CN101705115A - 一种催化气化煤基能源化工产品多联产***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种催化气化煤基能源化工产品多联产***及方法，通过集成煤催化气化、煤基多联产、可再生能源利用和二氧化碳减排技术，将煤炭转变为甲烷等清洁能源化工产品和/或清洁电力，形成煤炭资源开发利用的生态循环模式。

Description

一种催化气化煤基能源化工产品多联产***及方法

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***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***，该***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***进行发电。该***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***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***，但由于二氧化碳化学性质稳定，这种煤基近零排放多联产***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***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***和方法。本发明还涉及结合上述***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***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。

为达到此目的，本发明提供的技术方案为：一种催化气化煤基能源化工产品多联产***及方法，通过煤催化气化技术和煤基能源化工产品多联产技术的耦合实现煤炭转变为甲烷、二甲醚、甲醇、乙二醇和低碳醇等的清洁生产，并把可再生能源引入煤基多联产生产过程中，集煤气化技术、新型煤基能源多联产技术、复合能源制氢氧技术、藻类生物吸碳技术及发电技术等于一体。

上述技术方案中，一种催化气化煤基能源化工产品多联产***及方法，其特征在于其包括煤的催化气化和煤基能源产品多联产两个主要工艺流程。

煤的催化气化工艺是用锅炉将水加热为蒸汽，再经过蒸汽加热器后通入催化气化流化床气化炉。将煤在粉碎机和磨煤机中粉碎，然后将催化剂的水溶液和煤粉混合浸渍，制备好的煤粉经干燥器后进入流化床气化炉，在600℃-700℃、3-4MPa下，煤被反应水蒸汽及氢气和一氧化碳循环混合气所悬浮流动中气化。循环气被预热到大约800℃，气化炉出来的反应气体先经过气固分离器、换热器然后进入水洗塔洗涤，酸性气体采用工业上常用的技术加以脱去，利用低温蒸馏的方法将产品甲烷从一氧化碳和氢气中分离，而一氧化碳和氢气再循环进入气化炉。

上述技术方案中，所述的煤催化气化技术和煤基能源多联产技术组成的主流程为，以煤气化为龙头，得到的粗煤气通过合成气净化工段脱硫和脱碳，得到富含H₂、CO和CH₄的精合成气。精合成气通过配入适量的H₂来调节氢碳比以反应合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚或者它们的任意组合。其中精合成气也可分离甲烷后一部分直接甲烷化制备甲烷，另一部分直接送入多联产工段合成甲醇，甲醇再进一步脱水生产二甲醚。多联产过程中产生的蒸汽可用于蒸汽发电。

上述技术方案中，所述的煤和催化剂通过进料***与气化炉连接，水蒸汽源过热后与气化炉连接，气化炉出口连接净化***和灰渣储存箱.气化反应炉中煤、催化剂和水蒸汽反应生成混合气，包括甲烷、一氧化碳、氢气和二氧化碳等，灰渣进入灰渣储存箱中.灰渣中的催化剂回收后储存于催化剂储存罐中.

上述技术方案中，净化后的气体可以分离成甲烷和合成气，合成气可以返回气化反应炉。

上述技术方案中，所述的煤基能源多联产技术，主要目标产品为甲烷、甲醇、和/或二甲醚。甲烷和二甲醚是清洁的能源产品，而甲醇则是重要的基本有机化工原料之一，因此它们的联产，竞争优势十分明显。通过多联产技术，不仅可以达到能源的高效利用、低能耗、低投资和低运行成本、以及最少的全生命周期污染物排放，而且可以根据需要灵活地调整产品比例，实现最佳经济效益和社会效益。

上述技术方案中，所述的把可再生能源和可再生资源引入煤基多联产生产过程中，一方面通过将生物质能、太阳能引入煤基能源化工的生产过程中，利用配氢化学固碳将煤气化中的CO全部转化为能源化工产品从而避免或减少CO₂的产生；另一方面生产过程中所产生的CO₂提供藻类生物吸碳技术所需要的原料，生产生物柴油、氧气、甲烷以及生产过程中所需的部分氢气或乙醇中的一种或多种；藻类残渣及产生废水用于生物电化学制氢；最后整个生产过程所需要的电能由太阳能光伏发电、风能发电、水电、潮汐发电、地热发电等可再生能源发电、核电以及低谷电能，或者为煤基多联产生产过程中余热回收推动的蒸汽发电提供，也可以是上述电力的任意组合提供，所需要的氢气和氧气由复合能源制氢氧技术制得。

