下4個(gè)子系統(tǒng)雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)，余熱回收子系統(tǒng)(2)，化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)。
本發(fā)明提供的以天然氣和煤為原料的同時(shí)生產(chǎn)化工產(chǎn)品和電力的多功能能源系統(tǒng)，煤和天然氣在雙燃料重整子系統(tǒng)(1)中綜合利用，生產(chǎn)高品質(zhì)清潔的合成氣，來自雙燃料重整子系統(tǒng)的高溫?zé)煔夂秃铣蓺膺M(jìn)入余熱回收子系統(tǒng)(2)放熱，同時(shí)生產(chǎn)高壓蒸汽供給動(dòng)力子系統(tǒng)發(fā)電。冷卻后的合成氣送入化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)中，生產(chǎn)化工產(chǎn)品，然后將部分或全部未反應(yīng)氣體送入發(fā)電子系統(tǒng)(4)中，作為發(fā)電子系統(tǒng)的燃料。發(fā)電子系統(tǒng)會(huì)抽出部分中壓蒸汽供給雙燃料重整子系統(tǒng)，作為雙燃料重整反應(yīng)的反應(yīng)物。
本發(fā)明提供的雙燃料重整子系統(tǒng)(1)，圖2來自發(fā)電子系統(tǒng)(4)的蒸汽(6)天然氣(5)混合后形成原料氣，進(jìn)入預(yù)熱器(18)被煙氣加熱到500℃。然后原料氣進(jìn)入重整反應(yīng)器(19)，重整反應(yīng)器由重整反應(yīng)管(32)和爐膛組成，反應(yīng)管中存有甲烷水蒸氣重整反應(yīng)所需的催化劑，原料氣在反應(yīng)管中發(fā)生甲烷/水蒸汽重整反應(yīng)。
本發(fā)明提供的化工產(chǎn)品生產(chǎn)子系統(tǒng)可以生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，可根據(jù)需求配置某一種化工產(chǎn)品的系統(tǒng)，集成不同的多功能能源系統(tǒng)。例如集成甲醇與電力多功能系統(tǒng)，二甲醚與電力多功能系統(tǒng)，氫氣與電力多功能系統(tǒng)等等。也可以同時(shí)生產(chǎn)兩種或兩種以上的化工產(chǎn)品，例如氫氣、甲醇和電力多功能系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的發(fā)電子系統(tǒng)是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，與常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)不同的是，在多功能系統(tǒng)中發(fā)電子系統(tǒng)消耗的是化工產(chǎn)品生產(chǎn)子系統(tǒng)的弛放氣或未反應(yīng)氣。發(fā)電子系統(tǒng)也接收到來自余熱回收子系統(tǒng)生產(chǎn)的高壓過熱蒸汽，進(jìn)入底循環(huán)的蒸汽透平作功，同時(shí)，從中壓蒸汽透平抽出部分中壓蒸汽，參加甲烷重整反應(yīng)。
本發(fā)明的有益效果是，根據(jù)煤和天然氣不同的特點(diǎn)，將煤和天然氣進(jìn)行綜合互補(bǔ)利用，在充分利用清潔能源(天然氣全部作為化工原料)的同時(shí)，合理利用煤炭；將化工生產(chǎn)過程和電力生產(chǎn)過程結(jié)合起來，克服了彼此能量利用不合理的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出的多功能能源系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)相比，節(jié)約10-20％的天然氣。
技術(shù)方案一種以天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)，由雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)，余熱回收子系統(tǒng)(2)，化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)有機(jī)整合而成，該系統(tǒng)在雙燃料重整子系統(tǒng)中綜合利用煤炭和天然氣，生產(chǎn)液體燃料/化工產(chǎn)品和電力，雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)連接于余熱回收子系統(tǒng)(2)，余熱回收子系統(tǒng)(2)連接于化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)。
一種以天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，雙燃料重整子系統(tǒng)包含一種新型合成氣制備方法，用煤替代傳統(tǒng)甲烷水蒸氣重整過程中燃料天然氣，使天然氣全部參加重整反應(yīng)，煤和空氣在重整器爐膛內(nèi)燃燒，原料氣在反應(yīng)管中吸收煤燃燒放出的高溫?zé)崃?，發(fā)生重整反應(yīng)，制得合成氣，此外，還包括余熱回收子系統(tǒng)、化工生產(chǎn)子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)的生產(chǎn)方法。
