專利名稱：：大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油工藝。此工藝是將大規(guī)模、隨機性變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為脈動直流電，并直接應(yīng)用于電解水進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)氫氣和氧氣。獲得的氫氣和氧氣作為液化煤制油工藝中的原料。采用本發(fā)明的工藝將風(fēng)能有效利用的同時，還可以改進(jìn)傳統(tǒng)液化煤制油工藝，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的節(jié)能降耗、綠色環(huán)保。
背景技術(shù)：
：能源與環(huán)境是當(dāng)今世界各國關(guān)注的兩大主題。據(jù)美國能源信息管理局(EnergyInformationAdministration)在其發(fā)布的《2007年度國際能源展望》(InternationalEnergyOutlook2007)分析，世界能源消耗在今后的20年中仍將持續(xù)增長，預(yù)計到2030年，世界年能源消耗將由2004年的447X10'5Btu(Britishthermalunit)增加到702X10^Btu，增長達(dá)579L而國際能源署(InternationalEnergyAgency)的《2007年度世界能源展望》(WorldEnergyOutlook2007)則指出，中國和印度已經(jīng)成為世界上能源消費增長最快的區(qū)域。目前中國已是僅次于美國的第二大石油消費國和C02排放第一大國。2006年，我國石油表觀消費量(原油表觀消費量與成品油凈進(jìn)口量之和)達(dá)34655萬噸，同比增長9.3%。而原油產(chǎn)量為18368萬噸，同比增長僅1.7%;石油凈進(jìn)口16287萬噸，同比增長達(dá)19.6%。不斷增加的石油進(jìn)口導(dǎo)致我國石油進(jìn)口依存度年年增高，2006年達(dá)47%，遠(yuǎn)超30%的國際警戒線，中東和非洲是我國原油進(jìn)口的主要地區(qū)。我國石油剩余探明儲量呈下降趨勢，產(chǎn)量和消費量則逐年上升，消費量的增長大大超出國內(nèi)產(chǎn)量的供給，石油供求缺口日益擴大，石油安全曰益嚴(yán)峻。我國是一個貧油、貧氣，而煤炭資源和風(fēng)能資源相對較多的國家。而且在我國，煤炭資源相對豐富的省份，都有著得天獨厚的風(fēng)能資源。截至2004年底，我國石油剩余可采儲量23億噸，位居世界第13位，但僅占世界總量的1.4%，石油儲采比13.4，遠(yuǎn)低于世界平均水平的40.5。天然氣剩余可采儲量2.23萬億立方米，列世界第16位，占世界天然氣剩余可采儲量總量的1.2%。天然氣儲采比54.7，低于世界平均值。而煤炭剩余可采儲量為1145億噸，僅次于美國和俄羅斯，位居世界第三，占世界總量的12.6%。2004年中國煤炭產(chǎn)量9.89億噸，是世界頭號產(chǎn)煤大國，占世界總產(chǎn)量的36.2%。如何根據(jù)我國的地域特色，因地制宜的利用好相對較多的煤炭資源和風(fēng)能資源，是我國能源利用中必須解決好的關(guān)鍵問題之一煤的液化是先進(jìn)的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)之一，是以煤為原料制取液體烴類為主要產(chǎn)品的技術(shù)。煤液化分為"煤的直接液化"和"煤的間接液化"兩大類。煤的直接液化是煤直接催化加氫轉(zhuǎn)化成液體產(chǎn)物的技術(shù)。煤的間接液化是以煤基合成氣(CO+H2)為原料，在一定的溫度和壓力下，定向的催化合成烴類燃料油和化工原料的工藝。包括煤氣化制取合成氣及其凈化、變換、催化合成以及產(chǎn)品的分離和改質(zhì)加工的等過程。在煤的直接液化工藝中，由于氫元素僅占煤的5%左右，所以在生產(chǎn)工藝中，需要大量的氫氣作為原料進(jìn)行補充，而大規(guī)模工業(yè)化制氫技術(shù)是以傳統(tǒng)的水煤氣工藝生產(chǎn)的，是以消耗大量的化石能源煤炭、水資源和排放大量C02為代價，能源利用效率很低。因此，對于液化煤制油工藝中，若是有一種"綠色"的能源能夠提供原料氣制造過程所需要的氧氣以及氫氣原料，這將大大降低生產(chǎn)過程中的能耗，同時還有助于減少溫室氣體C02的排放。風(fēng)能作為一種綠色的能源，已經(jīng)越來越收到研究學(xué)者的青睞。風(fēng)電并網(wǎng)是目前世界上大規(guī)模風(fēng)電場的唯一應(yīng)用方式。風(fēng)能的利用主要按照"風(fēng)輪一發(fā)電機一電網(wǎng)一用戶(負(fù)載)"這個路線來進(jìn)行(圖la)，其中電網(wǎng)是風(fēng)電的負(fù)載和用戶的電源，電網(wǎng)的存在保證了風(fēng)電的利用。但是由于風(fēng)電的不穩(wěn)定性和波動特性，大規(guī)模風(fēng)電上網(wǎng)還存在著現(xiàn)階段難以克服的技術(shù)障礙，風(fēng)電對電網(wǎng)貢獻(xiàn)率難以超過10%已成為一個世界性難題。