本文關(guān)鍵詞：低階煤基化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的碳?xì)滢D(zhuǎn)化規(guī)律與能量利用的研究　出處：《北京化工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在今后比較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi),煤炭仍然我們國(guó)家的主要能源來源。隨著高階煤煤炭資源的開采,中低階煤高效轉(zhuǎn)化和清潔利用的問題越來越突出。同時(shí),解決該問題也是確保本國(guó)能源安全的一個(gè)重要舉措。本文依托國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃2011CB201306)的資助,開展低階煤基化學(xué)品與清潔燃料分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的碳?xì)滢D(zhuǎn)化規(guī)律與能量利用原理的創(chuàng)新研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：闡述了化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量利用原理。從低階煤及其附屬化學(xué)品的熱物性、化學(xué)平衡和碳排放的角度,描述了煤轉(zhuǎn)化過程中碳?xì)浠衔锘瘜W(xué)品生產(chǎn)過程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化原理。針對(duì)于純化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特征,提出了化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的新認(rèn)識(shí),以及該系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法和核心指標(biāo),并以此揭示化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化原理與能量利用規(guī)律。同時(shí),針對(duì)煤轉(zhuǎn)化工藝流程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,本研究提出了分層次熱集成的方法,以提高熱集成方案的可行性。集成多個(gè)參數(shù)指標(biāo),揭示了低階煤基煤氣、半焦和輕質(zhì)油聯(lián)產(chǎn)工藝的能量利用特征。聯(lián)立煤的低溫?zé)峤夤に嚭兔航褂偷某p壓蒸餾工藝,構(gòu)建了低階煤基聯(lián)產(chǎn)煤氣、半焦和輕質(zhì)油的工藝系統(tǒng),并開展模型化研究。計(jì)算表明,濕度約為40%的褐煤經(jīng)熱解后,半焦、煤氣和輕質(zhì)油的產(chǎn)率分別可達(dá)到42.30%、8.47%和4.10%。集成了產(chǎn)品產(chǎn)率-能耗/(?)損-過程單元三個(gè)參數(shù),分析聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律和能量利用情況。在完成上述工藝條件和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的目標(biāo)下,聯(lián)產(chǎn)工藝中能耗和(?)失最大的為干燥單元的,其次是熱解單元。本文通過集成物流品位、公用工程溫度和過程單元三個(gè)參數(shù),闡述聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的能量匹配與轉(zhuǎn)化原理。聯(lián)產(chǎn)工藝中各單元的能耗與(?)損按照工藝順序逐漸降低,部分產(chǎn)品的品位隨著過程的進(jìn)行逐漸升高。另外,干煤和焦油等化學(xué)品品位相對(duì)于原煤品位的上升是以單元過程消耗能量和支付(?)損為代價(jià)的。不同單元所需要的熱冷公用工程的品位不同,各單元產(chǎn)出物流的化學(xué)品品位也不同。利用分層次熱集成的方法開展了熱解聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱集成研究。通過上述聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能量分析可以發(fā)現(xiàn),低階煤基熱解聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有較大的節(jié)能潛力。按照分層次熱集成的方法,對(duì)低階煤基熱解聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了四個(gè)層次的分層次熱集成。按照分層次熱集成的判據(jù),選擇第三層次熱集成的方案作為低階煤熱解聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱集成方案,此時(shí)系統(tǒng)的總能耗為382.8kW,節(jié)能率為39.8%。該案例的研究表明,分層次熱集成的方法適用于工藝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的系統(tǒng),它從技術(shù)上較為全面的解決了傳統(tǒng)熱集成方法獲得的節(jié)能方案在實(shí)際生產(chǎn)中可行性較低的問題。研究了爐氣蒸汽重整的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,并探討工藝參數(shù)對(duì)目標(biāo)要求的影響。在聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中,將氧熱法電石爐氣和熱解氣混合后進(jìn)行蒸汽重整,根據(jù)獨(dú)立反應(yīng)方程的熱力學(xué)特征提出了爐氣蒸汽重整制氫的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,體系中的平衡組成由四個(gè)獨(dú)立反應(yīng)的正逆反應(yīng)共同決定。結(jié)合反應(yīng)機(jī)理分別分析了溫度、壓力和水汽比對(duì)CO和CH4轉(zhuǎn)化率、H2選擇性和反應(yīng)能耗的影響。通過集成四幅二維圖描述了H2產(chǎn)量、水汽比、壓力、溫度、反應(yīng)能耗和產(chǎn)物中H2/CO摩爾比之間的關(guān)系。通過該方法可以基于后期電石爐氣利用方案所要求的不同H2/CO的摩爾比確定電石爐氣蒸汽重整制氫的工藝參數(shù)。基于化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)的新認(rèn)識(shí)和構(gòu)建原則,研究了較優(yōu)的爐氣分級(jí)聯(lián)產(chǎn)方案。通過對(duì)比爐氣基化學(xué)品的生產(chǎn)工藝特征和技術(shù)成熟性,確定了爐氣聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)產(chǎn)品。綜合考慮目標(biāo)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程特征,構(gòu)建了四種爐氣基甲醇、二甲醚和燃料油分級(jí)聯(lián)產(chǎn)方案。按照純化工分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建原則和以及系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法,對(duì)比分析了各方案的核心指標(biāo)特性。初步認(rèn)為方案一和四的流程結(jié)構(gòu)要優(yōu)于單產(chǎn)方案和其他聯(lián)產(chǎn)方案的結(jié)構(gòu)。最后,結(jié)合之前的研究構(gòu)建了低階煤基化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程,并進(jìn)一步確定了爐氣聯(lián)產(chǎn)方案。著重分析了該系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量利用規(guī)律,包括有效原子收率、能耗分布、碳排放和污染物。爐氣利用方案對(duì)分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的碳?xì)滢D(zhuǎn)化與能量利用特征的影響較大,后期應(yīng)考慮爐氣利用子系統(tǒng)的優(yōu)化工作。
[Abstract]:In the future more long period of time, coal is still the main source of our country. With the high rank coal resources exploitation, low rank coal conversion efficiency and clean utilization problems become more and more prominent. At the same time, an important measure to solve the problem is to ensure its energy security. Based on the national key basic research and development plan (973 2011CB201306) funding, to carry out low rank coal based chemicals and clean fuel grade cogeneration system of hydrocarbon conversion principle of innovation research and utilization of energy. The main research contents are as follows: This paper describes the transformation and utilization of energy principle of chemicals cogeneration system. From the classification of thermophysical properties of low rank coal and its subsidiary chemicals, chemical balance and carbon emissions, coal conversion process of hydrocarbon based chemicals in the production process of material transformation principle is described. According to the pure chemical polygeneration system The characteristics, the paper puts forward a new idea of chemical classification of the combined system, and the system evaluation method and core indicators, and to reveal the chemical substance transformation principle classification system and energy law. At the same