煤基化工CO_2回收多联产系统

广 东 化 工 2012年 第15期· 214 · 第39卷 总第239期煤基化工CO 2回收多联产系统探讨巴淑丽，王民民(重庆能源职业学院能源工程系，重庆 4000041)[摘 要]随着社会的进步，能源利用在人类社会发展中的作用越来越重要。

但是，当前存在着资源的开发，能源的利用以及环境的保护等各方面的相互独立。

煤基化工—动力多联产系统实现了能源利用，化工生产以及环境保护的有机结合，从而为能源的可持续发展与利用提供一条新的道路。

介绍了多联产系统，阐述了二氧化碳的分离；同时，从介绍了不同分离方式下，二氧化碳的能量的利用。

最后，介绍了基于二氧化碳回收的多联产系统，通过系统能耗分析和二氧化碳的产出发现，回收二氧化碳的多联产系统的二氧化碳产量最少。

[关键词]煤基化工；多联产系统；O 2回收[中图分类号]TQ[文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2012)15-0214-02Coal-based Chemical CO 2 Recovery Polygeneration System to ExploreBa Shuli, Wang Minmin(Chongqing Energy V ocational College of Energy Engineering, Chongqing, 4000041, China)Abstract: With the progress of society, the role of energy use in the development of human society is more and more important. However, the current existence of mutually independent resource development, the use of energy, and the protection of the environment and other aspects. Coal-based chemical industry the-dynamic polygeneration system to achieve a combination of energy use, chemical production and environmental protection, so as to provide a new path for sustainable energy development and utilization. The polygeneration system on the separation of carbon dioxide; same time, from the different separation energy use, carbon dioxide. Finally, the polygeneration system based on carbon dioxide recovery polygeneration system of recycling carbon dioxide carbon dioxide production at least through the system energy analysis and carbon dioxide output.Keywords: coal-based chemicals ；polygeneration system ；CO 2 recovery能源是促进人类文明发展的主要动力之一。

煤炭，石油等化石能源的开发与利用，促进了当代工业的发展，然而也存在着资源浪费，生态环境受到污染等众多问题。

因此，实现能源与人类社会的和谐发展无疑是非常重要的。

煤炭资源在世界能源结构中占有非常重要的地位[1]，尤其是在我国的能源结构中，煤炭处于首位，并且在相当长一段时期内不会改变，基于此，可持续发展的洁净煤技术已经成为包括我国在内的世界上各个国家的研究重点，而研究作为洁净煤技术的煤基多联产系统有着非常重要的经济效益和社会意义。

1 多联产系统介绍传统能源研究重点在于能源的转换与利用，而传统化工研究重点在于原料组份发生的变化，两者相互独立。

但是，传统能源与化工存在着能源利用率有待于提高，污染严重，产品能耗高等问题，随着世界性能源危机的出现，可持续发展已经成为人类解决能源问题的根本。

因此，将能源与化工相结合，通过多联产系统，实现环境，能源与化工三者的和谐发展。

化石原料首先进入多联产系统的合成反应制备子系统，对于煤基系统，需要经过焦化，热解，煤的气化等工序，经过煤基系统化石原料被转变为合成气，同时可以根据需求对合成气成分进行调整，并且此时的NOx ，CO 2等大气污染物容易处理[2]；多联产系统中合成气没有完全转变为产品，而是进行循环，合成气有效成为转变为化工产品，没有参加反应气原来作为系统的动力原料，此时进行第二阶段组份的分级转换。

多联产系统示意图如图1所示。

图1 多联产系统Fig.1 Polygeneration system diagram2 CO 2分离分析通常情况下，对于CO 2的回收包括了分离，储存以及运输[3]。

CO 2的分离能耗较大，因此，CO 2分离是CO 2能源系统回收重点关注的内容。

通常情况下，CO 2分离由CO 2最小分离功，CO 2分离实际消耗功和CO 2最小分离功的比以及CO 2分离耗能品味所决定的。

通过对CO 2分离前后浓度比较分析，对于最小分离功影响较小的是回收率，如果回收率比较小，那么随着回收率的变化最小分离功的变化比较平缓，然而当回收率大于90%时，分离功的上升明显。

因此，将分离前CO 2的浓度提高，是分离CO 2能耗降低的一个重要的关键点。

在煤基多联产系统中，每个流程点具有不同的CO 2浓度，因此，要实现分离CO 2的低耗能进行分离点的合理选择是前提，基于合理分离点的选择，采用提高分离率，将耗能品味降低等措施提高CO 2分离工艺，从而实现了分离CO 2能耗的降低。

