第十二章多联产

1、多联产多联产 能源高效利用的有效途径能源高效利用的有效途径于于 戈戈 文文 化学与化工院化学与化工院 世界主要能源的消费对比世界主要能源的消费对比中国能源系统面临的挑战中国能源系统面临的挑战n中国人均能耗：2010年 843 kgce人an美国人均用能：11567 kgce人anEU：6598 kgce人an按照不同机构进行的预测，在20302050期间，中国人均用能将为2500 3000 kgce人a，年能耗(充分考虑了节能及技术进步潜力之后)将在3040亿tce以上。人均能源资源相对不足人均能源资源相对不足n中国拥有比较丰富而多样的能源资源，但人均拥有量不足，尤其是石油、天然气资源相对匮乏

2、。n1996年中国人均煤炭可采储量仅为世界平均值的12；中国人均石油探明储量仅相当于世界平均值的110，1997年剩余开采总储量为22亿t，占全世界的16 ，多种预测表明，中国石油产量今后只能基本维持现有水平或略有增加(1620亿t)，而目前中国对液体燃料的需求不断增加。中国能源结构，不足之处中国能源结构，不足之处n煤炭在今后相当长的时期内仍将是中国的主要一次能源。到21世纪中叶，煤炭在中国一次能源消费中所占的比例仍将在50 以上。n中国主要工业产品单位产值能耗是发达国家的34倍。全国平均煤炭利用效率约为30 ，这大大低于发达国家40 的煤炭利用率水平。n以煤炭为主并且在相当长的时期内难以根本

3、改变的能源结构对中国实现可持续发展是一种严峻挑战。为此，必须高效洁净利用煤炭资源，优化终端能源结构。多联产（Polygeneration）概念图多联产的概念多联产的概念n以煤气化为“龙头”的多种煤炭转化技术通过优化组合集成在一起，以同时获得多种高附加值的化工产品（包括脂肪烃和芳香烃）和多种洁净的二次能源（气体燃料、液体燃料、电等）。通过系统集成把化工生产过程和动力系统中热力过程有机地整合在一起，使能源动力系统既达到合理利用能源和低污染排放，又使化工产品或清洁燃料的生产过程变得低能耗与低成本，从而协调兼顾了化工与动力两领域问题，是一个实现多领域功能需求和能源资源高增值目标的可持续发展能源利用系统

4、。 多联产系统的价值多联产系统的价值n较高的环保性：与传统的粉煤燃烧相比，氧化硫、氮氧化合物和颗粒物的排放量较低。n与传统的燃煤炉相比，气化过程产生的二氧化碳浓度更高、更容易环保地进行收集和分离。 n更高的煤转化效率。 n减少能源和原料进口不确定性的影响，特别是在产煤地区。 n比传统的独立的发电和生产化工品具有更低的成本。 能量集成能量集成n能量集成主要是从全局出发，对整个系统的能量需要、能源供给进行分析，合理调整供求关系，在保证能源供应的前提下，优化用能、梯级用能，并对高能耗企业通过联营机制，降低用能成本。能量集成可在过程-企业-区域-城市-全球不同尺度上实现。能量集成能量集成多联产多联产:

5、 具有发展前途的综合解决方案具有发展前途的综合解决方案多联产有助于缓解能源总量要求：有助于缓解能源总量要求： 联合生产多种产品，效率提高可以减少总量需求；利用高硫煤扩展了联合生产多种产品，效率提高可以减少总量需求；利用高硫煤扩展了煤炭资源有助于缓解液体燃料短缺：可以大规模地生产甲醇，二甲醚，煤炭资源有助于缓解液体燃料短缺：可以大规模地生产甲醇，二甲醚，F-T柴油，氢等替代燃料，缓解和缓冲石油进口压力彻底解决燃煤污柴油，氢等替代燃料，缓解和缓冲石油进口压力彻底解决燃煤污染问题：染问题： 完全消除常规燃煤污染物排放，重金属等痕量污染物脱除完全消除常规燃煤污染物排放，重金属等痕量污染物脱除更经济有助

6、于解决快速城市化引起的小城镇和农村洁净能源需求：更经济有助于解决快速城市化引起的小城镇和农村洁净能源需求：为不同天然气管道的城镇提供城市煤气为不同天然气管道的城镇提供城市煤气煤制煤制DME可以作为可以作为LPG的补充或替代物，很可能是小城镇，尤其是的补充或替代物，很可能是小城镇，尤其是住宅高度分散的农村地区的最终能源解决方案住宅高度分散的农村地区的最终能源解决方案满足未来减排二氧化碳的需要：满足未来减排二氧化碳的需要：煤气化系统可以以较小的增加成本捕捉二氧化碳煤气化系统可以以较小的增加成本捕捉二氧化碳很容易为未来氢能经济提供氢能很容易为未来氢能经济提供氢能多联产技术系统多联产技术系统n多联产是

