基于化学链技术的生物质气化甲醇—电联产工艺研究
发布时间：2020-09-04 18:11
甲醇和电分别是重要的化工产品和清洁能源载体,在世界能源化工经济中占有重要地位,目前主要依靠化石能源生产。然而,大量的化石能源开采利用存在诸多弊端,如引起雾霾、酸雨以及温室效应等环境问题,因此寻找一种廉价、洁净的可再生能源是全世界迫切需要解决的问题。生物质作为唯一可直接转化为液体燃料的可再生能源,主要包括农作物、木材、废弃物和动物粪便等。在生物质各类转化利用技术中,气化技术以其污染小、利用效率高等优势越来越受到重视。而化学链技术作为近年来出现的新型技术,具有能耗低、污染少、经济效益高等优点,受到了广泛关注,可用于各种化工-动力生产过程。本文以生物质为原料,结合化学链技术优势,提出建立四种生物质气化甲醇-电联产工艺,即常规生物质气化甲醇-电联产工艺(联产工艺Ⅰ)、基于化学链制氧的生物质气化甲醇-电联产工艺(联产工艺Ⅱ)、基于铁基化学链的生物质气化甲醇-电联产工艺(联产工艺Ⅲ)和基于双化学链的生物质气化甲醇-电联产工艺(联产工艺Ⅳ),从热力学和环境保护角度对四种联产工艺进行比选,并对最优工艺进行参数分析及优化、换热系统评价以及系统(?)平衡分析。首先对四种生物质气化甲醇-电联产工艺进行了流程描述,并利用Aspen Plus对上述四种联产工艺所涉及的主要气固反应过程,即生物质气化单元、化学链制氧单元(CLAS)和铁基化学链单元(Fe-CLC)进行了模拟,并依据相关文献对其进行了验证,发现模拟结果与文献值基本吻合。在验证模型可靠的基础上,对四种联产工艺进行了模拟计算,并以粗合成气组成、粗合成气收率、合成气比值、甲醇收率、甲醇-电比、甲醇效率、净电效率、总效率、(?)效率、碳捕集效率为评价指标对其进行了对比,结果如下:联产工艺Ⅰ的甲醇-电比值最大;联产工艺Ⅱ的粗合成气收率、甲醇收率和甲醇效率最高;联产工艺Ⅲ的碳捕集率最高;联产工艺Ⅳ的净电效率、总效率和(?)效率均最高;综合比较后发现联产工艺Ⅳ为最优工艺,其总效率和(?)效率分别为63.95%和57.93%。对联产工艺Ⅳ进行了参数分析与优化,发现生物质气化单元的氧气-生物质质量比(O/B,0.17～0.29)对系统性能指标均有较大影响,水蒸气-生物质质量比(S/B,0.04～0.16)只对粗合成气组成有较大影响,气体净化单元的分流比(Dr,0.5～0.6)对性能指标有一定影响;综合比较后,O/B、S/B和Dr的较优值分别取0.23、0.1和0.56。讨论了 CLAS还原反应器的循环尾气与Mn2O3摩尔比(F/M,0～0.3)对系统性能指标的影响,发现当F/M取0.15时系统效率最优。对于Fe-CLC,分析了 Fe2O3进料量与合成气中可燃气体摩尔比(Fe/C,0.9～1.2)对系统性能指标的影响,发现除粗合成气收率基本不受其影响外,剩余系统性能指标均受其影响,当Fe/C取1.1时系统效率最优。对于甲醇合成单元,讨论了甲醇合成反应器温度(Tm,190℃～310℃)和循环回流比(Rr,0.92～0.98)对系统性能指标的影响,发现随着Tm上升,甲醇-电比增大而甲醇收率和系统效率均缓慢下降,综合热力学性能和反应时间后,本文Tm取230℃;随着Rr增大,净电效率下降,其余性能指标均上升,除考虑热力学性能外还需考虑惰性气体累积,故本文Rr取0.95。同时,对联产工艺Ⅳ的换热系统进行了研究,结果表明CLAS换热单元、余热锅炉1和余热锅炉2的最小温差分别为48.41℃、38.47℃和11.71℃,均大于夹点温差(本文设10℃),满足换热要求。最后,对联产工艺Ⅳ进行了系统(?)平衡分析,发现总(?)输入为558.87MW,有效输出(?)为323.78MW,总(?)损为235.09MW。其中,各单元设备的(?)损失之和为209.22MW,占总(?)损的89.00%,表明该工艺的(?)损失主要来自各单元设备。而在各单元设备中,气化炉的(?)损最大(为87.10MW),占整个(?)损失的37.05%。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ223.121;TK6