所述的利用配氢化学固碳将煤气化所产生的CO全部转化为能源化工产品是指通过配氢使合成甲醇、甲烷、二甲醚、乙二醇和/或低碳醇的合成气中的氢气与CO(也可以包括CO₂，例如甲烷化反应中，CO和CO₂都可以和氢气反应生产甲烷)的比例调至高于发生合成反应所需的理论比例，然后通过控制适量的循环比，使合成气中的CO(也可以包括CO₂)全部转换成相应的能源化工产品。

上述技术方案中，所述的复合能源制氢氧技术，其能源方式优选采用风光互补电站供电，该电站包括发电***、逆变配电并网***和数据监控***三部分。

上述技术方案中，生产过程中所需要的氢气可以通过一种或者多种制氢技术复合制备，包括但不限于水电解制氢氧技术、生物制氢技术、生物电化学制氢技术或光电催化制氢技术中的一种或多种组合提供。

所述的生物电化学制氢技术，是以含有机物的废水为原料，以亲阳极微生物作为阳极催化剂的制氢过程。在该过程中，有机物在微生物作用下生成电子和质子，电子通过外电路转移到阳极，而质子通过水溶液转移到阴极，在微弱外电压下，质子接受电子生成氢气。藻类残渣及产生的废水中的有机物可以通过生物电化学制氢技术脱除，并把产生的氢气反馈回合成工段。

上述技术方案中，所述的水电解制氢氧技术，其水电解方式采用环境友好、气体纯度高、电解效率高的固体聚合物电解质(SolidPolymer Electrolyte，SPE or Proton Exchange Membrane，PEM)电解槽***，也可以采用传统的碱性电解槽***，还可以采用固体氧化物电解质电解槽***。

上述技术方案中，所述的生物制氢技术，包括但不限于是以生物质为原料利用热物理化学原理和技术制取氢气和利用生物代谢过程将有机质或水转化为氢气。后者包括但不限于光合生物直接制氢和生物质发酵制氢。

上述技术方案中，所述的光电催化制氢技术，包括但不限于太阳能光电化学法制氢和太阳能半导体光催化反应制氢。

上述技术方案中，所述的复合能源制氢氧技术产生的氢气可以连接催化气化反应炉，也可以连接多联产反应装置，产生的氧气收集储存供外销。煤基能源化工多联产生产模块中甲醇、甲烷、二甲醚、乙二醇和/或低碳醇等的合成反应中氢碳比的调节可以不通过水煤气变换反应来调节，而是通过上述制氢方式来供氢以达到反应所需的氢碳比。

上述技术方案中，所述的藻类生物吸碳技术，其特征在于藻类利用光合作用吸收煤基能源生产过程中产生的CO₂，同时放出氧气，然后通过生物提炼技术提取生物柴油，藻类残渣经过生物发酵产生甲烷、氢气或乙醇中的一种或多种；氢气反馈回合成工段，形成循环工艺。

上述技术方案中，与藻类生物吸碳技术中的藻类***相连的反应器包括但不限于分离装置、多联产反应装置。

上述技术方案中，所述的煤的催化气化工艺采用气化、变换和甲烷化的合三为一。

由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比有以下优点：

(1)CO₂的近零排放。一方面通过藻类生物吸碳技术，捕获、吸收CO₂，另一方面通过配氢化学固碳技术，将CO全部转化成能源产品，从而实现CO₂近零排放。

(2)资源的最优化利用。将煤转化为甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚等附加值高的能源化工产品；通过复合能源制氢氧技术，节省空分工段、部分锅炉和水煤气变换工段的设备投资和运行费用以及整个***所需的传统电能；利用生物提炼技术得到生物柴油，碳资源综合利用效率可达80％以上。

(3)煤基能源生产和发电过程的清洁化和高效化。煤催化气化制甲烷实现了气化、变换和甲烷化反应的合三为一，与传统的煤制天然气工艺相比具有成本低、工艺简单的优势。

附图说明

图1是基于煤催化气化的煤基能源化工产品多联产工艺总路线。

图2是催化气化煤基能源化工产品多联产***总详示图。

图3是多联产生产甲烷、甲醇和/或二甲醚工艺路线。

图4是多联产生产甲醇、乙二醇和/或低碳醇工艺路线。

图5是实施例五至十五的生产工艺路线。

其中，图2为摘要附图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步详细的说明，本发明包括但不限于这些实施方式。以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