7、近年来提出的能源转化与化工产品合成多联产是近年来提出的能源转化与化工产品合成相结合的技术体系，目的是实现污染物低排放或相结合的技术体系，目的是实现污染物低排放或无排放，实现资源综合利用和能源有效利用。无排放，实现资源综合利用和能源有效利用。n以煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃以煤气化为龙头，煤气用于制氢、氢用于高温燃料电池发电、电池余热供热、料电池发电、电池余热供热、CO2或其它污染物或其它污染物在原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。在原料（燃料）制备阶段得到分离和治理。n以煤气化为核心，将生产化学品与联合循环发电以煤气化为核心，将生产化学品与联合循环发电相结合，同时还生产民用煤气和供

8、热。相结合，同时还生产民用煤气和供热。n多联产概念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶多联产概念还将煤化工、合成工艺、冶金还原冶炼等组合成整体，或在煤矿区将能源转化成化工炼等组合成整体，或在煤矿区将能源转化成化工产品的生产，并使电力或热力输送形成一个综合产品的生产，并使电力或热力输送形成一个综合整体。整体。 基于煤气化的合成液体燃料(如甲醇、DME) 被认为是替代石油燃料的重要物质。目前,众多企业(主要是煤炭企业) 纷纷上马煤化工项目,生产合成油。IGCC 同这些化工合成都是基于煤气化的,它们能够很好地耦合,形成电化多联产系统,降低生产成本,同时确保我国能源、电力的安全供应。从这一角度来讲, IG

9、CC 符合国家安全的需要,必然引起重视。煤气化系统具有方便捕捉二氧化碳的“天性”CoalSy ng asG enera torC om bined/Hy bridC y cleO2Ash/PMM ercuryPure SulfurDilute CO2SlagC oncentrated CO2C hemical ProcessM eO HD MEF-T LiquidHeavy OilP etro C okeEthanolG a s A djustm entC leaningBy pa ssR ecy cle (O ptiona l)+HydrogenBiomassWastesN atural G

10、 asASUA irN2G as Production and Preparation SectionFuels or Chem icals Production SectionPower Generation Section PolygerationCarbonCMeOHCO2 concentratedCO2 in flue gas电-甲醇多联产串联/一次通过/设变换SHIFTConc. CO2 out: 65%dilu. CO2 out: 35%74 g/MJ (MeOH+elec)CO2_reduction=69%Assume MeOH_CO2=10g/MJElec_CO2=107g/M

11、JElec_CO_recover rate=55%h=39.1%(a)(b)SteamWaterSulfur recoveryAirTo gas turbineWaste waterWaste waterShellGSPTexacoGas turbineFischer-Tropsch synthesisPrimary product upgradingTail gasprocessingWater-gas shiftAnd purificationCoal, limestoneNaphtha, dieselWaste waterH2Mixed fuel gasSlag SyngasASULPG

12、CO2 captured Tail gasTail gasTail gasSulfur CO2 capturedElectricityAirScrubbing waterCO2/H2OBoilers,heating devicesHRSGSteam turbineVentFT-电联产系统电联产系统-工艺流程图工艺流程图-串联串联AirTo Gas TurbineCO2Waste WaterWaste WaterCoal GasificationGas TurbineSulfur RecoveryFischer-Tropsch SynthesisPrimary Product UpgradeTa

13、il Gas ProcessingWGS Reaction & Purification-2WGS Reaction & Purification-1HRSGSteam TurbineSulfur Tail Gas Coal, LimestoneNaphtha, DieselVentWaste WaterH2SteamMixed Fuel GasCO2 CapturedSlag SyngasH2-richASULPGO2CO2 CapturedBoilers , Heating DevicesWaterScrubbing WaterAirTail GasTail GasFT-电联产系统电联产系

14、统-工艺流程图工艺流程图-并联并联ElectricityTo Gas TurbineCO2Waste WaterWaste WaterCoal GasificationGas TurbineSulfur RecoveryFischer-Tropsch SynthesisPrimary Product UpgradeTail Gas ProcessingWGS Reaction & Purification-1HRSGSteam TurbineSulfur Tail Gas Coal, LimestoneNaphtha, DieselVentWaste WaterH2SteamMixed Fue

15、l GasCO2 CapturedSlag SyngasCO-richASULPGO2CO2 CapturedBoilers , Heating DevicesWaterScrubbing WaterAirTail GasTail GasSulfur RemovalFT-电联产系统电联产系统-工艺流程图工艺流程图-并联并联2Electricity煤间接液化工艺流程煤间接液化工艺流程Waste WaterN2Coal GasificationGas TurbineSulfur RecoveryWGS Reaction & PurificationHRSGSteam TurbineSulfur Tail Gas Coal, LimestoneVentCO2 CapturedSlag H2-richASUAirO2SteamWaterBoilers , Heating DevicesScrubbing WaterAir IGCC工艺流程图工艺流程图Electricity二氧化碳捕获和封存二氧化碳捕获和封存二氧化碳可以从烟气中分离，或者从二氧化碳可以从烟气中分离，或者从燃烧过程燃烧过程前的前的燃料中分离。燃料中分离。二氧化碳将经过净化，并压缩成液态永久封存在多二氧化碳将经过净化，并压缩成液态永久封存在多孔岩石中。孔