化工—动力多联产系统节能机制与特性研究

发布时间：2020-07-30 00:48

【摘要】：煤基化工动力多联产是煤炭清洁、高效利用技术之一,通过煤基多联产系统制取替代燃料,对于缓解我国油、气紧张状况、保障我国能源供应安全也有重要意义。本学位论文从机理层面分析了多联产系统的基础单元——气化单元的(?)损失规律,研究了通过改变气化反应路径以减小气化反应过程(?)损失的可行性,并比较了生产甲醇、甲烷两种不同替代燃料的多联产系统性能差异、以及相对于各自单产系统的节能率差异等,进一步补充了多联产系统的集成优化原则。在机理层面,从气化反应过程中吉布斯自由能变化规律出发,研究了气化反应过程(?)损失随反应种类、温度、压力等因素的变化规律,并分析了传统的水煤浆气化工艺的炯损失构成,以及通过改变水煤浆浓度、氧煤比等来调节气化反应温度、从而对气化过程(?)损失造成的影响规律。结果表明,通过提高水煤浆浓度可以减小气化反应产生的(?)损失,从而提高气化反应过程的炯效率。为了比较煤制甲醇、煤制甲烷及电力多联产系统的性能差异,首先,传统的煤制甲醇、煤制甲烷单产系统进行了对比。结果表明,带精馏、驰放气不回收的煤制甲醇单产系统的(?)效率为48.7%,而煤制甲烷单产系统的(?)效率为56.6%,造成两种系统性能差异的因素主要有三点：合成的化工产品是否需要精馏,合成反应的温度及回收的热量,以及合成过程排放的驰放气是否回收利用。通过取消传统煤制甲醇单产系统的精馏单元、同时将驰放气用于补燃以回收其热值,煤制甲醇单产系统的(?)效率可以得到进一步提高。对于无调整、适度循环的煤制甲醇、煤制甲烷多联产系统,两种系统的能源利用效率、(?)效率以及相对于各自单产系统的相对节能率也进行了对比,并分析了增加CO2捕集单元后两种多联产系统的CO2捕集能耗差异。结果表明,醇电联产系统和煤制甲烷及动力多联产系统在各自的最佳循环倍率下的(?)效率分别为53.8%和60.9%,相对节能率分别为15.0%和14.2%；两种多联产系统实现系统节能的机理有所不同,煤制甲醇多联产系统通过对合成单元排出的驰放气进行补燃以回收其热量,可以在合成反应单元实现更佳的节能效果,而煤制甲烷多联产系统则通过取消合成气调整,节能效果主要来自于变换反应和净化单元。对于带CO2回收的两种多联产系统,由于煤制甲烷系统在合成反应之后捕集CO2,处理的气体量较少并且气体中C02的浓度较高,因此可以实现较低的CO2捕集能耗。通过利用CO2代替纯氧作为气化剂,可以改变气化反应路径,从而减小气化反应过程产生的(?)损失,并且可以取消空分单元,避免了传统空分制氧单元的巨大能耗,从而提高系统的能源利用效率和(?)效率。利用CO2作气化剂的新气化制甲醇系统与传统煤制甲醇系统的热力性能进行了对比,其系统总(?)效率分别为61.3%和48.7%,新气化制甲醇系统在气化反应过程的(?)损失有大幅减少,同时,新气化制甲醇系统可以回收利用CO2分离单元捕集的一部分CO2,进而实现更高的系统(?)效率。另外,为了验证新气化工艺的可行性,设计并完成了煤炭炼焦以及焦炭-二氧化碳气化反应实验,并分析了煤种、炼焦方式、气化条件等对于焦炭-二氧化碳气化反应动力学特性的影响规律。结果表明,实验考察的褐煤、长焰煤、烟煤等均适合作为气化煤原料用于新气化系统,炼焦方式对焦炭气化反应速率影响不大,气化反应采取1000℃的温度便能够保证气化反应的速率；另外,通过添加碱金属催化剂也可以有效加快气化反应速率。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ53
【图文】：

多联产系统,多联产,化工产品,煤制油

煤基多联产系统是Ｗ煤气化技术为基础，利用煤气化制取的粗合成气，经过净化后用逡逑来化工合成和发电，同时生产电力、化工产品、蒸汽等产品的煤炭清洁、高效利用系统口２］，逡逑典型煤基多联产系统工艺流程如图１．２所示［２３］。逡逑目前，国内外对于煤基多联产系统的研巧主要集中在Ｗ下几个方面：新型多联产系统逡逑的提出、多联产系统的集成优化设计、多联产局部技术的改进、对现有系统的分析比较Ｗ逡逑及多联产系统评价准则和性能指标等。逡逑３逡逑

曲线,化学计量数,气体组分,压力变化

即减小了反应驱动力、减小了反应过程拥损失；反之则会导致系统ＡＧ增大。通逡逑过计算１２０（ＴＣ下，压力从化ａｒ提高到３化ａｒ时，公式２．１４中第２项随压力的变化，得到逡逑的结果如图２．２所示。逡逑８０逡逑＿邋７０逦？逡逑墨逡逑吾邋４０逡逑技逦逦逦邋一逡逑；３０逦／逦＾逡逑曼居二＾二＾逡逑０邋＃＝－逦？邋？邋？邋？逦？逦？逦逡逑：逦０逦５逦１０逦１５逦２０逦２５逦３０逦３５逡逑压力，ｂａｒ逡逑—ｌａ邋—ｌｂ邋—２邋—３ａ邋—３ｂ逡逑图２．２公式２．１４中第２项随压力变化图逡逑从图中可＾文看出，由于反应ｌａ、２、３均为反应前后气体组分化学计量数增加的反应，逡逑随着压力的增加，反应过程ＡＧ逐渐减小，即反应过程驱动力逐渐减小、反应过程拥损失逡逑减小；另外，反应２和反应３ａ由于反应前后气体组分化学计量数相同，在图中两个反应的逡逑曲线重合。对于气化反应过程而言，增加反应压力，能够促进反应４、５、６的进行，同时逡逑抑制反应１、２、３、９的进行，从而增加了产物中Ｃ0２、ＣＨ４的产量。另外，对于不同的反逡逑应，公式２．１４中第２项对各反应过程ＡＧ的影响相对于第一项ＡｆＧ累较小。逡逑？反应进度弓

反应进度,公式,应压力,气化剂

要对反应ｌａ、２、化进行分析（对于Ｈ２０作为气化剂，应当考虑反应物比０为液态，即反逡逑应３ｂ），比较了Ｓ种反应ＡＧ随着反应温度的变化表，取反应压力为３０ｂａｒ，反应进度分别逡逑为０．１、０．５和０．９，如图２．４所示。逡逑２３逡逑

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