本领域普通技术人员可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。

实施例一：

参照图2的工艺路线，褐煤和催化剂经过混合、干燥后以干粉的形式进入催化气化炉，水蒸汽为气化剂，在温度593～700℃，压力为3～4MPa，钾盐(含量为15％)催化剂作用下，在催化气化炉中反应生成粗合成气，主要成分为CH₄，H₂，CO，CO₂等，粗合成气经过净化分离出甲烷，剩余H₂和CO，和制氢***的氢气混合经路线1返回催化气化反应炉继续反应。气化炉中生成的灰渣排入灰渣储存箱中，催化剂回收储存。净化***分离出H₂S进一步加工得到硫磺，直接销售。催化气化反应的合成气分离出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油，同时联产氧气，氧气储存。藻类残渣发酵制乙醇、甲烷和氢气，氢气返回合成工段。发酵后的藻类残渣及***中产生的废水还可用于生物电化学制氢，氢气返回合成工段，形成循环工艺。

实施例二：

参照图2的工艺路线，褐煤和催化剂经过混合、干燥后干粉的形式进入催化气化炉，以水蒸汽为气化剂，在温度593～700℃，压力为3～4MPa，钾盐(含量为15％)催化剂作用下，在催化气化炉中反应生成粗合成气，主要成分为CH₄，H₂，CO，CO₂等，粗合成气经过净化分离甲烷后的合成气(主要包括H₂、CO)，一部分和制氢***的氢气混合可经过路线1返回催化气化反应炉继续反应，另一部分可经过路线2送入多联产合成工段用于制备甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚等。甲烷化反应后副产的高品质水返回催化气化工段。催化气化反应的合成气分离出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油，同时联产氧气，氧气直接排放或储存外销。

实施例三：

参照图2和图3的工艺路线，煤催化气化生产的粗合成气经过净化分离甲烷后的合成气(主要是H₂和CO)和制氢***的氢气及藻类生物吸碳***的副产品氢气混合，经路线2送入多联产合成工段，一部分直接甲烷化制备甲烷，副产水返回催化气化工段；另一部分合成甲醇，生产的甲醇的一部分用于生产二甲醚，另一部分可直接销售。甲醇弛放气与合成气混合，合成甲烷。生成的二氧化碳送入藻类生物吸碳***生产生物柴油，同时联产氧气。藻类残渣用于发酵生产副产品氢气、甲烷或乙醇中的一种或多种；副产品氢气返回合成工段。发酵后的藻类残渣及***中产生的废水还可用于生物电化学制氢。

实施例四：

参照图2和图3的工艺路线，煤催化气化生产的粗合成气经过净化分离甲烷后的合成气(主要是H₂和CO)和制氢***的氢气及藻类生物吸碳***的副产品氢气混合，经路线2混合送入多联产合成工段，一部分直接甲烷化制备甲烷，副产水返回催化气化工段，反应过程中放出的热量经回收后产生蒸汽用于发电；另一部分合成甲醇，生产的甲醇的一部分用于生产二甲醚，另一部分可直接销售.甲醇合成的塔顶弛放气，一部分可以配氢返回甲烷化工段合成甲烷，另一部分可以直接用于蒸汽发电.合成气也可以按照图4的工艺路线生产甲烷、乙二醇和/或低碳醇.合成气分别通过配氢生产乙二醇和/或低碳醇，乙二醇和/或低碳醇产生的弛放气和合成气混合，然后通过配氢生产甲烷.另一部分乙二醇和/或低碳醇产生的弛放气可以直接用于蒸汽发电.生成的二氧化碳送入藻类生物吸碳***生产生物柴油，同时联产氧气.藻类的残渣用于发酵生产副产品氢气、甲烷或乙醇中的一种或多种；副产品氢气返回合成工段.发酵后的藻类残渣及***中产生的废水还可用于生物电化学制氢.

实施例五：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的裸藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。裸藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例六：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的绿藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。绿藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例七：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的轮藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。轮藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例八：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的金藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。金藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例九：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的甲藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。甲藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例十：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型.在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的红藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气.红藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油.

