阅读说明：本技术 一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统及方法 (Carbon monoxide conversion co-production electric energy system and method for device for preparing methanol by gasifying coal water slurry ) 是由 兰荣亮 谢东升 马炯 汪根宝 王靓 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明属于煤制甲醇装置工艺节能优化和余热利用技术领域,提供一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统及方法。结合工厂余热回收利用技术,优化和搭建工艺流程,提出在煤化工生产工艺装置中,通过引入余热发电机组,用于回收利用变换过程的反应热,满足一氧化碳变换反应转化率要求的同时获得电能,并具有能量集成效果好、节能降耗显著、余热利用效率高等特点。(The invention belongs to the technical field of energy-saving optimization and waste heat utilization of a process of a device for preparing methanol from coal, and provides a system and a method for carbon monoxide conversion and co-production of electric energy of a device for preparing methanol from coal water slurry gasification. The method combines the waste heat recycling technology of a factory, optimizes and builds the process flow, provides a method for recycling the reaction heat in the conversion process by introducing the waste heat generator set in the coal chemical production process device, meets the requirement of the conversion rate of the carbon monoxide conversion reaction and simultaneously obtains electric energy, and has the characteristics of good energy integration effect, obvious energy saving and consumption reduction, high waste heat utilization efficiency and the like.)

一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统及 方法

技术领域

本发明属于煤制甲醇装置工艺节能优化和余热利用技术领域，涉及一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统及方法，是余热发电技术在煤化工装置的工业化应用。

背景技术

为了加强煤制甲醇装置节能技术的应用，采用余热发电技术进行优化装置工艺技术路线，具有能源利用效率高，增加电力供应等综合效益。在煤制甲醇装置中，来自上游水煤浆气化装置的粗合成气中CO的含量较多，需要通过一氧化碳变换催化反应将CO与水反应转化成CO₂和H₂，对工艺气组分进行调节，使其满足f＝(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)＝2.0～2.15，然后进入甲醇合成装置。

一氧化碳变换反应属于强放热反应，是一个热力学控制的过程。一氧化碳变换过程的大量反应热回收是通过设置多台换热器，副产中低压蒸汽、预热锅炉给水、加热脱盐水和循环水冷却等方式来实现。通常副产的大多数蒸汽品位低、能量利用率低，产生的大量多余蒸汽往往直接放空排放，造成能源的极大浪费。

发明内容

本发明的目的在针对现有技术存在的不足之处，而提供一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统及方法。结合工厂余热回收利用技术，优化和搭建工艺流程，提出在煤化工生产工艺装置中，通过引入余热发电机组用于回收利用变换过程的反应热，满足工艺生产要求的同时获得电能，并具有能量集成效果好、节能降耗显著、余热利用效率高等特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统，该系统包括第一气液分离器、第二气液分离器、第三气液分离器和第四气液分离器；粗合成气的输出管道与第一气液分离器相连，所述第一气液分离器顶部的输出端分为两路：其中一路通过粗煤气预热器与脱毒槽的输入端相连，所述脱毒槽底部的输出端与变换炉顶部的输入端相连，所述变换炉底部的输出端通过粗煤气预热器与第一发生器相连，另外一路与第一发电机组出口端相连后进入第二气液分离器，所述第二气液分离器顶部的输出端通过第二发生器与第三气液分离器相连，所述第三气液分离器经过脱盐水预热器和水冷器进入第四气液分离器，所述第四气液分离器顶部的输出端与送去界外。

上述系统中：所述的第一发生器与第一发电机组匹配相连；所述的第二发生器与第三发电机组匹配相连。

上述系统中：所述的脱毒槽和变换炉为绝热固定床反应器。

上述系统中：所述的第一、第二发电机组为卡琳娜循环或朗肯循环。

一种利用上述的系统实现水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能的方法，该方法包括以下步骤：

1)来自上游水煤浆煤气化装置粗合成气进入第一气液分离器后，顶部气相分为两股气体，其中一股工艺气被粗煤气预热器加热后进入脱毒槽除去杂质后，进入变换炉进行一氧化碳变换反应；

2)变换炉出口温度为390～430℃变换气经过粗煤气预热器被降温至350～380℃后进入第一发生器驱动第一发电机组获得电能；

3)变换气被进一步降低温度至210～230℃后与另外一股未变换气混合后进入第二气液分离器，底部分离液相后，顶部气相进入第二发生器驱动第二发电机组获得电能；

4)经第二发生器后驱动发电降温至温度为160～185℃气体先进入第三气液分离器，经分离后得到的气相经过脱盐水预热器和水冷器被冷却后进入第四气液分离器，从第四气液分离器出来的气体送至界外；

5)第二气液分离器和第三气液分离器的底部凝液汇合后送去界外，第四气液分离器的底部凝液送去界外进一步处理。

上述方法中：所述的第一气液分离器顶部出口粗合成气作为未变换气的分流率为0.4～0.6。

上述方法中：所述的脱毒槽和变换炉的入口温度控制在260～300℃。

上述方法中：第一气液分离器的操作温度控制在240～250℃，第二气液分离器的操作温度控制在210～230℃，第三气液分离器的的操作温度控制在160～185℃，第四气液分离器的操作温度控制在35～40℃

本发明的有益效果：

结合工厂余热回收利用技术，优化和搭建工艺流程，提出在水煤浆气化制甲醇装置生产中，引入余热发电技术的设计思路，提出在一氧化碳变换工艺中串联了第一、第二循环工质发电机组，有效回收利用一氧化碳变换过程余热联产电能，具有能量集成效果好、余热利用效率高、经济效益显著等特点。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

