二氧化碳零排放的煤发电化工工艺及其煤发电化工系统的制作方法

1.本发明属于煤化工发电领域，具体涉及二氧化碳零排放的煤发电化工工艺及其煤发电化工系统。

背景技术：

2.根据气象局从大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈和气候变化驱动因子等方面公布的关于亚洲和全球气候变化的最新监测信息，气候系统变暖仍在持续，海洋变暖加速，全球平均海平面加速上升；全球山地冰川处于消融退缩状态，全球主要温室气体浓度仍在持续上升。
3.而近日来召开的煤炭清洁高效利用工作专题座谈会中，坚持从国情实际出发推进煤炭清洁高效利用，切实发挥煤炭的兜底保障作用，确保国家能源电力安全保供。要深刻认识推进煤炭清洁高效利用是实现碳达峰碳中和目标的重要途径，科学有序推动能源绿低碳转型，为实现高质量发展提供坚实能源保障。
4.二氧化碳的大量排放是造成全球暖化的主要原因，而煤炭领域是产生二氧化碳的主要领域，如何减少煤化工产业中二氧化碳的排放量，甚至实现二氧化碳零排放是至今无法实现的目标。

技术实现要素：

5.本发明的第一个目的在于提供一种二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，该煤发电化工工艺能够实现煤化工发电时二氧化碳零排放，解决煤炭领域长期未解决的二氧化碳排放问题；
6.本发明的第二个目的在于提供一种用于前述煤发电化工工艺的煤发电化工系统，该煤发电化工系统能够实现煤化工发电时二氧化碳零排放，解决煤炭领域长期未解决的二氧化碳排放问题。
7.为实现本发明的第一个目的，采用以下的技术方案：
8.一种二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，是使煤炭在锅炉内燃烧进行发电，生成一氧化碳和氢气，而不生成二氧化碳；所述燃烧条件包括缺氧和/或催化剂。
9.优选地，所述煤发电化工工艺包括以下步骤：
10.(1)将煤炭置于锅炉内并于缺氧和/或催化剂条件下燃烧，生成一氧化碳和氢气，并释放反应热，而不生成二氧化碳；
11.(2)利用步骤(1)释放的反应热对所述锅炉内的水进行加热产生水蒸气，然后利用产生的水蒸气进行发电。
12.优选地，所述煤发电化工工艺还包括步骤(3)，利用步骤(2)所发的电对水进行电解产生绿氢和氧气。
13.优选地，所述煤发电化工工艺还包括步骤(4)，对步骤(1)所得一氧化碳和氢气进行净化处理，获得净化后的一氧化碳和氢气。
14.优选地，所述煤发电化工工艺还包括步骤(5)，
15.将步骤(1)所得一氧化碳和氢气和/或步骤(3)所得绿氢作为化工原料送入下游的化工单元，制备获得化工产品；和/或
16.将步骤(4)所得净化后的一氧化碳和氢气和/或步骤(3)所得绿氢作为化工原料送入下游的化工单元，制备获得化工产品。
17.优选地，所述煤发电化工工艺还包括步骤(6)，将步骤(3)所得氧气返送至步骤(1)所述锅炉内用于对所述锅炉供氧。
18.为实现第二个目的，本发明还提供用于前述煤发电化工工艺的煤发电化工系统。
19.优选地，所述煤发电化工系统包括锅炉单元；
20.所述锅炉单元包括锅炉，用于将煤炭置于所述锅炉内并于缺氧和/或催化剂条件下燃烧，生成一氧化碳和氢气，并释放反应热，而不生成二氧化碳；并利用所释放的反应热对所述锅炉内的水进行加热产生水蒸气，然后利用产生的水蒸气进行发电。
21.优选地，优选地，所述煤发电化工系统还包括绿氢单元，所述绿氢单元与所述锅炉单元电连接；所述绿氢单元用于利用所述锅炉单元产生的电和/或外输绿电对水进行电解产生绿氢和氧气。
22.优选地，所述煤发电化工系统还包括净化单元，用于对来自所述锅炉单元的一氧化碳和氢气进行净化除杂，获得净化后的一氧化碳和氢气。
23.优选地，所述煤发电化工系统还包括化工单元，用于利用来自所述锅炉单元的一氧化碳和氢气和/或来自所述绿氢单元的绿氢作为化工原料制备化工产品，和/或，利用来自所述净化单元的净化后的一氧化碳和氢气和/或来自所述绿氢单元的绿氢作为化工原料制备化工产品。
24.优选地，所述煤发电化工系统还包括氧气返送管线，所述氧气返送管线用于将来自所述绿氢单元的氧气返送至所述锅炉单元对其供氧。
25.本发明的有益效果在于：