同時風(fēng)電上網(wǎng)對風(fēng)力機提出了滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和穩(wěn)相位的要求，由此大幅度增加了風(fēng)力機制造成本和風(fēng)電價格，使風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用受到限制。針對風(fēng)電并網(wǎng)存在的缺點，本研究者提出了"非并網(wǎng)風(fēng)電"理論，簡言之，就是風(fēng)電系統(tǒng)的終端負(fù)荷不再是傳統(tǒng)的單一電網(wǎng)，而是直接應(yīng)用于一系列能適應(yīng)風(fēng)電特性的高耗能產(chǎn)業(yè)及其它特殊領(lǐng)域，主要適用于10萬-1000萬kW以上大規(guī)模風(fēng)電場。其主要特點是將風(fēng)電直接應(yīng)用于用戶(負(fù)載)(見圖lb)。風(fēng)電的這種非并網(wǎng)運行方式的優(yōu)勢體現(xiàn)在(一)采用直流電，回避風(fēng)電上網(wǎng)電壓差、相位差、頻率差難以控制的問題，繞開電網(wǎng)這一限制風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，也避免了風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響。(二)突破終端負(fù)荷使用風(fēng)電的局限，使大規(guī)模風(fēng)電在非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)中的供電比重達(dá)到100%。(三)提高風(fēng)能利用效率，簡化風(fēng)力機結(jié)構(gòu)和風(fēng)電并網(wǎng)運行時所需大量輔助設(shè)備，風(fēng)電經(jīng)簡單配置就可以直接應(yīng)用于某些特定產(chǎn)業(yè)，大幅度降低風(fēng)電場的制造成本和風(fēng)電價格?；谏鲜龅谋尘埃覀兲岢隽艘环N非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油生產(chǎn)工藝。此工藝是將大規(guī)模、隨機性變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為脈動直流電，并直接利用該電能電解水生產(chǎn)氫氣和氧氣。獲得的氫氣和氧氣作為液化煤制油生產(chǎn)工藝中的原料。利用該工藝將風(fēng)能有效利用的同時，還可以優(yōu)化傳統(tǒng)煤化工工藝，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的節(jié)能降耗、綠色環(huán)保。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油工藝。此工藝是將大規(guī)模、隨機性變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為脈動直流電，并直接應(yīng)用于電解水進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)氫氣和氧氣。獲得的氫氣和氧氣作為液化煤制油生產(chǎn)工藝中的原料。利用該工藝將風(fēng)能有效利用的同時，還可以改進(jìn)傳統(tǒng)煤化工工藝，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的節(jié)能降耗、綠色環(huán)保。一種大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油生產(chǎn)工藝，如圖2所示，它由以下步驟組成(1)將大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電作為電解水槽的工作電源，用電解水槽將水電解成的氧氣和氫氣分別進(jìn)入氧氣儲罐和氫氣儲罐儲存，并在氧氣儲罐出口連接氧氣壓縮機，根據(jù)生產(chǎn)需要，調(diào)節(jié)氧氣的出口壓力；在氫氣儲罐的出口處連接氫氣壓縮機、換熱器、流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)氫氣出口的溫度、壓力和流量；(2)將常規(guī)方法制成的碳物流和水物流進(jìn)入煤氣化爐，用上述步驟(1)中的氧氣儲罐的氧氣為氣化劑，調(diào)節(jié)適量的氧氣物流進(jìn)入煤氣化爐，與碳水混合物流結(jié)合即可生產(chǎn)出富含CO、C02和H2的水煤氣物流，該水煤氣物流經(jīng)壓縮機壓縮、換熱器換熱后，經(jīng)整流設(shè)備整流后與流量調(diào)節(jié)閥輸出的氫氣一起進(jìn)入漿化床反應(yīng)器，反應(yīng)后即可獲得含有垸烴、C0、C02和H2的粗產(chǎn)品氣體物流；該粗產(chǎn)品氣體物流經(jīng)分餾與分離裝置分餾和分離、石腦油異構(gòu)化、脫蠟等工藝處理后可獲得汽油、柴油和液化石油氣；未被分餾和分離反應(yīng)的C0、C02和H2水煤氣物流可經(jīng)返回管回輸?shù)綕{化床反應(yīng)器中繼續(xù)循環(huán)反應(yīng)。