天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料,發(fā)展煤制天然氣產(chǎn)業(yè)對(duì)緩解我國(guó)天然氣供需矛盾具有重要作用。經(jīng)過多年的發(fā)展和工程示范,煤制天然氣項(xiàng)目已經(jīng)成為我國(guó)天然氣供應(yīng)的一條重要來源。煤制天然氣過程工藝流程長(zhǎng),全廠能量系統(tǒng)復(fù)雜,現(xiàn)有煤制天然氣項(xiàng)目能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立,從全局視角來看,尚未做到能量的“梯級(jí)利用”。煤制天然氣過程能量系統(tǒng)配置仍存在不合理之處,全廠能量利用效率仍有提高空間。研究和解決能量系統(tǒng)瓶頸問題,將對(duì)我國(guó)煤制天然氣項(xiàng)目進(jìn)一步升級(jí)示范和行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到積極的作用。本研究建立了煤制天然氣過程各子系統(tǒng)基礎(chǔ)模型,包括工藝系統(tǒng)與公用工程系統(tǒng),并利用工業(yè)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校核。在模型準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)上,對(duì)煤制天然氣全流程進(jìn)行模擬計(jì)算,得到全流程物料平衡和能量平衡數(shù)據(jù)。以此為基礎(chǔ),對(duì)典型煤制天然氣過程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行了分析,弄清了現(xiàn)有工藝過程物質(zhì)和能量利用的瓶頸問題。結(jié)果表明煤制天然氣過程公用工程系統(tǒng)能源消耗和碳排放高:每生產(chǎn)一立方米合成天然氣能源消耗為2.27kg標(biāo)煤,其中公用工程系統(tǒng)燃料煤消耗占28.8%,平均單位產(chǎn)品碳排放為4.94kg,其中公用工程系統(tǒng)碳排放占42.4%。因此,通過能量系統(tǒng)集成優(yōu)化,是實(shí)現(xiàn)煤制天然氣項(xiàng)目的提質(zhì)增效和過程的節(jié)能減排重要途徑。全局夾點(diǎn)法是用于大型工業(yè)過程全局能量集成的一種圖形化方法。該方法應(yīng)用于石油化工等領(lǐng)域能量集成已取得了較好的效果。然而全局夾點(diǎn)法僅考慮了蒸汽的潛熱,而忽視了鍋爐給水預(yù)熱和蒸汽過熱的熱量。這使得全局夾點(diǎn)法在應(yīng)用于高溫煤化工過程能量集成時(shí),計(jì)算得到的全局回收的熱量比理論上可以實(shí)現(xiàn)最大的熱回收值存在明顯高估,同時(shí)得到的公用工程結(jié)構(gòu)無法滿足工藝需求。我們提出了一種用于解決高溫過程全局能量系統(tǒng)集成的考慮顯熱的全局夾點(diǎn)法,可應(yīng)用于煤化工過程的能量集成。利用本文所提出的方法可以得到滿足工藝過程需求的公用工程系統(tǒng)。因此,對(duì)于具有高溫煤化工過程全局能量系統(tǒng)集成,本文所提出的考慮顯熱的全局夾點(diǎn)法在理論模型和工程實(shí)踐兩方面都具有價(jià)值。本研究旨在針對(duì)煤制天然氣工業(yè)過程能量系統(tǒng)存在的瓶頸問題,提出相應(yīng)的節(jié)能改造方案以實(shí)現(xiàn)全廠能量利用效率的提高。首先根據(jù)單元過程模擬數(shù)據(jù),利用夾點(diǎn)技術(shù)對(duì)各單元過程的能量系統(tǒng)展開詳細(xì)的用能分析,確定各單元能量系統(tǒng)特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上利用本文所提出的考慮顯熱的全局夾點(diǎn)法,對(duì)現(xiàn)有煤制天然氣全廠能量系統(tǒng)進(jìn)行分析,確定全廠用能瓶頸以及實(shí)現(xiàn)能量系統(tǒng)改造的方向。提出從裝置間熱聯(lián)合、低溫?zé)峄厥绽煤驼羝麆?dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化三個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能改造:通過將水煤氣變換單元和甲烷化單元進(jìn)行裝置間熱聯(lián)合,可以實(shí)現(xiàn)過程?效率提高15.8%;構(gòu)建了全廠低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電4.32MW;結(jié)合蒸汽產(chǎn)、用的變化對(duì)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造,燃料煤節(jié)約14.3%。通過全廠能量系統(tǒng)集成,可以實(shí)現(xiàn)年收益1944萬元,投資回收期為2.3年。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ546
【部分圖文】：