雙燃料重整子系統(tǒng)，煤在爐膛中燃燒可以采用多種方式，包括固定床，流化床和噴流床，考慮到環(huán)境保護(hù)因素可以采用流化床燃燒方式，向爐體內(nèi)噴入石灰或石灰石粉，在燃燒過程中脫硫。
雙燃料重整子系統(tǒng)，甲烷重整反應(yīng)的反應(yīng)物也可以為二氧化碳或二氧化碳和水蒸氣的混合物，且水蒸汽和二氧化碳與甲烷的比例可以發(fā)生變化，方便的調(diào)節(jié)合成氣成分，以利于化工產(chǎn)品的合成。
余熱回收子系統(tǒng)，將雙燃料重整子系統(tǒng)制得的合成氣顯熱和煤燃燒后的煙氣顯熱回收，用于預(yù)熱重整反應(yīng)物和生產(chǎn)高壓過熱蒸汽供給發(fā)電子系統(tǒng)，合成氣冷卻后將其中的凝結(jié)水回收。
化工生產(chǎn)子系統(tǒng)，可以是甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)，合成氣經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后與循環(huán)氣混合，然后再被壓縮到甲醇合成壓力，進(jìn)入合成塔合成甲醇產(chǎn)品，甲醇再分離單元分離出來，弛放氣供給電力子系統(tǒng)。
甲醇生產(chǎn)子系統(tǒng)，供給電力系統(tǒng)的氣體量可以調(diào)節(jié)，不局限于傳統(tǒng)化工生產(chǎn)中的弛放氣，也可以包括未反應(yīng)氣。
化工生產(chǎn)子系統(tǒng)，可以是氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)，合成氣經(jīng)過兩段變換使合成氣中CO轉(zhuǎn)化城H2，然后再經(jīng)過氫氣分離裝置將氫氣分離出來，剩余的氣體供給動(dòng)力子系統(tǒng)作為燃料。
氫氣生產(chǎn)子系統(tǒng)，兩段變換過程可以簡化成一段或省去變換過程，氫氣分離裝置氫氣回收率也可以發(fā)生變化。
化工生產(chǎn)子系統(tǒng)，除實(shí)施例中生產(chǎn)甲醇和氫氣外還可以生產(chǎn)其他液體燃料或化工產(chǎn)品。
發(fā)電子系統(tǒng)為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)馔钙揭曰どa(chǎn)子系統(tǒng)的未反應(yīng)氣為燃料，蒸汽透平的工質(zhì)來源于余熱鍋爐和余熱回收子系統(tǒng)的高壓過熱蒸汽，部分中壓蒸汽從透平中抽出供給雙燃料重整子系統(tǒng)作為反應(yīng)物。


附圖1.本發(fā)明以天然氣和煤為原料同時(shí)生產(chǎn)化工產(chǎn)品和電力的多功能能源系統(tǒng)流程示意圖；
附圖2.本發(fā)明雙燃料重整子系統(tǒng)流程示意圖；附圖3.本發(fā)明甲醇合成子系統(tǒng)流程示意圖；附圖4.本發(fā)明用制氫子系統(tǒng)流程示意圖。
雙燃料重整子系統(tǒng)1余熱回收子系統(tǒng)2化工生產(chǎn)子系統(tǒng)3發(fā)電子系統(tǒng)4 天然氣5 水蒸汽6重整產(chǎn)物7 原料氣8 化工產(chǎn)品9煤10 高溫?zé)煔?1低溫?zé)煔?2水13 水蒸汽14 電15未反應(yīng)氣體16 低溫燃?xì)?7預(yù)熱器18重整反應(yīng)器19 新鮮氣壓縮機(jī)20混合氣壓縮機(jī)21換熱器22 合成塔23 精制單元24循環(huán)氣25 混合氣26 甲醇27一段變換反應(yīng)器28 二段變換反應(yīng)器29 氫氣分離器30氫氣31重整反應(yīng)管具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
請(qǐng)參見附圖1，本發(fā)明提供的以煤和天然氣為原料的多功能能源系統(tǒng)，主要由雙燃料重整子系統(tǒng)(1)，余熱回收子系統(tǒng)(2)，化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)組成。天然氣(5)和來自發(fā)電子系統(tǒng)的水蒸汽(6)按一定的比例(一般為1∶3-1∶3.5)混合，進(jìn)入雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)的反應(yīng)管中，在管中催化劑表面發(fā)生重整反應(yīng)；與此同時(shí)，煤(10)也進(jìn)入重整反應(yīng)器，在反應(yīng)管外與空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，燃燒放出的高溫?zé)崃抗┙o重整反應(yīng)。重整產(chǎn)物(7)和煤燃燒后的煙氣(11)進(jìn)入余熱回收子系統(tǒng)(2)，加熱高壓水(13)，產(chǎn)生高壓過熱蒸汽(14)供給發(fā)電子系統(tǒng)(4)加以利用；放熱后的低溫?zé)煔?12)直接排放到環(huán)境中，重整產(chǎn)物進(jìn)入化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)?