一种炼化能化耦合IGCC多联产系统及其应用的制作方法

本发明涉及石化，尤其是涉及一种炼化能化耦合igcc多联产系统及其应用。

背景技术：

1、igcc为整体煤气化联合循环发电系统，该系统是将煤气化技术与高效的联合循环相结合的先进动力系统，该系统能够将石油焦、煤焦等副产物转化为煤气，并将煤气继续用于燃烧产生能源，该系统既有高发电效率，又同时具有极好的环保性能。

2、本领域人员发现igcc系统除了能够用于发电，其在运转的过程中还能够产生其他资源，因此为了提高igcc系统的经济效益，本领域人员基于igcc系统开发了igcc多联产系统，如公开号cn113072422b公开的一种基于igcc的多联产系统，该系统能够产出氮气、氧气、氩气、氢气、二氧化碳等气体产品，还能够产生甲醇、甲烷、氨等化工产品，另外还能产出电力、铁、铝、氧化铝、漂珠等产品，实现了igcc的多联产技术，极大的提高了能源转化效率。

3、本发明在对现有技术中的igcc多联产系统进行深入研究发现，现有技术中的igcc多联产系统对捕集后的存在co2利用低甚至不利用的问题，而二氧化碳气体在igcc系统中的含量高，是不可忽视的一部分可利用资源，因此本发明针对上述问题提供了一种炼化能化耦合的igcc多联产系统。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中igcc多联产系统对捕集后的存在co2利用低甚至不利用的问题，提供了一种炼化能化耦合igcc多联产系统及其应用，该系统通过二氧化碳捕集系统将变换系统产生的高浓度二氧化碳和发电系统产生的低浓度二氧化碳同时进行捕集，捕集能耗低，能量利用率高；该应用方法能够将炼化副产物作为原料重新利用并转化为新的产品，还能够将分离的二氧化碳进行收集生产食品级干冰、dmc、ppc、氮气、氧气、氩气、氢气、二氧化碳、甲醇、醋酸和氨等新产品，能够达成资源的重复利用，避免炼化副产的排放，能够真正实现零碳排放，实现能源的高效利用和高效转化。

2、本发明的具体技术方案为：

3、一种炼化能化耦合igcc多联产系统，包括气化炉、连通气化炉的变换系统以及分别连通发电系统和变换系统的二氧化碳捕集系统，所述二氧化碳捕集系统包括低温甲醇洗二氧化碳装置、烟气换热装置以及分别连通烟气换热装置和低温甲醇洗二氧化碳装置的二氧化碳吸附装置，所述二氧化碳吸附装置包括罐体、设置在罐体内的填料、烟气盘管和换热盘管，所述填料位于烟气盘管和换热盘管的间隙内，所述烟气盘管连通烟气换热装置，所述烟气换热装置与发电系统连通，所述换热盘管分别与烟气换热装置和低温甲醇洗二氧化碳装置连通。

4、本发明提供一种炼化能化耦合igcc多联产系统，该系统通过二氧化碳捕集系统将变换系统产生的变换气和发电系统中产生的烟气进行二氧化碳捕集，并对捕集的二氧化碳进行产品转化，本发明的二氧化碳捕集系统利用烟气中的热能和低温甲醇洗二氧化碳装置的冷却能对烟气中低浓度二氧化碳进行捕集，二氧化碳捕集能耗低，能量转化效率高；

5、本发明变换系统中采用水蒸气一氧化碳变换反应将合成气转换为含氢气和高浓度二氧化碳的变换气，现有技术中直接采用低温甲醇洗二氧化碳装置对变换气中的二氧化碳进行捕集分离，而发电系统产生的烟气中二氧化碳浓度低且含有其他的高浓度酸性气体，因此无法使用低温甲醇洗二氧化碳装置对烟气中的二氧化碳进行捕集；目前常用的二氧化碳捕集系统是由一乙醇胺分离装置和低温甲醇醇洗二氧化碳装置两种独立装置组成，但本发明发现上述二氧化碳捕集装置存在耗能高且对igcc系统中产生的能量利用效率较低的问题；

6、因此为了解决上述问题，本发明设计了一种新的二氧化碳捕集系统，该系统是由低温甲醇洗二氧化碳装置、烟气换热装置和多个二氧化碳吸附装置组成，二氧化碳吸附装置是由烟气盘管、换热盘管以及设置在烟气盘管和换热盘管间隙的填料构成；在使用过程中，发电系统产生的高热量烟气输入至烟气换热装置中，将烟气中的热能存储在烟气换热装置中并制得低温烟气，这部分换热后得到的热能可以用于二氧化碳吸附装置的解吸附；二氧化碳吸附装置包括吸附状态和解吸状态两种状态，当二氧化碳吸附装置处于吸附状态时，其能够对低温烟气中的低浓度二氧化碳进行吸附，当填料吸附二氧化碳量达到饱和后，二氧化碳吸附装置转换至解吸状态，在使用烟气换热装置中储存的热能加热填料使填料中的二氧化碳释放出来并重新用于下一次吸附；由于二氧化碳吸附装置需要在吸附状态和解吸状态之间进行切换，因此为了保证二氧化碳捕集过程的连续化需要通过多个二氧化碳吸附装置组合使用，此外该装置中使用的填料为二氧化碳变温吸附材料，该材料可以通过温度变化实现对二氧化碳进行物理吸附，且该材料解析后能够重新进行利用，该装置能够将生产中产生的热能和冷却能进行利用来吸附烟气中的低浓度二氧化碳，显著提升了能量转化效率，降低生产能耗，且装置为物理吸附，环保无污染。

