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方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种集成余热制冷和碳捕集的煤气化制甲醇系统及方法
本专利技术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。
技术介绍
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被酸性气体脱除单元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。
技术实现思路
本专利技术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。同时本专利技术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，本专利技术采用以下技术方案：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脱除单元，酸性气体脱除单元将合成气中的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；酸性气体脱除单元产生的洁净合成气自酸性气体脱除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。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：1、本专利技术有效回收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、本专利技术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、本专利技术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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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；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。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：所述吸收器的器壳内或器壳外设有吸收冷却器。3.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱宇，梁嘉能，刘霞，杨思宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44