一種碳捕集和余熱發電耦合的煤氣化制甲醇系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及甲醇制造技術，具體來說是一種碳捕集和余熱發電耦合的煤氣化制甲醇系統。
【背景技術】
[0002]當今世界能源形勢越來越緊迫，我國能源消耗逐年上升。2012年我國CO2排放量為8250Mt，成為世界第一碳排放國。隨著節能減排壓力日益增加，以及國內污染日益嚴重所帶來的諸多環境問題，節能減排已成為目前中國一項十分重要的議題。余熱利用也是當前節能工作的一個熱點。我國余熱的分布非常廣泛，大量產生于各重工業企業和輕工業企業中，然而并未得到充分利用。
[0003]甲醇，作為煤化工生產的重要產品之一，在化工、輕工和清潔能源領域具有廣闊的前景，被認為是一種重要的有機化工原料和新型能源燃料。2013年我國的甲醇產量已經達到了 2800萬噸，發展大型制甲醇技術是大勢所趨。我國煤炭資源豐富、價格偏低，因此主要以煤制甲醇工藝作為生產甲醇的主要方式。
[0004]碳排放量大是大型煤制甲醇技術的主要問題之一。碳捕集技術被認為是煤制甲醇碳減排的重要突破口。帶有碳捕集過程的煤制甲醇流程簡圖如圖1:工藝主要由德士古氣化單元1、凈化除塵單元2、水煤氣變換單元3、酸性氣體脫除單元4、硫回收單5元、CO2多級壓縮單元6和甲醇合成及精餾單元7。粗煤預處理后與水混合成水煤漿，水煤漿與來自空分的氧氣在德士古氣化單元中的氣化室反應生成合成氣。此合成氣依次經過凈化除塵單元2、水煤氣變換單元3和酸性氣體脫除元4后得到潔凈的合成氣，此潔凈的合成氣經甲醇合成及精餾單元7得到精甲醇。而合成氣在酸性氣體脫除單元中分離出的氣態CO2進入CO2多級壓縮單元，通過CO2多級壓縮單元的作用，氣態的CO 2變為高壓液態CO 2，然后將高壓液態0)2輸送到其他工藝或進行儲存，從而完成CO 2捕食，以減少碳排放。工程上經優化后的低溫甲醇洗工藝，0)2的捕集率大概為60%?70%。
[0005]目前，0)2捕集技術在煤制甲醇領域還沒能廣泛的推廣，其中最重要的原因是捕集CO2會增加額外的捕集能耗。而煤制甲醇系統本身就有投資大，能耗高的缺點，若增加碳捕集裝置會加大節能壓力，使經濟效益下降。因此，要推廣CO2捕集技術，必須對帶有CO 2壓縮的煤制甲醇系統進行熱集成以減少捕集成本。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于克服以上現有技術存在的不足，提供了一種碳捕集和余熱發電耦合的煤氣化制甲醇系統。該煤氣化制甲醇系統可回收低品位廢熱，減少冷卻系統的負荷，節約能源。
[0007]為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案:一種碳捕集和余熱發電耦合的煤氣化制甲醇系統，包括依次連接的德士古氣化單元、凈化除塵單元、水煤氣變換單元、酸性氣體脫除單元和甲醇合成及精餾單元，所述酸性氣體脫除單元連接有硫回收單元和CO2多級壓縮單元；還包括有機郎肯余熱發電單元和水處理單元，所述水煤氣變換單元、有機郎肯余熱發電單元、水處理單元和(302多級壓縮單元依次首尾連接。
[0008]優選的，所述有機郎肯余熱發電單元包括蒸發器、回熱器、冷凝器、膨脹機和發電機，所述蒸發器的蒸汽入口與水煤氣變換單元的蒸汽出口連接，所述蒸發器的凝結水出口與水處理單元的凝結水入口連接；所述蒸發器的工質出口與膨脹機連接，所述膨脹機的工質出口與回熱器的熱端入口連接的，所述膨脹機驅動軸與發電機連接；所述回熱器的熱端出口與冷凝器的端入口連接，所述冷凝器的熱端出口與通過加壓栗與回熱器的冷端入口連接，所述回熱器的冷端出口與蒸發器的工質入口連接。
