本發(fā)明涉及一種發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耦合igcc和co2轉(zhuǎn)化的零碳多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)革命以來的人類活動(dòng)，尤其是發(fā)達(dá)國家在工業(yè)化進(jìn)程中排放了大量溫室氣體，引發(fā)并加劇了全球氣候變暖等極端氣候和天氣異?，F(xiàn)象，給人類的生存和發(fā)展帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。目前全球經(jīng)濟(jì)增長導(dǎo)致化石能源需求快速增長，隨之而來的是溫室氣體大量排放，尤其是co2，溫室效應(yīng)的加劇必然引發(fā)全球變暖，極大地影響人類的生存和發(fā)展。有效控制溫室氣體排放，應(yīng)對(duì)全球氣候變化已刻不容緩。

在電力生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生的大量co2，人們已進(jìn)行了大量努力減少co2排放。一個(gè)實(shí)例是碳捕集與儲(chǔ)存(carboncaptureandstorage，ccs)，利用吸附、吸收、分離等成熟技術(shù)將co2從廢氣中捕集出來，通過運(yùn)輸或輸送至埋藏地點(diǎn)，長久或永久儲(chǔ)存起來，從而減少co2向大氣中的直接排放。然而ccs技術(shù)的整個(gè)過程中，沒有產(chǎn)生新的有價(jià)值的產(chǎn)品，是一個(gè)純投入的無經(jīng)濟(jì)效益的環(huán)保技術(shù)，并且在技術(shù)實(shí)施過程中，也需要消耗能量，會(huì)導(dǎo)致新的co2排放。對(duì)于燃煤電廠來說，在igcc電廠加裝ccs會(huì)增加成本40-60％，在常規(guī)超臨界燃煤電廠上加ccs會(huì)使發(fā)電成本增加60-80％，在高昂的成本面前，人們普遍難以接受。按照現(xiàn)有技術(shù)，co2捕集過程也會(huì)消耗大量的能源，在常規(guī)電廠加裝ccs會(huì)降低發(fā)電效率20-30％左右，即生產(chǎn)一度電需要多消耗能源約20-25％左右。此外，co2地質(zhì)封存存在許多不確定性和潛在的風(fēng)險(xiǎn)。co2地質(zhì)封存的目標(biāo)底地層深度一般超過1000m，co2注入以后，與地層中原有的巖石、地下水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并持續(xù)增加地層的空隙壓力，這將破壞原始的應(yīng)力、溫度、滲透壓力等物理化學(xué)平衡，其帶來的長期地質(zhì)影響難以估量。

co2本身也是一種寶貴的碳資源，如何合理的利用co2資源是當(dāng)今世界的一個(gè)重要研究課題。由于短時(shí)期內(nèi)新能源不可能替代化石原料，co2的地質(zhì)封存技術(shù)及后期影響還有待于研究，co2的化學(xué)轉(zhuǎn)化將是未來降低co2排放量的一個(gè)重要途徑。co2的化學(xué)轉(zhuǎn)化是指以co2為原料，通過一系列的反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化工中間體或化學(xué)品。co2的化學(xué)轉(zhuǎn)化做到了真正意義上的變“廢”為“寶”，實(shí)現(xiàn)了co2的資源化利用，是目前co2研究領(lǐng)域的前言熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于構(gòu)建一種耦合igcc和co2轉(zhuǎn)化的零碳多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的零碳排放。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:

一種耦合igcc和co2轉(zhuǎn)化的零碳多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括氣化爐、燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)、co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和費(fèi)托合成系統(tǒng)；所述的氣化爐設(shè)置有煤炭入口、氣化劑入口和合成氣出口；所述的燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有合成氣入口、電能輸出口、co入口和高溫co2出口；所述的合成氣入口連接氣化爐的合成氣出口；所述的電能輸出口輸出電能；所述的余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有高溫co2入口、低溫co2出口和電能輸出口；所述的高溫co2入口連接燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的高溫co2出口；所述的電能輸出口輸出電；所述的co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設(shè)置有低溫co2入口、第一co出口和第二co出口；所述的低溫co2入口連接余熱發(fā)電系統(tǒng)的低溫co2出口；所述的第一co出口與燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的co入口相連接；所述的費(fèi)托合成系統(tǒng)設(shè)置有co入口和化工產(chǎn)品輸出口；所述的co入口連接co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的第二co出口；所述的化工產(chǎn)品輸出口輸出反應(yīng)生成的化工產(chǎn)品。該零碳多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了零碳排放，節(jié)能環(huán)保，c的循環(huán)利用增加了能源的利用率；整個(gè)系統(tǒng)中沒有co等有毒氣體的排出，不會(huì)造成操作人員氣體中毒現(xiàn)象；自動(dòng)化程度高，減少操作人員的數(shù)量，降低成本。

進(jìn)一步的，所述的氣化爐設(shè)置有控制氣化劑流量的控制閥。控制閥可以很好的控制氣化劑進(jìn)入氣化爐的流量，進(jìn)而控制產(chǎn)生合成氣的速度和量，確保既能滿足燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的需要，又不會(huì)產(chǎn)生過多的合成氣通過氣化爐排放到空氣中。

進(jìn)一步的，還包括設(shè)置在氣化爐與燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)之間的、用以凈化合成氣的合成氣體凈化裝置。從氣化爐中生成的合成氣中含有co2、so2、h2o、h2、co等氣體，用合成氣體凈化裝置去除合成氣中的co2、so2、h2o等不能燃燒產(chǎn)熱的氣體，確?？扇粴怏wco進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中燃燒發(fā)電。

進(jìn)一步的，還包括設(shè)置在余熱發(fā)電系統(tǒng)和co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)之間的co2氣體凈化裝置。燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的高溫氣體中包含co2、h2o，用氣體凈化裝置可去除h2o，得到純凈的co2進(jìn)入到co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為可循環(huán)利用的co。

進(jìn)一步的，所述的co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設(shè)置有除去轉(zhuǎn)化后氣體中h2o的氣體干燥裝置。此裝置除去混合氣體中的h2o，保證純凈的co進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)和費(fèi)托合成系統(tǒng)，循環(huán)利用，提高利用率。

進(jìn)一步的，所述的co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中設(shè)置有氣體控制閥，控制分別流向燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)和費(fèi)托合成系統(tǒng)的co氣體的流量。氣體控制閥可以根據(jù)發(fā)電的需要進(jìn)行調(diào)整，確保正常發(fā)電的條件下，將多余的co輸入到費(fèi)托合成系統(tǒng)中產(chǎn)生化工產(chǎn)品。

上述的一種耦合igcc和co2轉(zhuǎn)化的零碳多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工作方法：

煤和氣化劑進(jìn)入氣化爐產(chǎn)生合成氣，合成氣經(jīng)過合成氣體凈化裝置后，通過燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的合成氣入口進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，燃燒發(fā)電，產(chǎn)生的電能由燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的電能輸出口輸出；燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的高溫co2通過余熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫co2入口進(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)過一系列的作用，產(chǎn)生并經(jīng)電能輸出口輸出電；高溫co2經(jīng)過余熱發(fā)電系統(tǒng)降溫后變?yōu)榈蜏豤o2，并通過co2氣體凈化裝置凈化后進(jìn)入co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；co2經(jīng)轉(zhuǎn)換后生成co和h2o，經(jīng)氣體干燥裝置去除h2o后，一部分co經(jīng)co2轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第一co出口進(jìn)入到燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中循環(huán)利用，一部分co經(jīng)co2轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第二co出口進(jìn)入到費(fèi)托合成系統(tǒng)生成并輸出化工產(chǎn)品。此方法實(shí)現(xiàn)了發(fā)電過程中的零碳排放。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及效果：