time, according to the complexity of coal conversion process structure, this study proposes a method of layered heat integration, in order to improve the feasibility heat integration. Integration of multiple parameters, reveals the low rank coal based gas, using the energy characteristics of production technology of semi coke and light oil. The distillation process of low temperature pyrolysis process of coal tar and simultaneous coal, construction of low rank coal gas based cogeneration system, the process of semi coke and light oil. And carry out the research model. The results show that the humidity was about 40% of Lignite by pyrolysis, char, gas and light oil yield could reach 42.30%, 8.47% and 4.10%. integrated product yield - energy - loss / (?) Unit three parameters, analyze the rules and energy generation system. The transformation after the completion of the process conditions and material conversion goals, energy consumption and production technology in (?) the biggest loss for the drying unit, followed by pyrolysis unit. In this paper, through the integration of material flow grade, utilities temperature and process unit three parameters, this generation system, energy and transformation principle. Each unit of production process in energy consumption and (?) loss according to the process order gradually reduced, product grade gradually increased with the process. In addition, dry coal tar and other chemicals to increase coal grade grade is in unit process energy consumption and pay the cost of the loss (?). The need of different units of hot and cold utilities of different grade, the output of each unit of chemical logistics grade is also different. By using the method of hierarchical thermal integration of open The study on pyrolysis heat integrated cogeneration system. The cogeneration system of energy analysis can be found in low rank coal pyrolysis based cogeneration system has great energy-saving potential. In accordance with the method of hierarchical thermal integration, based on low rank coal pyrolysis cogeneration system was integrated thermal stratified four levels. According to the thermal stratification integrated criterion, third levels of heat integration scheme as heat integration of low rank coal pyrolysis cogeneration system, the total energy consumption of the system is 382.8kW, energy-saving rate of the case study of 39.8%. showed that the method of layered heat integrated application system is more complicated in process structure, it is technically more comprehensive solution such schemes have traditional heat integration method is feasible in actual production. The problems of low furnace gas steam reforming chemical reaction mechanism, and discusses the process parameters on the objectives and requirements. Ring. In cogeneration system, the thermal process of furnace gas and oxygen gas mixture by steam reforming, the chemical reaction mechanism of furnace gas steam reforming was put forward according to the thermodynamic characteristics of independent reaction equation, system balance reaction consists of four independent reactions were decided by combining the analysis of the temperature. The reaction mechanism, pressure and moisture ratio of CO and CH4 conversion, H2 selectivity and reaction effect of energy consumption. By integrating the four 2D graph describes the H2 yield, moisture ratio, pressure, temperature, H2/CO molar ratio of the reaction between energy consumption and product. The method required post furnace gas utilization scheme based on the different molar ratio of H2/CO to determine the process parameters of calcium carbide furnace gas steam reforming. Based on the new understanding of chemical classification and construction principles of cogeneration, furnace gas better classification scheme. Through the comparison of production Furnace gas based chemical production process characteristics and mature technology, the furnace gas cogeneration system of target products. The comprehensive production process considering the characteristics of the targeted products and constructed four kinds of furnace gas based methanol, dimethyl ether and two fuel oil generation program. According to the evaluation classification principles and methods and system of pure chemical classification of cogeneration system the comparative analysis of the characteristics of the core indicators of each program. Initially that the flow structure of programs and four to yield structure is better than the solutions and other cogeneration scheme. Finally, combined with the previous research construction process of low rank coal based chemical fractions of the combined system, and further determine the furnace gas cogeneration system mainly. The analysis of the system of material transformation and energy utilization laws, including the effective atom yield, distribution of energy consumption, carbon emissions and pollutants. Hydrocarbon and transformation of furnace gas utilization scheme of grading cogeneration system The influence of the energy utilization characteristics is great, and the optimization of the furnace gas utilization subsystem should be considered in the later period.

【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ530

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本文編號(hào)：1440544