26.co2的排放是全球变暖的主要原因；现有煤化工技术中，在气化炉或者变化炉内大量一氧化碳转化成二氧化碳，二氧化碳作为废气排放；且现有煤化工技术发电时，1度电的煤耗为360克标准煤，会产生1000克的co2排放量；
27.而本发明的二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，与现有煤化工发电相比，一氧化碳不转化成二氧化碳，从而一方面c能全部生成co而被利用或售卖，不产生c的浪费，实现煤炭的高效高价值利用；另一方面能实现co2的零排放，避免其对环境造成的影响；
28.本发明的用于煤发电化工工艺的煤发电化工系统，同样能实现煤炭的高效高价值利用以及co2的零排放。
附图说明
29.图1是本发明的煤发电化工系统在一种实施方式中的流程示意图；
30.图2是本发明的煤发电化工系统在另一种实施方式中的流程示意图。
具体实施方式
31.以下结合具体实施方式/实施例对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式/实施例仅用于说明本发明的内容，发明并不仅限于下述实施方式或实施例。应
用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。
32.本发明提供一种二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，是使煤炭在锅炉内燃烧进行发电，生成一氧化碳和氢气，而不生成二氧化碳；所述燃烧条件包括缺氧和/或催化剂。
33.本领域技术人员了解，co2的排放是全球变暖的主要原因。现有煤化工发电技术中，在气化炉或者变化炉内大量一氧化碳转化成二氧化碳，二氧化碳作为废气排放；且现有煤化工发电技术进行发电时，获得1度电的煤耗为360 克标准煤，同时会产生1000g的co2排放量；而本发明的二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，在将煤炭转化为一氧化碳后，一氧化碳基本不会转化成二氧化碳，从而一方面煤炭中的c能全部或几乎全部生成co而被作为化工原料使用或售卖，避免了煤炭中c的浪费，煤炭中的h完全转化为h2而被作为化工原料使用或售卖，不产生或几乎不产生水，避免了煤炭中h的浪费，实现煤炭的高效高价值利用；另一方面能实现co2的零排放或近零排放，避免其对环境造成的影响。
34.本领域技术人员理解，送入锅炉内的煤炭一般是经过预处理的，包括脱水和粉碎后获得粉煤作为锅炉的煤炭进料。
35.本发明中，所述缺氧是指使所述煤炭中的c生成一氧化碳而不生成二氧化碳，所述缺氧条件下的氧气用量是指使所述煤炭中的c生成一氧化碳而不生成二氧化碳时的氧气用量。
36.本发明中“不生成二氧化碳”是指只生成极少量的二氧化碳，比如，按照煤炭燃烧所生成的所有气体的总体积为基准计，二氧化碳的生成量≤5v％，比如4v％、3v％、2v％、1v％、0.5v％、0.1v％，甚至为0。
37.本发明中“所述燃烧条件包括缺氧和/或催化剂”是指所述燃烧条件包括缺氧条件和/或催化剂存在条件，即燃烧是在缺氧条件下进行和/或在催化剂存在条件下进行。
38.对于所述催化剂，只要是能促使煤炭在锅炉内燃烧进行发电时，生成一氧化碳和氢气，而不生成二氧化碳，即可使用。
39.在一种实施方式中，所述煤发电化工工艺包括以下步骤：
40.(1)将煤炭置于锅炉内并于缺氧和/或催化剂条件下燃烧，生成一氧化碳和氢气，并释放反应热，而不生成二氧化碳；
41.(2)利用步骤(1)释放的反应热对所述锅炉内的水进行加热产生水蒸气，然后利用产生的水蒸气进行发电。
42.本发明所发的电可以供应日常所需作为生活用电，也可以供应于煤化工所需作为工业用电。在一种实施方式中，所述煤发电化工工艺还包括步骤(3)，利用步骤(2)所发的电对水进行电解产生绿氢和氧气，以作为化工原料进行售卖或应用于下游的化工单元制备获得化工产品。
43.为了获得纯度较高的一氧化碳和氢气，在一种实施方式中，所述煤发电化工工艺还包括步骤(4)，对步骤(1)所得一氧化碳和氢气进行净化处理，获得净化后的一氧化碳和氢气。
44.本领域技术人员理解，所述净化处理可以是本领域对一氧化碳和氢气中的杂质进行纯化的常用处理方法，比如包括吸附除硫等。
