[发明专利]一种核能-煤生产燃料化学品的零碳排放系统及方法

说明书

本发明提供一种核能‑煤生产燃料化学品的零碳排放系统及方法，包括采用高温气冷堆换热系统加热预热的原水；加热后的原水进入固体氧化物电解槽发生电解反应生成氢气和氧气；氧气进入煤气化炉与粉煤发生气化反应生成粗煤气，粗煤气再经过粗煤气净化装置净化成为净粗煤气，再在脱硫净化装置中进行脱硫净化处理；将所述氢气和经过脱硫净化处理的净粗煤气在混合器中混合成为混合净化气，将混合净化气输入燃料化学品合成塔进行反应。本发明采用核能提供零碳排放的大部分氢，与来自煤气化的低氢碳比的净粗煤气混合后调节合成气的氢碳比，从而取消传统煤化工生产中水煤气变换系统和高能耗的空分系统，降低生产系统的能耗，减少系统直接二氧化碳的排放。

技术领域

本发明涉及核能应用和煤化工技术领域，特别是涉及一种核能-煤生产燃料化学品的零碳排放系统及方法。

背景技术

煤化工是我国工业部门的重要组成部分，2014年我国煤化工行业碳排放量约为4.95亿吨，占工业部门总碳排放量的7.2％左右。若不计入电石和煤焦化行业，2014年其碳排放量为2.64亿吨，碳排放强度13.6tCO₂/万元GDP，是工业部门碳排放强度的4.5倍，远远高于我国单位GDP碳排放强度。根据《中国煤化工产业中长期发展规划》，未来十五年，我国新型煤化工产业将迎来快速发展阶段，由煤化工引起的碳排放量将在2020年将达到8.9亿吨，2030年将接近17亿吨，碳排放强度上涨至14.2tCO₂/万元GDP。基于我国政府已明确提出控制温室气体排放行动目标，到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低40％～45％，2030年左右实现二氧化碳排放达到峰值，未来高碳排放强度的煤化工行业如何顺利完成碳减排目标，实现低碳化发展尤为重要。

煤化工行业的高碳排放，一方面是由于系统供热供电引起的间接碳排放；另一方面的CO₂排放来源于工艺过程的直接碳排放，由于煤炭中氢气含量的不足，为了实现下游燃料化学品生产所需要的合适的氢碳比，需要水煤气变换过程来弥补氢的不足，水煤气变换过程的主要反应为：

CO+H₂O→H₂+CO₂

在该过程中超过50％的碳转化为二氧化碳排放。以煤制甲醇为例，每生产1吨甲醇消耗原料煤1.9吨，由此引起的直接碳排放为3.5吨CO₂/甲醇，2015年我国甲醇产量4720万吨，其中煤制甲醇比例为70％，合计煤制甲醇行业的CO₂排放量为1.2亿吨，占当年工业部门总碳排放量的2％。

核能作为一种安全、清洁、经济、可靠的能源，在未来能源的发展占着举足轻重的地位，发展核能是解决能源供应和改善环境的有效途径。目前我国的核能主要用于供电，截至2012年底，我国在运核电机组17台，装机规模达到1476.4万千瓦，占我国总发电装机规模的1.0％左右；年发电量为94.57TWh，占我国年总发电量的1.9％；在建机组达27台，装机规模达2949万千瓦，是全球核电在建规模最大的国家。为了进一步优化电力结构，我国有关部门制订了《核电发展专题规划(2005-2020年)》，提出到2020年我国核电运行装机容量争取达到4000万kW；核电年发电量达到2600-2800亿kWh，核电占全部电力装机容量的比重从现在的不到2％提高到4％。

核电作为清洁零碳的电力来源，除并网发电外，本发明针对高碳排放量的煤化工行业，使用核能提供零碳排放的大部分氢，与来自煤气化的低氢碳比的煤气混合后调节合成气的氢碳比以适应下游生产燃料化学品合成气的要求，从而取消水煤气变换系统，减少系统直接二氧化碳的排放。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种核能-煤生产燃料化学品的零碳排放系统及方法，用于解决现有技术为了实现下游燃料化学品生产所需要的合适的氢碳比，所利用的煤化工生产中水煤气变换系统的二氧化碳排放量高等问题。