為了獲得足夠的氧氣和氫氣，所述電解設(shè)備選用DQ375/1.6型加壓水電解制氫裝置或ZDQ375/1.6水電解制氫裝置或產(chǎn)量更大的電解裝置，為了獲得足夠的電量，所述大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的風(fēng)力發(fā)電機組選用多臺等于或大于1.5兆瓦的大功率風(fēng)力發(fā)電機組相并聯(lián)而直接供電。本專利提供了一種生產(chǎn)柴油、汽油、液化石油氣的新思路即利用大規(guī)模、隨機性變化的風(fēng)能生產(chǎn)的非并網(wǎng)風(fēng)電直接與傳統(tǒng)化石燃料能源耦合的一種新工藝，生產(chǎn)出一種可以直接利用、穩(wěn)定的原料。一方面將瞬時變化的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為一種穩(wěn)定性的能源；另外一方面可以提高傳統(tǒng)能源的利用效率，同時還具有深刻的社會意義和環(huán)保價值。采用本專利提供的方法生產(chǎn)甲醇和柴油、汽油、液化石油氣，具有以下的優(yōu)點(一)大幅度提高柴油、汽油、液化石油氣的的產(chǎn)率；(二)大大降低液化煤制油工藝的設(shè)備投資和操作費用，節(jié)能降耗；(三)大幅度減排二氧化碳，生產(chǎn)每噸柴油、汽油、液化石油氣的二氧化碳減排達(dá)92%，使綠色煤化工成為可能。(四)生產(chǎn)每噸柴油、汽油、液化石油氣的耗水量減少近40%。(五)將瞬時變化性的風(fēng)能進(jìn)行累計最終轉(zhuǎn)化成為一種穩(wěn)定性的能源，充分利用了可再生風(fēng)能資源，且對環(huán)境和生態(tài)的干擾小。圖1(a)為常規(guī)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖1(b)為非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油生產(chǎn)方法的工藝流程示意圖，圖中的標(biāo)號是l為碳物流；2為水物流；3為氧氣物流；4為煤氣化爐；5為壓縮機；6為換熱器；7為整流設(shè)備;8為風(fēng)能；9為風(fēng)力發(fā)電機組；10為電解水槽；11為氧氣儲罐；12為氫氣儲罐；13為氧氣壓縮機；14為氫氣壓縮機；15為換熱器；16為流量調(diào)節(jié)閥；17為漿化床反應(yīng)器；18為粗油品物流；19為分餾與分離裝置；20為返回管；21為汽油；22為柴油；23為液化石油氣。具體實施例方式結(jié)合附圖2對本發(fā)明作進(jìn)一步描述如下以生產(chǎn)500萬噸/年液化煤制油為例，需要約50臺1500KW的風(fēng)力發(fā)電機組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為隨機性變化的脈動直流電，該風(fēng)力發(fā)電機可購自金風(fēng)科技股份有限公司，型號為金風(fēng)77/1500的簡化型(省卻全功率逆變器)，直接輸出直流電，其技術(shù)參數(shù)如表l所示。也可選用等于或大于1.5兆瓦的其它型號的大功率風(fēng)力發(fā)電機組。表1金風(fēng)77/1500風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>獲得的脈動直流電能作為電解水槽的主要工作介質(zhì)，同時在網(wǎng)電豐富區(qū)域，亦可適當(dāng)輔以網(wǎng)電補充，風(fēng)電和網(wǎng)電有機結(jié)合的裝置參照我們已申請的專利ZL200720033166.9。另外，電解水槽設(shè)備購自蘇州競力制氫設(shè)備有限公司，型號為DQ350/1.6，主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如表2所示。也可選用ZDQ375/1.6等型號的產(chǎn)量大的水電解裝置。表2DQ350/1.6制氫設(shè)備技術(shù)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明的主要工藝流程如圖2所示，其方法包括以下2個步驟(1)將大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電8和9作為電解水槽10的工作電源，用電解水槽IO將水電解成的氧氣和氫氣分別進(jìn)入氧氣儲罐11和氫氣儲罐12儲存，并在氧氣儲罐ll出口連接氧氣壓縮機13，根據(jù)生產(chǎn)需要，調(diào)節(jié)氧氣的出口壓力；在氫氣儲罐12的出口處連接氫氣壓縮機14、換熱器15、流量調(diào)節(jié)閥16，根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)氫氣出口的溫度、壓力和流量，如調(diào)節(jié)氫氣出口的溫度為23042(TC、壓力為530MPa。