45.为了提高煤炭的利用率和附加价值，在一种实施方式中，所述煤发电化工工艺还包括步骤(5)，
46.将步骤(1)所得一氧化碳和氢气和/或步骤(3)所得绿氢作为化工原料送入下游的化工单元，制备获得化工产品；和/或
47.将步骤(4)所得净化后的一氧化碳和氢气和/或步骤(3)所得绿氢作为化工原料送入下游的化工单元，制备获得化工产品。
48.本领域技术人员理解，步骤(1)所得一氧化碳和氢气，步骤(4)所得净化后的一氧化碳和氢气，以及步骤(3)所得绿氢均可以作为化工原料使用或直接出售；而步骤(5)制备获得的化工产品可以直接出售。这能有效提高煤炭的利用率和附加价值。
49.在一种实施方式中，所述煤发电化工工艺还包括步骤(6)，将步骤(3) 所得氧气返送至步骤(1)所述锅炉内用于对所述锅炉供氧，从而实现氧气的循环利用，能有效降低所述锅炉的供氧需求，降低发电成本。
50.本发明还提供一种用于前述煤发电化工工艺的煤发电化工系统。
51.如图1、2所示，在一种实施方式中，所述煤发电化工系统包括锅炉单元；
52.所述锅炉单元包括锅炉，用于将煤炭置于所述锅炉内并于缺氧和/或催化剂条件下燃烧，生成一氧化碳和氢气，并释放反应热，而基本不生成二氧化碳；并利用所释放的反应热对所述锅炉内的水进行加热产生水蒸气，然后利用产生的水蒸气进行发电，输出电。
53.为了获得纯度较高的一氧化碳和氢气，在一种实施方式中，所述煤发电化工系统还包括净化单元，用于对来自所述锅炉单元的一氧化碳和氢气进行净化除杂，获得净化后的一氧化碳和氢气，可作为化工原料使用或售卖。
54.在一种实施方式中，所述煤发电化工系统还包括绿氢单元，所述绿氢单元与所述锅炉单元电连接；所述绿氢单元用于利用所述锅炉单元产生的电和/ 或外输绿电对水进行电解产生绿氢和氧气。
55.本领域技术人员理解，煤化工发电技术主要是为了发电后对水水解获得氢气而用于甲醇等化工原料的制备中，本技术所述煤发电化工系统通过绿氢单元利用所述锅炉单元产生的电和/或外输绿电对水进行电解产生绿氢和氧气，能够在二氧化碳零排放或近零排放的基础上，实现绿氢的产生，满足化工领域对氢气的需求。
56.在一种实施方式中，所述煤发电化工系统还包括氧气返送管线，所述氧气返送管线用于将来自所述绿氢单元的氧气返送至所述锅炉单元对其供氧，从而实现氧气的循环利用，降低氧气的外部输入需求，从而降低发电成本。在一种实施方式中，所述煤发电化工系统还包括化工单元，用于利用来自所述锅炉单元的一氧化碳和氢气和/或来自所述绿氢单元的绿氢作为化工原料制备化工产品，和/或，利用来自所述净化单元的净化后的一氧化碳和氢气和/ 或来自所述绿氢单元的绿氢作为化工原料制备化工产品。
57.本发明的煤发电化工工艺及煤发电化工系统，在发电时能够将煤炭中的c 完全转化为一氧化碳，避免产生二氧化碳，真正实现二氧化碳零排放或近零排放；相比现有煤化工发电技术进行发电时在获得1度电的同时产生1000g 的co2排放量，本发明能够实现二氧化碳零排放或近零排放，具有重要的环保意义；而本发明将煤炭中的c完全转化为一氧化碳后，不仅实现了二氧化碳的零排放或近零排放，还提高了煤炭中c的利用率，所生成的co和氢气可被作为化工原料使用或售卖，避免了煤炭中c的浪费，煤炭中的h完全转化为h2而被作为化工原料使用或售卖，不产生或几乎不产生水，避免了煤炭中h的浪费，实现煤炭的高效高价值利用。
58.本发明的煤发电化工工艺及煤发电化工系统，若能进行推广使用，可在实现煤碳清洁利用、减少二氧化碳排放方面产生划时代意义。
59.在具体实施时，可根据实际情况新建或者对现有的煤化工工厂、煤碳火力发电厂等进行改造，实现煤化工发电时煤炭的高效高价值利用以及实现二氧化碳零排放。比如：
60.可根据本发明的方案按照图1新建煤化工工厂，生产化工产品；
61.可根据本发明的方案按照图1对现有煤化工工厂进行改造，生产化工产品；
62.可根据本发明的方案按照图1对现有煤碳火力发电厂进行改造，生产化工产品；
63.可根据本发明的方案按照图2新建煤碳火力发电厂，对外输出电和化工产品；
64.可根据本发明的方案按照图2对现有煤碳火力发电厂进行改造，对外输出电和化工产品。
65.不管是按照本技术新建还是对现有工厂或电厂进行改造，都能实现二氧化碳的零排放或近零排放，实现对煤炭中c和h的充分利用，实现煤炭的高效高价值利用。