图中：1-第一气液分离器，2-粗煤气预热器，3-脱毒槽，4-变换炉，5-第一发生器，6-第二气液分离器，7-第二发电机组，8-第三气液分离器，9-脱盐水预热器，10-水冷器，11-第四气液分离器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统及方法，该系统包括第一气液分离器(1)、脱毒槽(3)、变换炉(4)、第二气液分离器(6)、第三气液分离器(8)、第四气液分离器(11)、第一发电机组(5)和第二发电机组(7)；粗合成气的输出管道与第一气液分离器(1)相连，所述第一气液分离器(1)顶部的输出端分为两路：其中一路通过粗煤气预热器(2)与脱毒槽(3)的输入端相连；

所述脱毒槽(3)底部的输出端与变换炉(4)顶部的输入端相连，所述变换炉(4)底部的输出端通过粗煤气预热器(2)与第一发生器(5)相连，另外一路与第一发电机组(5)出口端相连后进入第二气液分离器(6)，所述第二气液分离器(6)顶部的输出端通过第二发生器(7)与第三气液分离器(8)相连，所述第三气液分离器(8)经过脱盐水预热器(9)和水冷器(10)进入第四气液分离器(11)。所述第四气液分离器(11)顶部的输出端与送去界外。

所述的第一发生器(5)与第一发电机组匹配相连；所述的第二发生器(7)与第三发电机组匹配相连。

所述的脱毒槽(3)和变换炉(4)为绝热固定床反应器。

所述的第一、第二发电机组为卡琳娜循环(Kalina Cycle)或朗肯循环(RankineCycle)。

实施例1

来自上游水煤浆煤气化装置的439105kg/h粗合成气(主要成分为CO、H₂、CO₂、H₂S、H₂O等，6.25MPa)，该设备操作温度控制在240℃，进入第一气液分离器(1)经过气液分离后，顶部气相分为两股气体，其中一股占总气量的60％，被粗煤气预热器(2)加热至260℃后进入脱毒槽除去杂质后，进入变换炉进行一氧化碳变换反应；变换炉出口的变换气温度为390℃，经过粗煤气预热器被降温至350℃后进入第一发生器驱动第一发电机组获得电能；驱动发电降温后的变换气210℃与另外一股未变换气混合后进入第二气液分离器，该设备操作温度控制在210℃，底部分离液相后，顶部气相进入第二发生器驱动第二发电机组获得电能；经第二发生器后驱动发电降温至160℃后的工艺气进入第三气液分离器，同时该设备操作温度控制在160℃，经分离后得到的气相经过脱盐水预热器和水冷器被冷却后进入第四气液分离器，该设备操作温度控制在35℃，从第四气液分离器出来238776kg/h气体送至界外。

表1水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能一览表

序号	名称	发电量/kW
			1	第一发电机组	8632.4
2	第二发电机组	8332.7
			3	合计	16965.1

实施例2

来自上游水煤浆煤气化装置的439105kg/h粗合成气(主要成分为CO、H₂、CO₂、H₂S、H₂O等，6.25MPa)，进入第一气液分离器(1)，该设备操作温度控制在245℃，经过气液分离后，顶部气相分为两股气体，其中一股占总气量的50％，被粗煤气预热器(2)加热至280℃后进入脱毒槽除去杂质后，进入变换炉进行一氧化碳变换反应；变换炉出口的变换气温度为410℃，经过粗煤气预热器被降温至367℃后进入第一发生器驱动第一发电机组获得电能；驱动发电降温后的变换气220℃与另外一股未变换气混合后进入第二气液分离器，该设备操作温度控制在225℃，底部分离液相后，顶部气相进入第二发生器驱动第二发电机组获得电能；经第二发生器后驱动发电降温至175℃后的工艺气进入第三气液分离器，同时该设备操作温度控制在175℃，经分离后得到的气相经过脱盐水预热器和水冷器被冷却后进入第四气液分离器，该设备操作温度控制在38℃，从第四气液分离器出来226534kg/h的气体送至界外。

表2水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能一览表

序号	名称	发电量/kW
			1	第一发电机组	8263.8
2	第二发电机组	9710.9
			3	合计	17974.7

实施例3

来自上游水煤浆煤气化装置的439105kg/h粗合成气(主要成分为CO、H₂、CO₂、H₂S、H₂O等，6.25MPa)进入第一气液分离器(1)，该设备操作温度控制在250℃，经过气液分离后，顶部气相分为两股气体，其中一股占总气量的40％，被粗煤气预热器(2)加热至300℃后进入脱毒槽除去杂质后，进入变换炉进行一氧化碳变换反应；变换炉出口的变换气温度为430℃，经过粗煤气预热器被降温至380℃后进入第一发生器驱动第一发电机组获得电能；驱动发电降温后的变换气210℃与另外一股未变换气混合后进入第二气液分离器，该设备操作温度控制在230℃，底部分离液相后，顶部气相进入第二发生器驱动第二发电机组获得电能；经第二发生器后驱动发电降温至185℃后的工艺气进入第三气液分离器，同时该设备操作温度控制在185℃，经分离后得到的气相经过脱盐水预热器和水冷器被冷却后进入第四气液分离器，该设备操作温度控制在40℃，从第四气液分离器出来226532kg/h的气体送至界外。

表3水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能一览表

序号	名称	发电量/kW
			1	第一发电机组	7688.6
2	第二发电机组	11116.7
			3	合计	18805.3

本发明设计的一种水煤浆气化制甲醇装置一氧化碳变换联产电能系统及方法在保证CO高效转换率，满足生产工艺要求的同时，可以实现电能输出，节能效果显著。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明创造的原理，并不因此而限定本发明的保护范围，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本技术发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。