7、作为优选，所述填料为二氧化碳变温吸附剂。

8、本发明的二氧化碳变温吸附剂为优选了掺杂金属氧化物的活性炭吸附剂，该吸附剂在制备过程中通过化学掺杂使金属氧化物掺杂在活性炭吸附剂上，使活性炭吸附剂的导热性能显著提高，从而提高填料的能量转化效率，从而提高二氧化碳的捕集效率。

9、作为优选，所述烟气盘管包括若干并联的加热端，所述透气端的管壁上设有若干气孔。

10、作为优选，所述冷却管包括以及若干并联的换热端。

11、本发明在烟气盘管上设置了透气端，在冷却盘管设置了换热端，将填料是分别填充在透气端和换热端的间隙内，使填料与透气端和换热端的接触面显著增加，同时加热端和换热端均匀的排布在填料之间，能够显著提升二氧化碳与填料的质换效率，能够显著提升换热盘管与填料的能量转化速率。

12、作为优选，所述气化炉上设有空分系统。

13、作为优选，所述空分系统连通有合成氨系统，所述合成氨系统与变换系统连通。

14、作为优选，所述气化炉上还设有净化系统，所述净化系统分别与发电系统和变换系统连通。

15、作为优选，所述二氧化碳捕集系统连通有产品气系统和催化重整系统。

16、一种上述炼化能化耦合igcc多联产系统的应用，包括以下步骤：

17、步骤1：空气进入空分分离器中制得氩气、氧气和氮气；

18、步骤2：氧气、煤炭进入气化炉制得粗合成气，粗合成气进入净化装置清除气体和灰尘制得合成气和燃料气；

19、步骤3：燃料气进入发电系统产生电能、蒸汽和烟气；

20、步骤4：合成气进入水蒸气二氧化碳变换装置将水蒸气转换为变换气；

21、步骤5：变换气和烟气进入二氧化碳捕集系统中，变换气在低温甲醇洗二氧化碳装置中捕集分离高浓度二氧化碳，烟气在二氧化碳吸附装置中捕集分离低浓度二氧化碳，高浓度二氧化碳和低浓度二氧化碳合并制成二氧化碳原料，二氧化碳原料进入催化重整系统和产品气系统中的一种或两个。

22、作为优选，所述炼化副产物包括石油焦、焦油、有机废液和未转化油渣中的一种。

23、本发明还提供了上述炼化能化耦合igcc多联产系统的应用方法，首先传统igcc多联产系统各装置之间相互独立，因此各装置的之间能量转换效率低，且部分二氧化碳产物会被直接排放，资源利用效率低；而本发明在设计igcc多联产系统时则是以能源的高效转化为基础目标，在实现能源高效转化的同时进行多联产生产，首先传统发电单元以单一的燃烧发电装置为主，而单一的燃烧发电装置并不能将释放的热能完全利用，本发明则是在将燃烧发电装置与蒸汽发电装置耦连，蒸汽发电装置能够利用燃烧发电装置产生的热能进行蒸汽发电，能量转化效率显著提高；此外，传统的igcc多联产系统通常是在燃烧单元的尾部收集二氧化碳，这就使得燃烧单元中进入的可燃性气体的热值较低，而本发明是在燃烧前将可燃气体中的二氧化碳分离并通过变换系统转化为变换气，显著提高了可燃气的燃烧效率，显著提高了发电系统的产能效率；

24、本技术还将变换气中的高浓度二氧化碳和烟气中的低浓度二氧化碳同时收集成二氧化碳原料，实现了二氧化碳的零排放；此外，本发明收集得到的二氧化碳原料统一再分配至催化重整系统、产品气系统重生产食品级的干冰、dmc、ppc、甲醇、醋酸等产品，产品的产量高经济效益显著增加。

25、作为优选，所述炼化副产物包括石油焦、焦油、有机废液和未转化油渣中的一种或两种。

26、与现有技术相比，本技术具有以下技术效果：

27、（1）本发明通过二氧化碳捕集系统将变换系统产生的变换气和发电系统中产生的烟气进行二氧化碳捕集，并对捕集的二氧化碳进行产品转化，本发明的二氧化碳捕集系统利用烟气中的热能和低温甲醇洗二氧化碳装置的冷却能对烟气中低浓度二氧化碳进行捕集，二氧化碳捕集能耗低，能量转化效率高；

28、（2）本发明将炼化副产物重新作为原料进入气化炉中进行再利用；

29、（3）本发明将发电系统产生的二氧化碳和变换系统产生的二氧化碳收集成二氧化碳原料，并将得到的二氧化碳原料统一再分配至催化重整系统、产品气系统重生产食品级的干冰、dmc、ppc、甲醇、醋酸等产品，实现了二氧化碳的零排放的同时还显著增加了经济效益。