[实用新型]风、光弃电和工业有机废水用于煤制天然气的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可再生能源收集和利用的方法，具体涉及一种风、光弃电和工业有机废水用于煤制天然气的系统。

背景技术

我国经济近年来一直保持着稳定快速的增长势头，工业、农业、第三产业服务业和高新技术产业发展迅速，人民生活水平不断提高；同时，对传统能源的需求和使用也大幅提高。目前，我国已经是全球第二大石油消费国，对于石油进口的依赖程度也是逐年增加。我国也是煤炭生产与消费的主要贡献者，总量均接近全球的1/2，这也是造成国内环境问题，特别是雾霾天气频出的主要原因之一。我国已经逐步开始调整能源结构，近年来积极推进可再生能源的发展，努力提高可再生能源在我国能源消费结构中的比重，希望可以缓解我国能源需求增长过快的压力和改善生态环境。在近十年里，风能发电和光伏发电在新能源领域中发展迅速。截至2013年底，我国风电装机容量已经达到约9174万千瓦，光电装机也已经达到1479万千瓦，均居世界第一位。但是，也出现了风能、光能等新能源建设产能过剩的问题，导致发电难以送出，出现了较为严重的弃风、弃光问题。国家能源局的一项统计显示，2013年，我国风电平均弃风率为10％，而从重点区域来看，弃风率在25％以上，如内蒙古和东北的不少地方，弃风率在35％—40％。因此，如何充分有效利用我们的新能源，特别是如何消纳那些弃风弃光是一个急需解决的重要课题。

我国煤化工产业大，品种多，生产规模较大，煤气化过程需要的氧气和后续的调节碳氢比的需要的氢气量很大，导致排放的二氧化碳量大。而且煤化工的空分和自备电厂是污染排放的主要来源、目前国内传统的碳一化工产品市场已进入饱和期且传统煤化工带来的环境污染问题日益严重，很多地方环境容量饱和，后续发展乏力，这种情况需要急切改变。现代新型煤化工是一种相对清洁、绿色和环保的新兴产业，它是以石油替代为目标，希望可以改变我国能源储备“多煤、少气、少油”的现状以及缓解传统煤化工对环境造成的污染。虽然现代新型煤化工总体上有利于提高煤的利用效率，但在生产过程中，相比于传统煤化工，现代煤化工的环境污染更多的是从一个技术环节转移到另一个技术环节，二氧化碳等温室气体、废渣和废水的排放问题并未得到根本解决。废水的有效处理和温室气体的大量排放已经成了制约现代煤化工进一步发展的重要屏障。发展绿色环保且高效的煤化工工艺，已经成了目前的当务之急。

现代新型煤制天然气是现代煤化工产业中重要的组成部分，典型的现代煤制气工艺流程包括煤气化、变换反应(耐硫宽温变换)、低温甲醇洗、甲烷化等工序，如图1所示。煤气化工艺中，制造粗煤气的主要反应物是煤、蒸汽和氧气。煤气化反应中需要的氧气主要是通过空分装置提供，但是空分装置的设备投资和运行成本都很大，这大大增加了煤制天然气工艺的成本。除此之外，煤气化过程中污染物排放，尤其是二氧化碳的大量产生会引发各种环境问题，回收利用二氧化碳意义重大。变换反应(耐硫宽温变换)是用来调节粗煤气中的氢碳比的。通常情况下煤气化制得的粗煤气中氢碳比太低，根据化学反应方程式(1)可知，氢气与一氧化碳合成甲烷的化学当量比为3。因此，在煤气化工序后必须要引入变换反应来增加氢气的物质的量，达到调节氢碳比的目的。然而，用这种方式来调节氢碳比存在着明显的缺点：(1)根据化学反应方程式(2)，变换反应(耐硫宽温变换)必然要消耗大量的水，并且产生大量的温室气体二氧化碳；(2)为了生成更多的氢气，需要消耗更多的一氧化碳，这降低了碳的有效转化率，影响了最终的甲烷产率；(3)变换反应需要在至少5MPa的压强和300℃～600℃高温高压条件下才能很好的进行，能耗大且不易控制。对于现代新型煤制气工艺，煤气化和变换反应是两个主要的工序，煤制油、煤制甲醇等工艺也存在着类似的问题。

开发一种绿色的技术给现代新型煤制天然气工艺提供必需的氧气和氢气，将完全有可能避免使用高能耗的空分装置和变换反应装置。水电解制氢氧技术已经是工业上非常成熟的技术，能够提供氧气和氢气，但是由于其能耗过高，因此在工业界始终没有大规模的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种风、光弃电和工业有机废水用于煤制天然气的系统，优化升级新型煤制天然气工艺，通过新旧能源产业的结合互补，提高煤化工的产率，降低二氧化碳的排放和生产工艺中的能耗，实现煤制天然气工艺的节能环保和高效益。

为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：