3 不同分离方式的CO 2能量利用3.1 CO 2燃料气分离方式和尾气分离方式图2 整体煤气化联合循环发电系统尾气分离和燃料气分离化学能利用关系对比Fig.2 Ntegrated gasification combined cycle power generation system exhaust gas separation and fuel gas separation chemicalenergy using relational comparison chart整体煤气化联合循环发电系统中，从尾气分离的燃料首先和空气进行混合(1)，进入系统的燃烧室，通过燃烧放出高品质火用，[收稿日期] 2012-09-04[作者简介] 巴淑丽（1981-），女，助教，河南濮阳人，主要研究方向为煤的洁净技术，设备节能与优化。

2012年第15期广东化工第39卷总第239期 · 215 ·燃烧的产物(2)通过动力系统将热能转变成功，从而进入了分离过程，假设分离过程是理想过程，这个过程中需要消耗理想的分离功，同时分离的产物是烟气和二氧化碳。

整体煤气化联合循环发电系统燃料分离方式在下图b中所示[4]。

首先燃料气在系统中和水蒸气进行混合(1)，进而进入到变换反应的过程，此时混合物放出热火用，然后混合物进到下一步理想的分离过程中，消耗理想分离功，同时分离出二氧化碳，而洁净的燃料气(3)和空气进行混合得到混合物(4)，此时的混合物在系统的燃烧室中进行燃烧同时放出高品质火用，系统燃烧的产物通过动力子系统进行热能的利用之后，被排放到环境中。

3.2 生产清洁能源时同时进行CO2的分离图3 生产清洁能源时进行二氧化碳分离Fig.3 Schematic diagram of the carbon dioxide separation in theproduction of clean energy进行醚，醇等清洁替代燃料的生产的时候，将二氧化碳进行回收的多联产系统就是生产解决能源同时进行二氧化碳分离的系统。

和采用整体煤气化联合循环发电系统尾气分离系统回收二氧化碳相比，脱除二氧化碳之后合成气的利用是两者最大的区别[5]。

燃料气分离系统中，洁净的气体作为动力系统的燃烧燃料直接送往动力系统；而生产洁净能源同时分离二氧化碳中，首先把洁净的合成气作为合成反应新气进行一部分的甲醇的合成，剩下的则作为动力系统的燃料，需要注意的是，生产甲醇时将回收二氧化碳的系统净化单元进行除二氧化碳之外的其他酸性气体的严格脱除，才能满足生产甲醇的需要。

4 基于CO2回收的多联产系统通过上文的分析，建立进行二氧化碳回收的甲醇—动力多联产系统。

系统中通过串联的结构，煤的合成气最先进行化工生产流程合成化工产品，没有参加反应的其他被作为动力系统的燃料。

系统的合成气经历废锅进行显然的回收，此时温度降低到600℃左右，从废锅出来的合成气和从化工流程中没有反应的其他进行换热，温度将进一步下降。

接下来合成气分为了混合气物流和变换气物流。

变换气经过饱和蒸汽的加湿，此时汽气比为6︰5左右，进入到变换反应系统。

混合气和变换反应系统旁通，这样能够和离开变换反应系统的合成气进行混合从而能够获得合适的碳氢比。

对变换气汽气比的饱和蒸汽自变换后的显热过程进行调整，合成气通过余热回收之后进入到酸气的脱除系统。

图4 二氧化碳回收的甲醇—动力多联产系统Fig.4 Methanol and carbon dioxide recovery - power polygeneration system diagram通过对没有二氧化碳回收的整体煤气化联合循环发电系统，燃料气回收的二氧化碳整体煤气化联合循环发电系统以及回收二氧化碳的多联产系统进行能耗计算，在都输入1 kg的燃料情况下，没有二氧化碳回收的整体煤气化联合循环发电系统，燃料气回收的二氧化碳整体煤气化联合循环发电系统的净输出功分别是9805 kJ和12065 kJ，热效率分别是36.8 %和45.3 %；回收二氧化碳的多联产系统不但输出了6005 kJ的功，还有0.2976 kg的甲醇产出，化学火用是6630 kJ。

没有二氧化碳回收的整体煤气化联合循环发电系统，最终燃料中的碳是以二氧化碳的形式排放到环境中，是2.51 kg；在燃烧之前的燃料气回收的二氧化碳整体煤气化联合循环发电系统中，1.06 kg的二氧化碳被排放到环境中，其他进行回收，大约占到整个系统碳总消耗的58 %；而在回收二氧化碳的多联产系统中仅仅有0.69 kg的二氧化碳被排放到环境中，当然，作为燃料，甲醇燃烧后的碳最终也是以二氧化碳的形式排放到环境中，因此，回收二氧化碳的多联产系统最终的二氧化碳排放量是1.10 kg，对碳的有效回收达到了56.5 %。