基于可用能分析的生物质热解—提质系统制氢及换热优化研究

发布时间：2020-08-31 10:21

　　生物质是唯一可转化为液体燃料的可再生碳源。利用生物质制取高品位液体燃料,实现化石燃料的部分替代,将有助于缓解日益严峻的能源和环境问题。目前开展的生物质热解-提质制取车用液体燃料经济技术研究结果表明,该路线具备一定的经济性,应用前景广阔。本文开展了该路线中制氢过程和系统换热网络的优化研究,并对生物质热解-提质系统进行可用能分析,揭示系统中的薄弱环节,为系统优化提供依据。制氢过程优化研究比较了水蒸气重整(SR)和吸附强化重整(SESR)两种制氢方式的产物情况,并对两种系统进行了可用能分析。结果表明,SESR反应器可获得更高的氢气纯度和产率。在S/C为3、450 ℃-600 ℃范围内,SESR反应器出口气相产物中H2干基含量超过98.67%、产率超过98.54%。同时,研究的工况内SESR反应器中没有焦炭生成。SR和SESR制氢系统可用能效率分别为61.80%和66.80%。两种制氢系统中的可用能损失主要是内部可用能损失。产物对比和可用能分析均表明SESR制氢方式更优。换热网络优化研究考察了热容流率随温度的变化对夹点分析结果的影响,基于夹点设计原则获得了最大能量回收换热网络,进而通过能量松弛法对换热网络进行调整,减少换热单元数目。结果表明,相比未考虑热容流率随温度的变化,考虑该变化后,夹点位置和共用工程目标值都有较大改变。相比热集成前,最终获得换热网络使得系统冷、热公用工程耗量分别降低58.72%和33.08%。最后对采用吸附强化重整方式提供氢源的生物质热解-加氢提质系统进行可用能分析,对比了系统热集成前后的可用能效率,分析了系统可用能损失情况。结果表明,系统进行热集成后,以提质油、焦炭和提质过程产生的轻质气体作为目标产物时,可用能效率为69.61%,高于未进行热集成的结果(63.04%)。系统可用能损失以内部可用能损失为主。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

吸附剂再生,制氨,制氧系统,气固分离器

困３．２ＳＥＳＲ制氧系统逡逑ＳＥＳ民制氨系统由ＳＥＳ民反应器（图３．２中的ＳＥＳ民摸块）、吸附剂再生反应逡逑器（图３．２中的ＲＥＧＥＮＥ民模块）、气固分离器（图３．２中ＣＹＣＬ１和ＣＹＣＬ２模逡逑块）、水蒸气分离器（图３．２中的ＦＬＡＳＨ摸块）和换热器（图３．２中的Ｈ１－Ｈ４模逡逑

吸附剂再生,气固分离器,反应器,水蒸气

ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ逡逑３．２邋ＳＲ和ＳＥＳＲ制氧系统棋拟逡逑利用Ａｓｐｅｎ邋Ｐ山ｓ软件建立的ＳＲ和ＳＥＳＲ制氨系统流程如图３．１和图３．２所逡逑示。物性方法采用Ｐｅｎｇ－Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，主要化学反应器采用ＲＧ化ｂｓ模型。根据前面逡逑的分析结果，模拟过程中的定义的成分包括ＣＨｓＣＯＯＨ、＆０、＆、ＣＯ、Ｃ0２、逡逑ＣＨ４、Ｇ邋（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ＣａＯ、ＣａＣ0３、Ｃａ（ＯＨ）２。逡逑ＳＲ制氯系统主要由ＳＲ反应器、水汽变换反应器和ＣＯ２分离单元组成。重逡逑整原料（图３．１中的物流１）预热后进入ＳＲ反应器（图３．１中的ＳＲ模块）进行逡逑重整。化反应器出口产物进入高、低温变换反应器（图３．１中的ＨＴＳ和ＬＴＳ模逡逑块）进一步反应，提高Ｈ２产率。ＬＴＳ反应器出口气体中Ｃ0２通过低温甲醇洗进逡逑行分离

分布情况,结果对比,文献,摩尔数

３．３邋ＳＲ和ＳＥＳＲ反应器出口产物分析逡逑本节研究不同工况下ＳＲ和ＳＥＳＲ反应器产物的分布情况，湿度范西为逡逑２００－１０００邋°Ｃ、水碳比（Ｓ／Ｃ）范困为１－４．５。氨气产率Ｙ＆定义如式（３．１）所示，逡逑乙酸重整反应理论上可获得的氨气摩尔数由表３．１中的民１获得。ＳＥＳＲ反应器中，逡逑ＣａＯ的摩尔数与理论上生成的Ｃ0２摩尔数相同，即ＣａＯ与乙酸摩尔比为２。Ｗ邋１逡逑乙，Ｓ民ＳＥＳ民器出口的组、氨率如图逡逑

【参考文献】