煤基多联产TCCUC新工艺关键技术研究

发布时间：2020-07-04 13:21

【摘要】：煤炭热力学高效和化学高价值利用(TCCUC)工艺是以煤低温焦化为基础的热电化多联产工艺,包括煤炭拔头技术-半焦富氧直燃制备燃气轮机高温工质系统-燃气发电-蒸汽发电系统-CO2捕集技术-干馏拔头产物提质处理技术六个模块。该工艺通过对煤中大分子碳氢化合物进行适当热解和对热解产物焦油加氢处理得到碳氢液体燃料,实现煤炭的化学高价值利用;通过高温过滤、半焦直燃、燃气轮机与蒸汽轮机相结合等方法,实现对煤炭燃烧过程中高位热能的充分利用,进一步提高热-电联产效率。本文以新型煤基多联产系统TCCUC为研究对象,通过对TCCUC工艺的深入分析,查阅国内外文献,筛选了适合的工艺流程及设备,对热解拔头模块、半焦富氧直燃模块和燃气-蒸汽联合循环模块进行了集成流程化,对各模块的关键参数进行了整合匹配。本文建立了煤气化模型、半焦富氧燃烧模型、半焦两段燃烧模型、燃气轮机循环模型、多压蒸汽轮机循环模型,运用Aspen Plus软件搭建了模拟计算平台,并对各个模型的参数进行了优化。优化后的循环发电效率可达到52.06%,高于超超临界和IGCC的循环效率,比天然气的联合循环效率略低,因此TCCUC工艺更符合我国以煤为主的一次能源消耗国情。半焦富氧直燃产物的高温除尘是TCCUC工艺的重要过程,其中最关键的是高温材料。本论文组建了材料的高温耐用性能测试平台,筛选了碳纤维和不锈钢纤维耐高温过滤材料。研究发现碳纤维在400℃高温氧化氛围下会严重失重,过滤性能下降;在微氧的氛围下,不超过400℃时会少量失重,过滤性能稳定。利用SiO2对碳纤维进行涂层改性可改善其耐高温性能,改性液中PDMS的最佳含量为10%wt,改性后材料在400℃空气氛围下氧化20h后,失重率为3.71%,可以满足400℃下除尘工艺要求;将不锈钢纤维在500~700℃下、有氧氛围下煅烧120,测试表明材料重量无变化,相对透气系数和孔径轻微变化,过滤性能较稳定,可作为高温滤材,具有一定的工业应用前景。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ536
【图文】：

示意图,示意图,多联产系统

产流程可共用大量公用设施，减少基本建设投资和运行费用，而且联产高附加值的化工产品、电力等可以有效地降低产品成本，实现煤炭利用过程的经济效益最大化。除了以上的特点外，多联产系统在污染物处理和环保方面也有独特的优势。通过对合成气的集中净化处理，使得尾气中的二氧化硫、氮氧化物、粉尘等污染物的含量大大降低，也使得温室气体二氧化碳的排放量大为下降。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国外联产技术发展现状1998 年美国为了降低利用化石能源而带来的环境问题，提出了“Vision21”多联产系统[4]，如图 1-1 所示，该系统将多种先进的煤炭清洁高效利用技术优化集成，以期实现零排放。该系统以煤气化为基础，SO2、NOx、颗粒物、微量元素、有机物等可以以经济的方式较完全的去除，粗煤气经变换重整和分离制氢技术将 H2和 CO2分离出来，H2先通过燃料电池预热发电，再进行燃气-蒸汽联合循环，总发电效率可达60%，CO2通过捕集回收可制取工业品或埋藏。

合成气

图 1-2 Shell Syngas Park（合成气园）系统2004 年，欧盟开始执行 HYPOGEN 项目，该项目以煤气化为基础，生产电，同时利用 CO2分离和处理技术，来实现电站的的近零排放[6-7]。德国提出ORETEC (CO2Reduction Technologies for fossil—fired Power plants)计划[8]，该重点是提高电站的热电效率和 CO2的捕集和固化技术，在该计划的支持下，德E 公司建立了一个拥有 CO2捕集与封存技术的 450WM 的 IGCC 示范电站，计可捕集 260 万吨 CO2。2.2 国内多联产技术发展现状上个世纪 90 年代初期，上海吴泾化工厂也提出了三联供[10]，实现了城市用酸的多联产，但由于当时技术水平的限制，未能实现燃气-蒸汽联合循环发电。原国家科委和美国能源部组织的中美 IGCC 专家报告中明确提出与联产结合发CC 的思路[11]。随后十几年，在国家的优惠政策和大力支持鼓励下，中国科学热物理研究所、华东理工大学以及兖矿集团等科研机构和企业，对以 IGCC 为的多联产系统进行了积极研究探索，在完成了一些关键技术的示范和创新的基

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