实施例十一：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的褐藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。褐藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例十二：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的蓝藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。蓝藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例十三：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的硅藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。硅藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例十四：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的衣藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。衣藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例十五：

***中分离出的二氧化碳气体，经过滤去除固体颗粒，收集至气体储罐后由气泵导入光生物反应器，与光生物反应器相连的通气装置可以选取喷嘴式、曝气头式或其它各种类型。在一定的温度范围(10～40℃)、光照强度下(300～40000LUX)，光生物反应器内培养的黄藻吸收二氧化碳，进行光合作用，在可见光照射下，将二氧化碳转变为葡萄糖，进而转化为蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，同时释放出大量氧气。黄藻经过培养转化为生物质，生物质经过生物提炼技术生产生物柴油。

实施例十六：

参照图2的工艺路线，复合能源制氢氧所需的电能来源于风光互补发电站，同时匹配低谷电能，采用固体聚合物电解质电解槽水电解***进行水电解。水电解产生的氧气储存可供外销，电解产生的氢气则输送到气化和多联产工段用于配氢。一部分气化炉净化分离甲烷后的合成气配氢经过路线1返回催化气化反应炉继续反应，分离的甲烷加工后直接销售。另一部分合成气配氢后还可经过路线2送入煤基多联产工段用于生产甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚。合成气分离后出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油。

实施例十七：

参照图2的工艺路线，复合能源制氢氧所需的电能来源于风光互补发电站，同时匹配低谷电能，采用固体氧化物电解槽水电解***进行水电解。水电解产生的氧气储存可供外销，电解产生的氢气则输送到气化和多联产工段用于配氢。一部分气化炉净化分离甲烷后的合成气配氢经过路线1返回催化气化反应炉继续反应，分离的甲烷加工后直接销售。另一部分合成气配氢后还可经过路线2送入煤基多联产工段用于生产甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚。合成气分离后出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油。

实施例十八：

参照图2的工艺路线，复合能源制氢氧所需的电能来源于风光互补发电站，同时匹配低谷电能，采用碱性电解槽水电解***进行水电解。水电解产生的氧气储存可供外销，电解产生的氢气则输送到气化和多联产工段用于配氢。一部分气化炉净化分离甲烷后的合成气配氢经过路线1返回催化气化反应炉继续反应，分离的甲烷加工后直接销售。另一部分合成气配氢后还可经过路线2送入煤基多联产工段用于生产甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚。合成气分离后出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油。

实施例十九：

参照图2的工艺路线，复合能源制氢氧模块采用生物制氢技术，产生的氢气则输送到合成工段的不同部位用于配氢。一部分气化炉净化分离甲烷后的合成气配氢经过路线1返回催化气化反应炉继续反应，分离的甲烷经过加工后直接销售。另一部分合成气配氢后还可经过路线2送入煤基多联产工序用于制备甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚。合成气分离出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油。

实施例二十：

参照图2的工艺路线，复合能源制氢氧模块采用生物电化学制氢技术，产生的氢气则输送到合成工段的不同部位用于配氢。一部分气化炉净化分离甲烷后的合成气配氢经过路线1返回催化气化反应炉继续反应，分离的甲烷经过加工后直接销售。另一部分合成气配氢后还可经过路线2送入煤基多联产工序用于制备甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚。合成气分离出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油。

实施例二十一：

参照图2的工艺路线，复合能源制氢氧模块采用光电催化制氢技术，产生的氢气则输送到合成工段的不同部位用于配氢.一部分气化炉净化分离甲烷后的合成气配氢经过路线1返回催化气化反应炉继续反应，分离的甲烷经过加工后直接销售.另一部分合成气配氢后还可经过路线2送入煤基多联产工序用于制备甲烷、甲醇、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚.合成气分离出的二氧化碳送入藻类生物吸碳***用于生产生物柴油.

Claims (44)

1.一种催化气化煤基能源化工产品多联产***，包括：煤催化气化技术和煤基能源化工产品多联产技术的耦合。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，煤催化气化包括：煤催化气化炉和净化***。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，煤催化气化净化***分离出来的一氧化碳和氢气再循环进入气化炉或进入多联产工段。

4.根据权利要求1～3所述的任意一种***，其特征在于，煤和催化剂与气化炉连接，水蒸汽源与气化炉连接，气化炉出口连接净化***和灰渣储存箱。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，灰渣储存箱中的煤催化气化用催化剂可以回收，储存于催化剂储存罐中。

6.根据权利要求1～5所述的任意一种***，其特征在于，多联产实现甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇、二甲醚或发电中的一种或多种的联产。

7.根据权利要求1～6所述的任意一种***，其特征在于，煤催化气化得到的粗煤气通过合成气净化得到精合成气，精合成气通过配入适量的H₂来调节氢碳比以反应合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚或者它们的任意组合；或者精合成气分离甲烷后一部分直接甲烷化制备甲烷，另一部分直接送入多联产工段合成甲醇，甲醇再进一步生产二甲醚，甲烷化反应后的副产水返回催化气化工段。