【部分图文】：
体循环利用等特点，受到研究人员的广泛关注，可用于各种化工－动力生产过程，具有逡逑广阔运用前景［２５￣］。根据反应方式的不同，化学链技术可分为两类，一类是化学链燃烧逡逑（类型Ｉ），另一类是化学链制氧（类型ｉｄ，其示意图如图１－１所示。类型Ｉ化学链燃烧逡逑技术原理是将传统的燃料直接燃烧分解为两个反应，燃料无需与空气中的0２直接接触，逡逑而是由循环氧载体（如ＮｉＯ，邋Ｆｅ２０３）充当供氧体，将空气中的氧传递到燃料中，实现逡逑了邋Ｃ０２内分离；同时，化学链燃烧技术与直接燃烧相比降低了反应温度，减少了邋ＮＯｘ逡逑等污染物的生成。类型ＩＩ化学链制氧技术是由两个反应器构成，分别为氧化反应器和还逡逑原反应器。在氧化反应器中，循环氧载体（ＭｅｘＯｙ＿２）与空气中的０２反应，生成高价金逡逑属氧化物（ＭｅｘＯｙ）；在还原反应器中，ＭｅｘＯｙ发生分解反应，生成纯净的０２和低价循逡逑环氧载体（Ｍｅｘ（Ｖ２）。两类化学链技术都没有增加反应焓，但实现了化学能的梯级利用逡逑从而使能量效率提高
２１世纪以后，我国甲醇产量快速增加，已成为名副其实的甲醇生产和消耗大国，其生产逡逑量和消费量都居于世界首位［３１］。目前，煤在制取甲醇的同时可联产电，其典型的工艺流逡逑程如图１－２所示。逡逑———？？气化单元逦冷却净化逦？！水汽变换逦？邋Ｃ0２分离逦逦？气体压缩逡逑°２邋灰分%煎澹哄危哄澹慑危卞位亓麇义希掊危赍嗡羝澹蹋埃插
本文编号：2812423
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ223.121;TK6
【部分图文】：
体循环利用等特点，受到研究人员的广泛关注，可用于各种化工－动力生产过程，具有逡逑广阔运用前景［２５￣］。根据反应方式的不同，化学链技术可分为两类，一类是化学链燃烧逡逑（类型Ｉ），另一类是化学链制氧（类型ｉｄ，其示意图如图１－１所示。类型Ｉ化学链燃烧逡逑技术原理是将传统的燃料直接燃烧分解为两个反应，燃料无需与空气中的0２直接接触，逡逑而是由循环氧载体（如ＮｉＯ，邋Ｆｅ２０３）充当供氧体，将空气中的氧传递到燃料中，实现逡逑了邋Ｃ０２内分离；同时，化学链燃烧技术与直接燃烧相比降低了反应温度，减少了邋ＮＯｘ逡逑等污染物的生成。类型ＩＩ化学链制氧技术是由两个反应器构成，分别为氧化反应器和还逡逑原反应器。在氧化反应器中，循环氧载体（ＭｅｘＯｙ＿２）与空气中的０２反应，生成高价金逡逑属氧化物（ＭｅｘＯｙ）；在还原反应器中，ＭｅｘＯｙ发生分解反应，生成纯净的０２和低价循逡逑环氧载体（Ｍｅｘ（Ｖ２）。两类化学链技术都没有增加反应焓，但实现了化学能的梯级利用逡逑从而使能量效率提高
２１世纪以后，我国甲醇产量快速增加，已成为名副其实的甲醇生产和消耗大国，其生产逡逑量和消费量都居于世界首位［３１］。目前，煤在制取甲醇的同时可联产电，其典型的工艺流逡逑程如图１－２所示。逡逑———？？气化单元逦冷却净化逦？！水汽变换逦？邋Ｃ0２分离逦逦？气体压缩逡逑°２邋灰分%煎澹哄危哄澹慑危卞位亓麇义希掊危赍嗡羝澹蹋埃插
本文编号：2812423
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