；どa(chǎn)子系統(tǒng)生產(chǎn)化工產(chǎn)品(9)，同時(shí)排放出部分未反應(yīng)氣(16)，在多功能系統(tǒng)中這些未反應(yīng)氣進(jìn)入發(fā)電子系統(tǒng)(4)作為聯(lián)合循環(huán)的燃料，作功后的煙氣(17)排放到環(huán)境中。發(fā)電子系統(tǒng)除輸出電力(15)外還在蒸汽透平中抽出部分蒸汽(6)作為重整反應(yīng)物。雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)連接于余熱回收子系統(tǒng)(2)，余熱回收子系統(tǒng)(2)連接于化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)。
圖2為本發(fā)明雙燃料重整子系統(tǒng)流程圖。來自發(fā)電子系統(tǒng)(4)的蒸汽(6)天然氣(5)混合后形成原料氣，進(jìn)入預(yù)熱器(18)被煙氣加熱到500℃。然后原料氣進(jìn)入重整反應(yīng)器(19)，重整反應(yīng)器由重整反應(yīng)管(32)和爐膛組成，反應(yīng)管中存有甲烷水蒸氣重整反應(yīng)所需的催化劑，原料氣在反應(yīng)管中發(fā)生甲烷/水蒸汽重整反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下(ΔH2980=206kJ/mol)]]>(ΔH2980=-41kJ/mol)]]>甲烷/水蒸氣重整反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)吸熱反應(yīng)，重整反應(yīng)所需要的反應(yīng)熱由煤和空氣的混合物在重整反應(yīng)器(19)的爐膛中燃燒獲得。煤燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔怆S后進(jìn)入預(yù)熱器(18)加熱原料氣，然后中溫?zé)煔膺M(jìn)入預(yù)熱回收子系統(tǒng)(2)。煤在爐膛中的燃燒可以采用多種方式，例如為了減小煤燃燒對(duì)空氣的污染，煤在爐膛中的燃燒可以采用流化床的燃燒方法，有效減少煙氣中的NOx和SOx的含量。
圖3為本發(fā)明甲醇生產(chǎn)子系統(tǒng)工藝流程圖。由圖1所示來源于余熱回收子系統(tǒng)的合成氣(8)經(jīng)過壓縮機(jī)(20)升壓并與循環(huán)氣(25)混合后，再經(jīng)過壓縮機(jī)(21)進(jìn)一步壓縮到甲醇合成壓力。高壓原料氣經(jīng)過回?zé)崞黝A(yù)熱，進(jìn)入甲醇合成塔(23)，進(jìn)行甲醇合成。合成產(chǎn)在回?zé)崞鞣艧岷筮M(jìn)入分離單元將甲醇分離出來，并進(jìn)行精制得到甲醇產(chǎn)品(27)。一部分未反應(yīng)氣體(25)作為循環(huán)氣繼續(xù)參加合成反應(yīng)，另一部分氣體(16)輸出到發(fā)電子系統(tǒng)(4)，作為燃料。
圖4為本發(fā)明用于制氫氣時(shí)的流程圖。由圖1所示來源于余熱回收子系統(tǒng)的合成氣(8)，經(jīng)過一段變換反應(yīng)器(28)和二段變換反應(yīng)器(29)后，將合成氣中CO轉(zhuǎn)化成CO2，同時(shí)生成部分氫氣。Shift反應(yīng)后的合成氣進(jìn)入氫氣分離單元(30)，制得氫氣(31)，剩余氣體主要成分為二氧化碳，甲烷和一氧化碳等，供給發(fā)電子系統(tǒng)作為燃料。
本發(fā)明的以天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)，與現(xiàn)有的單純用一種原料的能源系統(tǒng)相比，具有以下特點(diǎn)(1)利用廉價(jià)的煤，替代傳統(tǒng)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化工藝中占天然氣總耗量1/3且價(jià)格較高的燃料天然氣，降低合成氣的生產(chǎn)成本；(2)將化工系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)有機(jī)集成，彌補(bǔ)了兩個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)生產(chǎn)時(shí)存在的能量利用不合理問題，使能量利用率提高，節(jié)約了能源降低了生產(chǎn)成本。
綜上所述，在煤炭和天然氣資源的產(chǎn)地，憑借原料的價(jià)格優(yōu)勢，采用本發(fā)明所述的雙燃料多功能能源系統(tǒng)，將會(huì)使化工產(chǎn)品和電力的生產(chǎn)成本大幅度降低，非常有實(shí)用前景。