與單純的igcc系統(tǒng)相比，由于co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化生成的co進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)做功發(fā)出一部分電，因此在發(fā)電量相同的情況下，系統(tǒng)的煤耗將減少，能有效的節(jié)約能源；各個(gè)氣體凈化裝置的應(yīng)用能保證反應(yīng)效率達(dá)到最高，提高了能源的利用率。此外，剩余的co可通過費(fèi)托合成生成所需的化工產(chǎn)品，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的零碳排放，節(jié)能環(huán)保，增加能源利用率。整個(gè)零碳多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，各系統(tǒng)緊密相連，沒有co等有毒氣體的排出，不會(huì)造成操作人員氣體中毒現(xiàn)象；并且自動(dòng)化程度高，可以減少操作人員的數(shù)量，降低成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。

如圖1所示，一種耦合igcc和co2轉(zhuǎn)化的零碳多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括氣化爐、燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)、co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和費(fèi)托合成系統(tǒng)；氣化爐設(shè)置有煤炭入口、氣化劑入口和合成氣出口，還設(shè)置有控制氣化劑流量的控制閥；在氣化爐的合成氣出口和燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的合成氣入口之間還設(shè)置有合成氣體凈化裝置，凈化合成氣體中存在的co2、so2、h2o、h2、co等氣體，用合成氣體凈化裝置去除合成氣中的co2、so2、h2o等不能燃燒產(chǎn)熱的氣體；燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有合成氣入口、電能輸出口、co入口和高溫co2出口，經(jīng)過合成氣體凈化裝置凈化的、可燃燒的合成氣通過合成氣入口進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，燃燒并推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電通過電能輸出口輸出；余熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有高溫co2入口、低溫co2出口和電能輸出口，燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的高溫co2氣體經(jīng)過燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的高溫co2出口和余熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫co2入口進(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電通過電能輸出口輸出；co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設(shè)置有低溫co2入口、氣體干燥裝置、第一co出口和第二co出口，氣體干燥裝置設(shè)置在co出口處、去除轉(zhuǎn)化后混合氣體中的h2o，第一co出口與燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的co入口相連接，實(shí)現(xiàn)c的循環(huán)利用；余熱發(fā)電系統(tǒng)的低溫co2出口和co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的低溫co2入口之間還設(shè)置有氣體凈化裝置，凈化在燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中燃燒產(chǎn)生的h2o，確保純凈的co2氣體進(jìn)入co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；費(fèi)托合成系統(tǒng)設(shè)置有co入口和化工產(chǎn)品輸出口，co入口連接co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的第二co出口，化工產(chǎn)品輸出口輸出反應(yīng)生成的化工產(chǎn)品；在co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中還設(shè)置有氣體控制閥，該控制閥根據(jù)發(fā)電量的需要，控制分別流向燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)和費(fèi)托合成系統(tǒng)的co氣體的流量。

系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)作時(shí)，煤和氣化劑進(jìn)入氣化爐產(chǎn)生合成氣，合成氣經(jīng)過合成氣體凈化裝置后，通過燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的合成氣入口進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)，燃燒發(fā)電，產(chǎn)生的電能由燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)的電能輸出口輸出；燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的高溫co2通過余熱發(fā)電系統(tǒng)的高溫co2入口進(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)，經(jīng)過一系列的作用，產(chǎn)生并經(jīng)電能輸出口輸出電；高溫co2經(jīng)過余熱發(fā)電系統(tǒng)降溫后變?yōu)榈蜏豤o2，并通過co2氣體凈化裝置凈化后進(jìn)入co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)；co2經(jīng)轉(zhuǎn)換后生成co和h2o，經(jīng)氣體干燥裝置去除h2o后，一部分co經(jīng)co2轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第一co出口進(jìn)入到燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)中循環(huán)利用，一部分co經(jīng)co2轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第二co出口進(jìn)入到費(fèi)托合成系統(tǒng)生成并輸出化工產(chǎn)品。

此外，需要說明的是，設(shè)置在余熱發(fā)電系統(tǒng)和co2轉(zhuǎn)化系統(tǒng)之間的co2氣體凈化裝置還可以設(shè)置在燃?xì)獍l(fā)電系統(tǒng)與余熱發(fā)電系統(tǒng)之間?，F(xiàn)有技術(shù)中的氣化爐、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐均可滿足本發(fā)明的要求。本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。