[发明专利]一种催化气化煤基能源化工产品多联产系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于能源与化工领域，具体地说涉及一种催化气化煤基能 源化工产品多联产系统及方法。

背景技术

世界一次能源消费中，煤是增长最快的燃料，已连续多年超越石 油和天然气实现市场份额的增长。但煤也是含碳量最高的化石燃料， 在燃烧和转化过程中，不可避免地产生大量二氧化碳，而二氧化碳排 放对全球气候变化的影响已经为世界所关注，所以解决二氧化碳排放 的问题已刻不容缓。

“富煤、少油、缺气”是中国能源资源结构的基本特点。中国化 石能源总量中，95.6％为煤炭，煤炭生产、消耗连续几年居世界第一 位。这一能源结构决定了中国一次能源以煤为主的格局在相当长的时 期内难以改变。然而，传统的煤炭开采和利用方式，存在煤炭资源综 合利用率很低、排放大量二氧化碳等问题，另外，中国1290亿吨储 量的褐煤尚未很好开发和利用。因此，中国急需开发新型煤化工技术， 改变传统的煤炭开采和使用方式，高效、清洁、安全地利用包括褐煤 在内的丰富煤炭资源。

煤催化气化反应即煤和水蒸汽在催化剂的作用下生成甲烷，一氧 化碳，氢气等有效成分及二氧化碳，少量的硫化氢和氨。煤催化气化 一般采用流化床，与其它气化工艺相比，该技术具有可以不用氧气生 产甲烷，甲烷含量较高，反应温度较低，气化炉中可同时发生煤气化、 没有单独的变换反应及甲烷化反应，不必设置变换工段和甲烷化工 段，大型流化床的使用将提高生产量，大大节省投资。由于不需要氧 气，炉灰结渣问题不复杂，能实现连续排干渣，同时催化剂的回收简 单，气体在气化炉中停留时间长，催化剂也会阻止焦油的生成。气化 炉温度较低，对反应器材料及机械加工等要求也不苛刻。但该工艺也 存在以下缺点，催化剂不能完全阻止弱结焦，碳的实际转化率不超过 90％，反应中产生大量二氧化碳气体，也不能解决二氧化碳的排放问 题。

CN101024783A公布了一种化工-动力多联产生产系统，该系统采 用粗合成气经降温、净化后直接化工合成，反应后的合成气一部分用 于循环，另一部分用于燃料送入燃气/蒸汽联合循环系统进行发电。 该系统主要目的是利用合成气余热达到节能效果，并没有解决CO₂排 放的问题，不能实现生态循环生产。

合成气生产甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇或二甲醚等时，通常需 要调节氢碳比(如向合成气中添加一定量的H₂)。虽然目前大约96％ 的工业用氢来源于天然气、石油和煤等化石能源，但使用化石能源制 氢的生产技术与工艺不能解决CO₂排放问题，因而不能实现生态循环 生产。其它制氢技术中，水电解制氢是目前应用较广且相对成熟的制 氢方法之一。利用可再生能源所产生的电能(包括太阳能、风能等) 作为动力来水电解制氢是目前最具前景而且最可行的技术，被称为通 向氢经济的最佳途径。但目前水电解制氢与煤催化气化联产还未见报 导。

综上，世界各国相继发展的煤基能源化工多联产技术都没有系统 考虑二氧化碳资源化利用问题，如何控制和减少煤在转化和燃烧过程 中产生的二氧化碳，并将其资源化利用，成为新型煤化工技术发展的 首要问题。虽然鉴于“温室效应”的严重性，欧美国家近年来开始研 究煤基近零排放多联产系统，但由于二氧化碳化学性质稳定，这种煤 基近零排放多联产系统无法在生产过程中实现二氧化碳减排，只能采 用捕集和封存的方法去解决，而此方法成本高昂、不能真正从量上减 少二氧化碳，长远看来仅为权宜之计。要彻底解决二氧化碳的问题， 就必须突破现有化石能源的局限，把可再生能源引入煤基能源化工产 品的生产过程，实现多能源的融合，将二氧化碳转化为能源化工产品， 从而实现生产过程二氧化碳的近零排放。

发明内容

本发明属于能源与化工领域，具体地说涉及一种催化气化煤基能 源化工产品多联产系统及方法，包括以煤催化气化为基础的煤基甲烷 联产甲醇和/或二甲醚等的系统和方法。本发明还涉及结合上述系统 和方法间接或者直接实现二氧化碳资源化的方法以及该方法中涉及 的所需氢气的生产方法。

本发明的目的是提出一种催化气化煤基能源化工产品多联产系 统及方法，形成生态循环式的生产模式，实现二氧化碳的近零排放。