實(shí)施例實(shí)施例1為雙燃料甲醇與電力多功能能源系統(tǒng)，將圖3的甲醇生產(chǎn)子系統(tǒng)替換圖1中化工生產(chǎn)子系統(tǒng)既為雙燃料甲醇與電力多功能能源系統(tǒng)流程圖。雙燃料重整子過程的操作條件為氣化爐出口煙氣溫度為920℃；重整反應(yīng)溫度為850℃，重整反應(yīng)壓力為2.3MPa，CH4/H2O為3∶1，某平衡工況的下天然氣與合成氣參數(shù)見表1。表2為重整器出口合成氣成分，表3為雙燃料多功能能源系統(tǒng)生產(chǎn)噸甲醇產(chǎn)品的能耗和發(fā)電量。從表3中可以看出雙燃料制甲醇電力多功能系統(tǒng)消耗天然氣27GJ，煤17.2GJ，發(fā)電量為1703.8kWh。為了揭示多功能系統(tǒng)的優(yōu)勢，將分產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)相同量的甲醇和電力時(shí)的能耗參數(shù)也一并列于表中。分產(chǎn)發(fā)電由燃煤蒸汽電廠得到，當(dāng)燃煤蒸汽電廠發(fā)電效率為38％時(shí)需要消耗16.1GJ的煤；對(duì)比多功能系統(tǒng)耗煤量，剩余煤用來生產(chǎn)甲醇，煤基甲醇生產(chǎn)的能耗為45.8GJ/t甲醇，所以剩余煤生產(chǎn)甲醇量為0.02t；對(duì)比多功能系統(tǒng)剩余甲醇量0.98t由天然氣生產(chǎn)，應(yīng)消耗天然氣31.4GJ。多功能系統(tǒng)與分產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)相同量的甲醇和電力，消耗的相同量煤時(shí)，多功能系統(tǒng)比分產(chǎn)系統(tǒng)少消耗天然氣14％?？梢姸喙δ芟到y(tǒng)明顯節(jié)省天然消耗量，使化工產(chǎn)品及電力的生產(chǎn)成本大為降低。
實(shí)施例2為雙燃料氫氣與電力多功能能源系統(tǒng)。將圖4的氫氣生產(chǎn)子系統(tǒng)替換圖1中化工生產(chǎn)子系統(tǒng)既為雙燃料氫氣與電力多功能能源系統(tǒng)流程圖。雙燃料重整子系統(tǒng)的操作條件和合成氣成分與實(shí)施例1相同，參見表1和2。表4為雙燃料多功能能源系統(tǒng)生產(chǎn)100kmol氫氣產(chǎn)品的能耗和發(fā)電量。從表4中可以看出雙燃料制氫氣與電力多功能系統(tǒng)消耗天然氣32.9GJ，煤21.0GJ，發(fā)電量為3089.8kWh。為了揭示多功能系統(tǒng)的優(yōu)勢，將分產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)相同量的甲醇和電力時(shí)的能耗參數(shù)也一并列于表中。分產(chǎn)發(fā)電由燃煤朗肯循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)得到，當(dāng)朗肯循環(huán)的效率為38％時(shí)消耗相同的煤發(fā)電量為2216.7kWh；對(duì)比多功能系統(tǒng)發(fā)電量，剩余電力由聯(lián)合循環(huán)提供，當(dāng)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率為54％時(shí)，需要消耗天然氣5.8GJ；氫氣由天然氣制得，100kmol氫氣需要消耗天然氣30.2GJ。多功能系統(tǒng)與分產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)相同量的氫氣和電力，消耗的相同量煤時(shí)，多功能系統(tǒng)比分產(chǎn)系統(tǒng)少消耗天然氣9.6％。氫氣與電力多功能系統(tǒng)節(jié)能效果同樣非常明顯。
表1天然氣與合成氣狀態(tài)參數(shù)

表2重整反應(yīng)器出口合成氣成分

表3多功能系統(tǒng)生產(chǎn)噸甲醇產(chǎn)品的能耗和發(fā)電量

表4多功能系統(tǒng)制100kmol氫能耗

權(quán)利要求
1.一種以天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)，其特征是由雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)，余熱回收子系統(tǒng)(2)，化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)有機(jī)整合而成，該系統(tǒng)在雙燃料重整子系統(tǒng)中綜合利用煤炭和天然氣，生產(chǎn)液體燃料/化工產(chǎn)品和電力，雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)連接于余熱回收子系統(tǒng)(2)，余熱回收子系統(tǒng)(2)連接于化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)。
2.一種以天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是雙燃料重整子系統(tǒng)包含一種新型合成氣制備方法，用煤替代傳統(tǒng)甲烷水蒸氣重整過程中燃料天然氣，使天然氣全部參加重整反應(yīng)，煤和空氣在重整器爐膛內(nèi)燃燒，原料氣在反應(yīng)管中吸收煤燃燒放出的高溫?zé)崃?，發(fā)生重整反應(yīng)，制得合成氣，此外，還包括余熱回收子系統(tǒng)、化工生產(chǎn)子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)的生產(chǎn)方法。
