煤制天然气过程全厂能量系统分析与集成研究

发布时间：2020-09-14 21:16

　　 天然气是一种重要的清洁能源和化工原料,发展煤制天然气产业对缓解我国天然气供需矛盾具有重要作用。经过多年的发展和工程示范,煤制天然气项目已经成为我国天然气供应的一条重要来源。煤制天然气过程工艺流程长,全厂能量系统复杂,现有煤制天然气项目能量回收系统设计相对独立,从全局视角来看,尚未做到能量的“梯级利用”。煤制天然气过程能量系统配置仍存在不合理之处,全厂能量利用效率仍有提高空间。研究和解决能量系统瓶颈问题,将对我国煤制天然气项目进一步升级示范和行业的可持续发展起到积极的作用。本研究建立了煤制天然气过程各子系统基础模型,包括工艺系统与公用工程系统,并利用工业数据对模型参数进行校核。在模型准确可靠的基础上,对煤制天然气全流程进行模拟计算,得到全流程物料平衡和能量平衡数据。以此为基础,对典型煤制天然气过程技术经济性能进行了分析,弄清了现有工艺过程物质和能量利用的瓶颈问题。结果表明煤制天然气过程公用工程系统能源消耗和碳排放高:每生产一立方米合成天然气能源消耗为2.27kg标煤,其中公用工程系统燃料煤消耗占28.8%,平均单位产品碳排放为4.94kg,其中公用工程系统碳排放占42.4%。因此,通过能量系统集成优化,是实现煤制天然气项目的提质增效和过程的节能减排重要途径。全局夹点法是用于大型工业过程全局能量集成的一种图形化方法。该方法应用于石油化工等领域能量集成已取得了较好的效果。然而全局夹点法仅考虑了蒸汽的潜热,而忽视了锅炉给水预热和蒸汽过热的热量。这使得全局夹点法在应用于高温煤化工过程能量集成时,计算得到的全局回收的热量比理论上可以实现最大的热回收值存在明显高估,同时得到的公用工程结构无法满足工艺需求。我们提出了一种用于解决高温过程全局能量系统集成的考虑显热的全局夹点法,可应用于煤化工过程的能量集成。利用本文所提出的方法可以得到满足工艺过程需求的公用工程系统。因此,对于具有高温煤化工过程全局能量系统集成,本文所提出的考虑显热的全局夹点法在理论模型和工程实践两方面都具有价值。本研究旨在针对煤制天然气工业过程能量系统存在的瓶颈问题,提出相应的节能改造方案以实现全厂能量利用效率的提高。首先根据单元过程模拟数据,利用夹点技术对各单元过程的能量系统展开详细的用能分析,确定各单元能量系统特点。在此基础上利用本文所提出的考虑显热的全局夹点法,对现有煤制天然气全厂能量系统进行分析,确定全厂用能瓶颈以及实现能量系统改造的方向。提出从装置间热联合、低温热回收利用和蒸汽动力系统优化三个方面进行节能改造:通过将水煤气变换单元和甲烷化单元进行装置间热联合,可以实现过程?效率提高15.8%;构建了全厂低温有机朗肯循环发电系统,实现产电4.32MW;结合蒸汽产、用的变化对蒸汽动力系统进行相应改造,燃料煤节约14.3%。通过全厂能量系统集成,可以实现年收益1944万元,投资回收期为2.3年。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ546
【部分图文】：

图 2-6 甲醇洗涤塔模拟Figure 2-6 Simulation of methanol scrubber（3）CO2闪蒸塔CO2闪蒸塔的作用是将甲醇吸收塔脱碳段抽出的富碳甲醇中的有效气体闪蒸出来并进行回收，模拟流程图如图 2-7 所示。来自甲醇洗涤塔脱碳段的含 CO2富甲醇经过闪蒸后（流股 43）到换热器冷却，经过节流阀减压到 1.0MPa 后进入循环气闪蒸罐，将溶解在其中的 CO、H2和 CH4闪蒸出去（流股 66）经循环气压缩机加压后并入原料。经过闪蒸的富甲醇一部分经过节流降压到 0.4MPa 后进入 CO2闪蒸塔。经过 CO2吸收塔处理可以得到合格的 CO2产品（流股 80）。

图 2-7 CO2闪蒸塔模拟Figure 2-7 Simulation of CO2flash towerH2S浓缩塔缩塔是利用减压闪蒸和低压氮气气提的方式提高H2S馏分中的含硫2-8所示。由CO2闪蒸段来的富甲醇（流股52）送入到H2S浓缩塔2产品塔塔底富甲醇（流股89）送入到塔底。H2S浓缩塔理论塔板数废气送入蓄热氧化进行处理。为进一步提高H2S馏分中H2S的含量H2S浓缩塔（T103-2）底部通入低压氮气（流股252）。

图 2-7 CO2闪蒸塔模拟Figure 2-7 Simulation of CO2flash tower）H2S浓缩塔浓缩塔是利用减压闪蒸和低压氮气气提的方式提高H2S馏分中的含硫图2-8所示。由CO2闪蒸段来的富甲醇（流股52）送入到H2S浓缩塔（O2产品塔塔底富甲醇（流股89）送入到塔底。H2S浓缩塔理论塔板数的废气送入蓄热氧化进行处理。为进一步提高H2S馏分中H2S的含量向H2S浓缩塔（T103-2）底部通入低压氮气（流股252）。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 满奕;杨思宇;萧鸿华;钱宇;;煤和焦炉气联供制合成天然气过程的建模、模拟与分析[J];化工学报;2015年12期

2 王兆东;李涛;;合成气甲烷化反应器模拟和工艺条件优化[J];天然气化工(C1化学与化工);2015年04期

3 常旭;;以褐煤为原料的碎煤加压气化工艺适应性的探讨[J];化工管理;2015年17期

4 兰荣亮;马炯;汪根宝;;煤制天然气甲烷化工艺全流程模拟研究[J];化工设计;2015年01期

5 李传锐;刘永健;李春启;左玉帮;;我国煤制天然气发展现状、政策与应用分析[J];化学工业;2015年01期

6 肖晓愚;;关于煤制天然气项目技术指标的探讨与建议[J];化肥设计;2014年06期

7 卢彦;朱玉营;石剑;黄萍;;煤制合成天然气甲烷化工序换热网络设计与优化[J];煤化工;2014年05期

8 胡国广;王大庆;张静;鲍喜军;黄雪莉;;煤制气托普索甲烷化工艺热力学分析[J];计算机与应用化学;2014年10期

9 赵华斌;;航天炉粉煤加压气化技术探究[J];化工管理;2014年30期

10 惠德健;;对美国大平原厂煤制天然气项目建设与运行情况的借鉴与思考[J];中国石油和化工;2014年10期

相关博士学位论文 前2条

1 满奕;低碳排放的煤和焦炉气联供化工过程新工艺[D];华南理工大学;2016年

2 修乃云;全局系统能量集成方法研究[D];大连理工大学;2000年

相关硕士学位论文 前4条

1 白新泽;低温甲醇洗工艺流程模拟研究[D];北京化工大学;2016年

2 韩燕;某厂煤制甲醇工艺中低温甲醇洗装置的改造及优化研究[D];大连理工大学;2014年

3 邵迪;固定床与气流床水煤浆气化集成的煤制天然气系统能量与经济分析[D];华东理工大学;2013年

4 贾振源;能量过程优化的理论与试验研究[D];北京工业大学;2012年

本文编号：2818658