技术特征：

1.一种二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，其特征在于，所述煤发电化工工艺是使煤炭在锅炉内燃烧进行发电，生成一氧化碳和氢气，而不生成二氧化碳；所述燃烧条件包括缺氧和/或催化剂。2.根据权利要求1所述的煤发电化工工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将煤炭置于锅炉内并于缺氧和/或催化剂条件下燃烧，生成一氧化碳和氢气，并释放反应热，而不生成二氧化碳；(2)利用步骤(1)释放的反应热对所述锅炉内的水进行加热产生水蒸气，然后利用产生的水蒸气进行发电。3.根据权利要求2所述的二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，其特征在于，还包括步骤(3)，利用步骤(2)所发的电对水进行电解产生绿氢和氧气。4.根据权利要求2或3所述的二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，其特征在于，还包括步骤(4)，对步骤(1)所得一氧化碳和氢气进行净化处理，获得净化后的一氧化碳和氢气。5.根据权利要求4所述的二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，其特征在于，还包括步骤(5)，将步骤(1)所得一氧化碳和氢气和/或步骤(3)所得绿氢作为化工原料送入下游的化工单元，制备获得化工产品；和/或将步骤(4)所得净化后的一氧化碳和氢气和/或步骤(3)所得绿氢作为化工原料送入下游的化工单元，制备获得化工产品。6.根据权利要求3-5中任一项所述的二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，其特征在于，还包括步骤(6)，将步骤(3)所得氧气返送至步骤(1)所述锅炉内用于对所述锅炉供氧。7.一种用于权利要求1-6中任一项所述煤发电化工工艺的煤发电化工系统。8.根据权利要求7所述的煤发电化工系统，其特征在于，所述煤发电化工系统包括锅炉单元；所述锅炉单元包括锅炉，用于将煤炭置于所述锅炉内并于缺氧和/或催化剂条件下燃烧，生成一氧化碳和氢气，并释放反应热，而不生成二氧化碳；并利用所释放的反应热对所述锅炉内的水进行加热产生水蒸气，然后利用产生的水蒸气进行发电；优选地，所述煤发电化工系统还包括绿氢单元，所述绿氢单元与所述锅炉单元电连接；所述绿氢单元用于利用所述锅炉单元产生的电和/或外输绿电对水进行电解产生绿氢和氧气。9.根据权利要求8所述的煤发电化工系统，其特征在于，所述煤发电化工系统还包括净化单元，用于对来自所述锅炉单元的一氧化碳和氢气进行净化除杂，获得净化后的一氧化碳和氢气；优选地，所述煤发电化工系统还包括化工单元，用于利用来自所述锅炉单元的一氧化碳和氢气和/或来自所述绿氢单元的绿氢作为化工原料制备化工产品，和/或，利用来自所述净化单元的净化后的一氧化碳和氢气和/或来自所述绿氢单元的绿氢作为化工原料制备化工产品。10.根据权利要求8或9所述的煤发电化工系统，其特征在于，所述煤发电化工系统还包括氧气返送管线，所述氧气返送管线用于将来自所述绿氢单元的氧气返送至所述锅炉单元对其供氧。

技术总结

本发明提供一种二氧化碳零排放的煤发电化工工艺，是使煤炭在锅炉内燃烧进行火力发电，生成一氧化碳和氢气，而不生成二氧化碳；所述燃烧条件包括缺氧和/或催化剂。还提供一种用于前述煤发电化工工艺的煤发电化工系统。该煤发电化工工艺及煤发电化工系统，能够将煤炭中的C不转化为CO2而几乎全部转化成CO，一方面所生成的CO可被作为化工原料使用或售卖，不产生C的浪费，实现煤炭的高效高价值利用；另一方面能实现CO2的零排放或近零排放，避免其对环境造成的影响。境造成的影响。境造成的影响。