[0009]優選的，所述水處理單元包括依次連接的凝汽器、冷卻塔、蓄水池和排水罐，所述冷凝器凝結水入口與蒸發器的凝結水出口連接，所述排水罐的出水口與CO2多級壓縮單元的冷卻水入口連接。
[0010]優選的，所述水煤氣變換單元包括第一變換反應器、第二變換反應器、第一廢熱鍋爐、第二廢熱鍋爐、第一汽包和第二汽包，所述第一變換反應器的進氣口與除塵凈化單元連接，所述第一變換反應器的出氣口與第一廢熱鍋爐的熱端進口連接，所述第一廢熱鍋爐的熱端出口與第二變換反應器的進氣口連接，所述第二變換反應器的出氣口與第二廢熱鍋爐的熱端進口連接，所述第二廢熱鍋爐的熱端出口與酸性氣體脫除單元的合成氣體進口連接;
[0011]所述0)2多級壓縮單元的過熱水出口與第二廢熱鍋爐的進水口連接，所述第二廢熱鍋爐的過熱水出口與第一汽包的過熱水入口連接，所述第一汽包的蒸汽出口與發生器的蒸汽入口連接；所述第一汽包的熱水出口與第一廢熱鍋爐的進水口連接，所述第一廢熱鍋爐的過熱水出口與第二汽包的過熱水入口連接，所述第二汽包的蒸汽出口與蒸發器的蒸汽入口連接。
[0012]優選的，所述0)2多級壓縮單元包括多個CO 2壓縮器和多個壓縮冷卻器，多個所述CO2壓縮器和多個壓縮冷卻器依次交替連接，位于首位的CO 2壓縮器與酸性氣體脫除單元連接，多個所述壓縮冷卻器的進水口均與排水罐的出水口連接，多個所述壓縮冷卻器均的出水口均與第二廢熱鍋爐的進水口連接。
[0013]—種碳捕集和余熱發電耦合的煤氣化制甲醇系統的制甲醇方法，包括以下步驟:
[0014](I)水煤漿和氧氣進入德士古氣化單元后形成合成氣，所述合成氣依次通過凈化除塵單元和水煤氣變換單元后進入酸性氣體脫除單元，酸性氣體脫除單元將合成氣中的氣態CO2分離出來，則分離出來的氣態CO 2進入CO 2多級壓縮單元；酸性氣體脫除單元產生的潔凈合成氣自酸性氣體脫除單元的合成氣出口進入甲醇合成及精餾單元，從而制得精甲醇；
[0015](2)在步驟(I)中，進入CO2多級壓縮單元的氣態CO2被壓縮成液態0)2，0)2多級壓縮單元在壓縮氣態CO2時產生大量過熱水，過熱水通過第一廢熱鍋爐、第二廢熱鍋爐、第一汽包和第二汽包汽化，從而形成水蒸汽；此水蒸汽進入有機郎肯余熱發電器中的蒸發器，則水蒸汽對蒸發器中的有機工質進行加熱，從而使有機工質轉換成有機蒸汽，而有機蒸汽推動膨脹機，則膨脹機帶動發電機產生電力；
[0016](3)推動膨脹機的有機蒸汽自膨脹機出來后，依次經過回熱器、冷卻器后恢復變為液態的有機工質，液態的有機工質再通過加壓栗送回回熱器后再重新回到蒸發器；
[0017](4)水蒸汽通過蒸發器后形成凝結水，凝結水進入水處理單元進行降溫除雜后形成冷卻水，冷卻水回到CO2多級壓縮單元，從而形成冷卻循環水。
[0018]優選的，步驟(I)中的德士古氣化單元合成水煤漿和氧氣時的氧化溫度為1200-1400。。。
[0019]優選的，步驟(I)中水煤氣變換單元對自德士古氣化單元出來的合成氣進行兩段高溫耐硫變換工藝，其中第一變換反應器對合成氣的加熱溫度為400_450°C，而第二變換反應器對合成氣的加熱溫度為350-400°C。
[0020]優選的，在步驟(2)中，置于蒸發器中的有機工質被加熱前的溫度為50-60°C ;而有機工質被水蒸汽加熱后得到的有機蒸汽的溫度為150-190°C ;通過加壓栗抽回至蒸發器的有機工質的溫度為25-35 °C。