圖 2-6 甲醇洗滌塔模擬Figure 2-6 Simulation of methanol scrubber（3）CO2閃蒸塔CO2閃蒸塔的作用是將甲醇吸收塔脫碳段抽出的富碳甲醇中的有效氣體閃蒸出來并進(jìn)行回收，模擬流程圖如圖 2-7 所示。來自甲醇洗滌塔脫碳段的含 CO2富甲醇經(jīng)過閃蒸后（流股 43）到換熱器冷卻，經(jīng)過節(jié)流閥減壓到 1.0MPa 后進(jìn)入循環(huán)氣閃蒸罐，將溶解在其中的 CO、H2和 CH4閃蒸出去（流股 66）經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)加壓后并入原料。經(jīng)過閃蒸的富甲醇一部分經(jīng)過節(jié)流降壓到 0.4MPa 后進(jìn)入 CO2閃蒸塔。經(jīng)過 CO2吸收塔處理可以得到合格的 CO2產(chǎn)品（流股 80）。

圖 2-7 CO2閃蒸塔模擬Figure 2-7 Simulation of CO2flash towerH2S濃縮塔縮塔是利用減壓閃蒸和低壓氮?dú)鈿馓岬姆绞教岣逪2S餾分中的含硫2-8所示。由CO2閃蒸段來的富甲醇（流股52）送入到H2S濃縮塔2產(chǎn)品塔塔底富甲醇（流股89）送入到塔底。H2S濃縮塔理論塔板數(shù)廢氣送入蓄熱氧化進(jìn)行處理。為進(jìn)一步提高H2S餾分中H2S的含量H2S濃縮塔（T103-2）底部通入低壓氮?dú)猓鞴?52）。

圖 2-7 CO2閃蒸塔模擬Figure 2-7 Simulation of CO2flash tower）H2S濃縮塔濃縮塔是利用減壓閃蒸和低壓氮?dú)鈿馓岬姆绞教岣逪2S餾分中的含硫圖2-8所示。由CO2閃蒸段來的富甲醇（流股52）送入到H2S濃縮塔（O2產(chǎn)品塔塔底富甲醇（流股89）送入到塔底。H2S濃縮塔理論塔板數(shù)的廢氣送入蓄熱氧化進(jìn)行處理。為進(jìn)一步提高H2S餾分中H2S的含量向H2S濃縮塔（T103-2）底部通入低壓氮?dú)猓鞴?52）。

【參考文獻(xiàn)】

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1 滿奕;楊思宇;蕭鴻華;錢宇;;煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供制合成天然氣過程的建模、模擬與分析[J];化工學(xué)報(bào);2015年12期

2 王兆東;李濤;;合成氣甲烷化反應(yīng)器模擬和工藝條件優(yōu)化[J];天然氣化工(C1化學(xué)與化工);2015年04期

3 常旭;;以褐煤為原料的碎煤加壓氣化工藝適應(yīng)性的探討[J];化工管理;2015年17期

4 蘭榮亮;馬炯;汪根寶;;煤制天然氣甲烷化工藝全流程模擬研究[J];化工設(shè)計(jì);2015年01期

5 李傳銳;劉永健;李春?jiǎn)?左玉幫;;我國(guó)煤制天然氣發(fā)展現(xiàn)狀、政策與應(yīng)用分析[J];化學(xué)工業(yè);2015年01期

6 肖曉愚;;關(guān)于煤制天然氣項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)的探討與建議[J];化肥設(shè)計(jì);2014年06期

7 盧彥;朱玉營(yíng);石劍;黃萍;;煤制合成天然氣甲烷化工序換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J];煤化工;2014年05期

8 胡國(guó)廣;王大慶;張靜;鮑喜軍;黃雪莉;;煤制氣托普索甲烷化工藝熱力學(xué)分析[J];計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué);2014年10期

9 趙華斌;;航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)探究[J];化工管理;2014年30期

10 惠德健;;對(duì)美國(guó)大平原廠煤制天然氣項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)行情況的借鑒與思考[J];中國(guó)石油和化工;2014年10期

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1 滿奕;低碳排放的煤和焦?fàn)t氣聯(lián)供化工過程新工藝[D];華南理工大學(xué);2016年

2 修乃云;全局系統(tǒng)能量集成方法研究[D];大連理工大學(xué);2000年

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1 白新澤;低溫甲醇洗工藝流程模擬研究[D];北京化工大學(xué);2016年

2 韓燕;某廠煤制甲醇工藝中低溫甲醇洗裝置的改造及優(yōu)化研究[D];大連理工大學(xué);2014年

3 邵迪;固定床與氣流床水煤漿氣化集成的煤制天然氣系統(tǒng)能量與經(jīng)濟(jì)分析[D];華東理工大學(xué);2013年

4 賈振源;能量過程優(yōu)化的理論與試驗(yàn)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2818658