(2)將常規(guī)方法制成的碳物流1和水物流2進(jìn)入煤氣化爐4，用上述步驟(1)中的氧氣儲罐11的氧氣為氣化劑，調(diào)節(jié)適量的氧氣物流3進(jìn)入煤氣化爐4,與碳水混合物流1和2結(jié)合即可生產(chǎn)出富含CO、C02和H2的水煤氣物流，該水煤氣物流經(jīng)壓縮機5壓縮、換熱器6換熱后，經(jīng)整流設(shè)備7整流后與流量調(diào)節(jié)閥16輸出的電解所產(chǎn)生的氫氣一起進(jìn)入漿化床反應(yīng)器17，反應(yīng)后即可獲得含有垸烴、C0、C02和H2的粗產(chǎn)品氣體物流18;該粗產(chǎn)品氣體物18流經(jīng)分餾與分離裝置19分餾和分離、石腦油異構(gòu)化、脫蠟等工藝處理后可獲得汽油21、柴油22和液化石油氣23;未被分餾和分離反應(yīng)的C0、C02和H2水煤氣物流經(jīng)返回管20回輸?shù)綕{化床反應(yīng)器17中繼續(xù)循環(huán)反應(yīng)。權(quán)利要求1.大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下步驟(1)將大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電作為電解水槽的工作電源，用電解水槽將水電解成的氧氣和氫氣分別進(jìn)入氧氣儲罐和氫氣儲罐儲存，并在氧氣儲罐出口連接氧氣壓縮機，根據(jù)生產(chǎn)需要，調(diào)節(jié)氧氣的出口壓力；在氫氣儲罐的出口處連接氫氣壓縮機、換熱器、流量調(diào)節(jié)閥，根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)氫氣出口的溫度、壓力和流量；(2)將常規(guī)方法制成的碳物流和水物流進(jìn)入煤氣化爐，用上述步驟(1)中的氧氣儲罐的氧氣為氣化劑，調(diào)節(jié)適量的氧氣物流進(jìn)入煤氣化爐，與碳水混合物流結(jié)合即可生產(chǎn)出富含CO、CO2和H2的水煤氣物流，該水煤氣物流經(jīng)壓縮機壓縮、換熱器換熱后，經(jīng)整流設(shè)備整流后與流量調(diào)節(jié)閥輸出的氫氣一起進(jìn)入漿化床反應(yīng)器，反應(yīng)后即可獲得含有烷烴、CO、CO2和H2的粗產(chǎn)品氣體物流；該粗產(chǎn)品氣體物流經(jīng)分餾與分離裝置分餾和分離、石腦油異構(gòu)化、脫蠟等工藝處理后可獲得汽油、柴油和液化石油氣；未被分餾和分離反應(yīng)的CO、CO2和H2水煤氣物流可經(jīng)返回管回輸?shù)綕{化床反應(yīng)器中繼續(xù)循環(huán)反應(yīng)。2、如權(quán)利要求1所述的大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述電解設(shè)備選用DQ375/1.6型加壓水電解制氫裝置或ZDQ375/1.6水電解制氫裝置，所述大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的風(fēng)力發(fā)電機組選用等于或大于1.5兆瓦的大功率風(fēng)力發(fā)電機組。全文摘要本發(fā)明的大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于液化煤制油的生產(chǎn)方法，主要是將大規(guī)模、隨機性的風(fēng)能通過風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)化為脈動直流電能。利用該電能電解水生產(chǎn)出兩股物流氫氣物流和氧氣物流。其中的氧氣作為液化煤制油工藝中的氧化劑；而氫氣作為以及液化煤制油工藝中的反應(yīng)原料氣。本發(fā)明方法具有以下的優(yōu)點提高了煤制油的產(chǎn)率，產(chǎn)出增加一倍；同時大幅度降低生產(chǎn)煤變油工藝的投資成本和操作費用；而且溫室氣體二氧化碳的排放量只有傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝排放量的10％以下；該工藝有效的利用了風(fēng)電，突破常規(guī)大規(guī)模風(fēng)電必須并網(wǎng)，但又受并網(wǎng)貢獻(xiàn)率10％這一世界性難題的制約，實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電在本工藝液化煤制油生產(chǎn)中得到100％利用，使綠色煤化工成為一種可能。文檔編號C10G2/00GK101440297SQ200810236280公開日2009年5月27日申請日期2008年11月27日優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日發(fā)明者倪維斗,敏方,顧為東申請人:江蘇省信息化研究中心