[0021]本實用新型相對于現有技術，具有如下的優點及效果:
[0022]1、本實用新型有效回收CO2多級壓縮單元產生過熱水含有的低品位廢熱，同時優化了水煤氣變換單元的蒸汽利用方式，減少了廢熱的排放和額外冷卻所需功耗，到達節能降耗的目的。
[0023]2、本實用新型回收CO2多級壓縮單元產生過熱水含有的低品位廢熱，即通過有機郎肯余熱發電單元利用這些低品位廢熱進行發電，并將產生的電能用于生產工中，這能減少電量的損耗。
[0024]3、本實用新型采用有機郎肯余熱發電單元利用這些低品位廢熱進行發電，這可減少自備電廠的負荷，繼而減少發電所排放的co2。
[0025]4、本實用新型采用采用有機郎肯余熱發電單元利用這些低品位廢熱進行發電，這有效地調節生產過程中的蒸汽和電力負荷。
【附圖說明】
[0026]圖1為一種碳捕集和余熱發電耦合的煤氣化制甲醇系統的整體結構示意圖；其中:1為德士古氣化單元，2為除塵凈化單元，3為水煤氣變換單元，4為酸性氣體脫除單元，5為克勞斯單元，6為0)2多級壓縮單元，7為甲醇合成及精餾單元，10為水煤漿，11為氧氣，12、13和14均為粗合成氣，15為H2S氣體，16為CO2氣體，17為潔凈合成氣，18為精甲醇，19為硫磺副產品，20為液態CO2。
[0027]圖2為本實用新型實施例1的結構示意圖；1為德士古氣化單元，2為除塵凈化單元，3為水煤氣變換單元，4為酸性氣體脫除單元，5為克勞斯單元，6為0)2多級壓縮單元，7為甲醇合成及精餾單元，8為有機郎肯余熱發電單元，9為水處理單元，10為水煤漿，11為氧氣，12、13和14均為粗合成氣，15為H2S氣體，16為CO2氣體，17為潔凈合成氣，18為精甲醇，19為硫磺副產品，20為液態C02，21為過熱水，22為低壓蒸汽，23為冷卻水，24為凝結水，25為輸出的電能，26、27分別為水處理單元的進、出口冷卻水。圖3為本實用新型中的水煤氣變換單元、CO2多級壓縮單元和有機郎肯余熱發電單元的連接示意圖；其中，13、14、30、32和34均為粗合成氣，15為H2S氣體，16為CO2氣體，17為潔凈合成氣，28為工藝蒸汽，29為第一變換反應器，31為第一廢熱鍋爐、33為第二變換反應器、35為第二廢熱鍋爐，36?39為0)2壓縮器，40?43為壓縮冷卻器，44為第一汽包，45為第二汽包，46為蒸發器，47為膨脹機，48為發電機，49為回熱器、50為冷卻器，51為加壓栗，52為氣態有機工質。
【具體實施方式】
[0028]為便于本領域技術人員理解，下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0029]如圖2和3所示，一種碳捕集和余熱發電耦合的煤氣化制甲醇系統，包括依次連接的德士古氣化單元1、凈化除塵單元2、水煤氣變換單元3、酸性氣體脫除單元4和甲醇合成及精餾單元7，所述酸性氣體脫除單元4連接有硫回收單元5和CO2多級壓縮單元6 ;還包括有機郎肯余熱發電單元8和水處理單元9，所述水煤氣變換單元3、有機郎肯余熱發電單元8、水處理單元9和CO2多級壓縮單元6依次首尾連接。
[0030]所述有機郎肯余熱發電單元包括蒸發器46、回熱器49、冷凝器50、膨脹機47和發電機48，所述蒸發器46的蒸汽入口與水煤氣變換單元3的蒸汽出口連接，所述蒸發器46的凝結水出口與水處理單元9的凝結水入口連接；所述蒸發器46的工質出口