8.一种催化气化煤基能源化工产品多联产***，包括：煤催化气化技术、煤基能源化工产品多联产技术和藻类生物吸碳技术的耦合。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，煤催化气化包括：煤催化气化炉和净化***。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，煤催化气化净化***分离出来的一氧化碳和氢气再循环进入气化炉或进入多联产工段。

11.根据权利要求8～10所述的任意一种***，其特征在于，多联产实现甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇、二甲醚或发电中的一种或多种的联产。

12.根据权利要求8～11所述的任意一种***，其特征在于，煤催化气化得到的粗煤气通过合成气净化得到精合成气，精合成气通过配入适量的H₂来调节氢碳比以反应合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚或者它们的任意组合；或者精合成气分离甲烷后一部分直接甲烷化制备甲烷，另一部分直接送入多联产工段合成甲醇，甲醇再进一步生产二甲醚，甲烷化反应后的副产水返回催化气化工段。

13.根据权利要求8～12所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳技术用于吸收***产生的二氧化碳。

14.根据权利要求8～13所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳技术生成生物柴油和/或氧气。

15.根据权利要求8～14所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳后的藻类残渣经过生物发酵产生甲烷、氢气或乙醇中的一种或多种；发酵后的藻类残渣及***中产生的废水用于生物电化学制氢。

16.根据权利要求8～15所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳后产生的氢气反馈回合成工段，形成循环工艺。

17.根据权利要求8～16所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳采用裸藻、绿藻、轮藻、金藻、甲藻、红藻、硅藻、衣藻、黄藻、褐藻或蓝藻。

18.一种催化气化煤基能源化工产品多联产***，包括：煤催化气化技术、煤基能源化工产品多联产技术和复合能源制氢氧技术的耦合。

19.根据权利要求18所述的***，其特征在于，煤催化气化包括：煤催化气化炉和净化***。

20.根据权利要求19所述的***，其特征在于，煤催化气化净化***分离出来的一氧化碳和氢气再循环进入气化炉或进入多联产工段。

21.根据权利要求18～20所述的任意一种***，其特征在于，多联产实现甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇、二甲醚或发电中的一种或多种的联产。

22.根据权利要求18～21所述的任意一种***，其特征在于，煤催化气化得到的粗煤气通过合成气净化得到精合成气，精合成气通过配入适量的H₂来调节氢碳比以反应合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚或者它们的任意组合；或者精合成气分离甲烷后一部分直接甲烷化制备甲烷，另一部分直接送入多联产工段合成甲醇，甲醇再进一步生产二甲醚，甲烷化反应后的副产水返回催化气化工段。

23.根据权利要求18～22所述的任意一种***，其特征在于，复合能源制氢氧技术包括水电解制氢技术、生物制氢技术、生物电化学制氢技术、光电化学制氢技术中的一种或多种组合。

24.根据权利要求18～23所述的任意一种***，其特征在于，复合能源制氢氧模块中所需的能量采用太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能、核电、低谷电能、煤基多联产生产过程中余热回收推动的蒸汽发电或者以其中的弛放气作为燃气发电或普通电能中的一种或多种。

25.根据权利要求18～24所述的任意一种***，其特征在于，复合能源制氢氧产生的氢气连接催化气化反应炉和/或连接多联产反应装置，产生的氧气储存。

26.根据权利要求18～25所述的任意一种***，其特征在于，煤基能源化工多联产生产模块中甲醇、甲烷、二甲醚、乙二醇和/或低碳醇的合成反应中氢碳比的调节通过复合能源制氢氧模块供氢以达到反应所需的氢碳比。

27.一种催化气化煤基能源化工产品多联产***，包括：煤催化气化技术、煤基能源化工产品多联产技术、藻类生物吸碳技术和复合能源制氢氧技术的耦合。

28.根据权利要求27所述的***，其特征在于，煤催化气化包括：煤催化气化炉和净化***。

29.根据权利要求28所述的***，其特征在于，煤催化气化净化***分离出来的一氧化碳和氢气再循环进入气化炉或者进入多联产工段。

30.根据权利要求27～29所述的任意一种***，其特征在于，多联产实现甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇、二甲醚或发电中的一种或多种的联产。

31.根据权利要求27～30所述的任意一种***，其特征在于，煤催化气化得到的粗煤气通过合成气净化得到精合成气，精合成气通过配入适量的H₂来调节氢碳比以反应合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇和/或二甲醚或者它们的任意组合；或者精合成气分离甲烷后一部分直接甲烷化制备甲烷，另一部分直接送入多联产工段合成甲醇，甲醇再进一步生产二甲醚，甲烷化反应后的副产水返回催化气化工段.