3.按照權(quán)利要求2所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是雙燃料重整子系統(tǒng)，煤在爐膛中燃燒可以采用多種方式，包括固定床，流化床和噴流床，考慮到環(huán)境保護(hù)因素可以采用流化床燃燒方式，向爐體內(nèi)噴入石灰或石灰石粉，在燃燒過程中脫硫。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是雙燃料重整子系統(tǒng)，甲烷重整反應(yīng)的反應(yīng)物也可以為二氧化碳或二氧化碳和水蒸氣的混合物，且水蒸汽和二氧化碳與甲烷的比例可以發(fā)生變化，方便的調(diào)節(jié)合成氣成分，以利于化工產(chǎn)品的合成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是余熱回收子系統(tǒng)，將雙燃料重整子系統(tǒng)制得的合成氣顯熱和煤燃燒后的煙氣顯熱回收，用于預(yù)熱重整反應(yīng)物和生產(chǎn)高壓過熱蒸汽供給發(fā)電子系統(tǒng)，合成氣冷卻后將其中的凝結(jié)水回收。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是化工生產(chǎn)子系統(tǒng)，可以是甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)，合成氣經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后與循環(huán)氣混合，然后再被壓縮到甲醇合成壓力，進(jìn)入合成塔合成甲醇產(chǎn)品，甲醇再分離單元分離出來，弛放氣供給電力子系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是甲醇生產(chǎn)子系統(tǒng)，供給電力系統(tǒng)的氣體量可以調(diào)節(jié)，不局限于傳統(tǒng)化工生產(chǎn)中的弛放氣，也可以包括未反應(yīng)氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是化工生產(chǎn)子系統(tǒng)，可以是氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)，合成氣經(jīng)過兩段變換使合成氣中CO轉(zhuǎn)化城H2，然后再經(jīng)過氫氣分離裝置將氫氣分離出來，剩余的氣體供給動(dòng)力子系統(tǒng)作為燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)，其特征是氫氣生產(chǎn)子系統(tǒng)，兩段變換過程可以簡化成一段或省去變換過程，氫氣分離裝置氫氣回收率也可以發(fā)生變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是化工生產(chǎn)子系統(tǒng)，除實(shí)施例中生產(chǎn)甲醇和氫氣外還可以生產(chǎn)其他液體燃料或化工產(chǎn)品。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣和煤為原料的多功能能源系統(tǒng)方法，其特征是發(fā)電子系統(tǒng)為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)馔钙揭曰どa(chǎn)子系統(tǒng)的未反應(yīng)氣為燃料，蒸汽透平的工質(zhì)來源于余熱鍋爐和余熱回收子系統(tǒng)的高壓過熱蒸汽，部分中壓蒸汽從透平中抽出供給雙燃料重整子系統(tǒng)作為反應(yīng)物。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃能技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種以天然氣和煤雙燃料為原料同時(shí)生產(chǎn)化工產(chǎn)品和電力的多功能能源系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)由雙燃料重整反應(yīng)子系統(tǒng)(1)，余熱回收子系統(tǒng)(2)，化工生產(chǎn)子系統(tǒng)(3)和發(fā)電子系統(tǒng)(4)有機(jī)整合而成。方法過程是雙燃料重整子系統(tǒng)包含一種新型合成氣制備方法，用煤替代傳統(tǒng)甲烷水蒸氣重整過程中燃料天然氣，使天然氣全部參加重整反應(yīng)，煤和空氣在重整器爐膛內(nèi)燃燒，原料氣在反應(yīng)管中吸收煤燃燒放出的高溫?zé)崃?，制得合成氣。雙燃料多功能能源系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)相比，生產(chǎn)相同的產(chǎn)品可以節(jié)省天然氣10－20％，而且用廉價(jià)的煤替代了昂貴的天然氣，使得化工產(chǎn)品和電力的生產(chǎn)成本大幅降低，具有很好的工業(yè)化前景。
文檔編號(hào)C10J3/80GK1869165SQ20051007391
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者金紅光, 韓巍, 高林, 陳斌 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所