[发明专利]一种可回收利用CO2的化工动力多联产能源系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源化工与环境技术领域，特别是涉及一种节能环保的化工动力多联产能源系统及方法。

背景技术

我国能源结构以煤炭为主，煤炭作为高碳排放的化石能源，其传统的直接燃烧利用方式和转化技术能源利用效率低下(约为35％-38％)、CO₂排放严重，我国早在2007年CO₂排放量就已经超过了美国，居世界第一位。在《京都议定书》协议中，以及“哥本哈根会议”上，我国都表示积极参与CO₂减排，而我国正处在工业大发展时期，这无疑使得我国在政治、经济和环境方面承受着巨大的压力。我国富炭缺油的能源格局，又使得液体燃料严重短缺，我国从1993年起就已经从石油出口国变成纯石油进口国了，而且需求量一直增加，严重危险到国家能源安全，寻求新的煤基液体替代燃料刻不容缓。另一方面，作为炼焦大国，对于焦炉煤气的利用却显得明显不足，基本上以燃烧为主(290亿Nm3，2004)，焦炉煤气中氢气含量高达60％，CH₄含量约25％，这种直接燃烧的利用方式，不仅能量利用效率低，而且浪费了宝贵的氢资源。因此，如何实现煤炭资源以及焦炉煤气的合理转化利用，以解决能量利用效率低下，环境污染严重、液体燃料短缺等问题就值得关注。

面对以上能源和环境问题的压力，新的煤炭利用技术得到广泛关注和发展。整体煤气联合循环(IGCC)发电系统，以及在此基础上发展起来的化工-动力多联产系统在很大程度上提升了能源的利用程度，使能量利用效率在原有基础上提高了7％-10％。目前，世界上已有多座商业示范工程，尽管在技术和工艺上的改进提高了能源的利用效率，但是，对于大幅度降低CO₂的排放还是显得有些无能为力。为此，基于CO₂捕集储存技术(Carbon Capture and Storage，简称CCS)的IGCC多联产系统得到进一步的研究和发展。目前大部分减排CO₂途径大都是利用水煤气变换反应、膜分离技术、化学链燃烧技术等方法以提高CO₂的浓度，从而达到CO₂分离的目的。尽管这些技术可以很大程度上降低CO₂的排放，但CO₂分离能耗以及空分装置的能耗也相当大，当系统减排70％以上的CO₂时，系统能量利用效率仅为35％-37％。这些减排途径都是先将CO转化为CO₂，然后再进行CO₂分离，不仅浪费了宝贵的CO资源，还增加了分离能耗。此外，分离出的大量CO₂的处理也需要考虑，我国目前CO₂年需求量还不足100万吨/年，分离出来的CO₂远高于需求承受能力，对于将CO₂地下封存的处理尽管得到世界多个国家的认可，但是目前还仅停留在模拟和实验室阶段，而且地下埋存的风险性较大，CO₂的管道运输设备苛刻，成本高，并没有得到欧盟和美国等发达国家的认可。

从上面的研究进展可以看出，通过技术的改进可以提高系统能量利用效率，但避免不了CO₂排放问题。反之，通过技术的改进可以实现CO₂的减排，却又使得系统能量利用效率下降，同时分离出来的CO₂处理还存在一些技术上的难题。不难得到，能量利用效率和CO₂减排是一个对立、矛盾体，如何解决这个矛盾，以达到系统较高效率的同时，实现CO₂的减排，避免CO₂分离，以及CO₂后续处理等问题，最终实现生产系统节能减排双重效果就显得尤为关键和重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统及方法，以解决分离CO₂能耗高、运输及埋存CO₂困难和安全系数低等问题。