32.根据权利要求27～31所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳技术用于吸收***产生的二氧化碳。

33.根据权利要求27～32所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳技术生成生物柴油和/或氧气。

34.根据权利要求27～33所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳后的藻类残渣经过生物发酵产生甲烷、氢气或乙醇中的一种或多种；发酵后的藻类残渣及***中产生的废水用于生物电化学制氢。

35.根据权利要求27～34所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳后产生的氢气反馈回合成工段，形成循环工艺。

36.根据权利要求27～35所述的任意一种***，其特征在于，藻类生物吸碳采用裸藻、绿藻、轮藻、金藻、甲藻、红藻、硅藻、衣藻、黄藻、褐藻或蓝藻。

37.根据权利要求27～36所述的任意一种***，其特征在于，复合能源制氢氧技术包括水电解制氢技术、生物制氢技术、生物电化学制氢技术、光电化学制氢技术中的一种或多种组合。

38.根据权利要求27～37所述的任意一种***，其特征在于，复合制氢氧模块中所需的能量采用太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能、核电、低谷电能、煤基多联产生产过程中余热回收推动的蒸汽发电或者以其中的弛放气作为燃气发电或普通电能中的一种或多种。

39.根据权利要求27～38所述的任意一种***，其特征在于，复合能源制氢氧模块产生的氢气连接催化气化反应炉和/或连接多联产反应装置，产生的氧气储存。

40.根据权利要求27～39所述的任意一种***，其特征在于，煤基能源化工多联产生产模块中甲醇、甲烷、二甲醚、乙二醇和/或低碳醇的合成反应中氢碳比的调节通过复合能源制氢模块供氢以达到反应所需的氢碳比。

41.一种催化气化煤基能源化工产品多联产方法，包括：

向催化气化反应炉中加入煤和催化剂的干粉原料，通入水蒸汽，反应得到混合气和灰渣，灰渣进入灰渣储存箱中，进一步分离催化剂储存；

混合气净化后分离出甲烷，剩余气体返回催化气化反应炉或进入多联产工段；

或混合气净化后的气体经过多联产工艺合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇或二甲醚中的一种或多种；

多联产过程中产生的蒸汽用于蒸汽发电。

42.一种催化气化煤基能源化工产品多联产方法，包括：

向催化气化反应炉中加入煤和催化剂的干粉原料，通入水蒸汽，反应得到混合气和灰渣；灰渣进入灰渣储存箱中，进一步分离催化剂储存；

混合气分离得到甲烷储存，剩余合成气返回到催化气化反应工段或进入多联产工段；

或混合气净化后的气体经过多联产工艺合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇或二甲醚中的一种或多种；

多联产过程中产生的蒸汽用于蒸汽发电；

催化气化和/或多联产过程产生的二氧化碳通过藻类生物吸碳转化为生物柴油、氧气、甲烷、氢气或乙醇中的一种或多种。

43.一种催化气化煤基能源化工产品多联产方法，包括：

向催化气化反应炉中加入煤和催化剂的干粉原料，通入水蒸汽，反应得到混合气和灰渣；灰渣进入灰渣储存箱中，进一步分离催化剂储存；

混合气分离得到甲烷储存，剩余合成气返回到催化气化反应工段或进入多联产工段；

或混合气净化后的气体经过多联产工艺合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇或二甲醚中的一种或多种；

多联产过程中产生的蒸汽用于蒸汽发电；

通过复合能源制氢氧技术提供催化气化和/或多联产所需的氢气。

44.一种催化气化煤基能源化工产品多联产方法，包括：

向催化气化反应炉中加入煤和催化剂的干粉原料，通入水蒸汽，反应得到混合气和灰渣；灰渣进入灰渣储存箱中，进一步分离催化剂储存；

混合气分离得到甲烷储存，剩余合成气返回到催化气化反应工段或进入多联产工段；

或混合气净化后的气体经过多联产工艺合成甲醇、甲烷、乙二醇、低碳醇或二甲醚中的一种或多种；

多联产过程中产生的蒸汽用于蒸汽发电；

催化气化和/或多联产过程产生的二氧化碳通过藻类生物吸碳转化为生物柴油、氧气、甲烷、氢气或乙醇中的一种或多种；

通过复合能源制氢氧技术提供催化气化和/或多联产所需的氢气。

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