【摘要】：經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展與環(huán)保政策的雙重作用導(dǎo)致我國對天然氣這一優(yōu)質(zhì)能源的需求量持續(xù)增長,而我國屬于“貧氣、富煤”的資源分布,將煤炭轉(zhuǎn)化為天然氣不但能緩解國內(nèi)天然氣需求量,也利于優(yōu)化現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)。煤制合成天然氣(簡稱煤制氣)技術(shù)使煤炭通過煤氣化反應(yīng)得到合成氣,再將合成氣經(jīng)甲烷化反應(yīng)生產(chǎn)合成天然氣,對實(shí)現(xiàn)上述的構(gòu)想具有重要意義。甲烷化是煤制氣的核心單元,其技術(shù)難點(diǎn)在于耐高溫催化劑的研究開發(fā)、與催化劑相適應(yīng)的反應(yīng)器及相關(guān)流程設(shè)計(jì)。某公司基于其煤制氣項(xiàng)目與本課題組合作,開展甲烷化關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)研究,本文在課題組已研制出的AM-830催化劑的基礎(chǔ)上,為其設(shè)計(jì)合適的甲烷化工藝流程。經(jīng)調(diào)研從現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)計(jì)了三個(gè)代表性的絕熱固定床工藝方案,即基于Davy工藝流程的方案一、基于Tops(?)e工藝一反循環(huán)流程的方案二與基于Tops(?)e工藝二反循環(huán)流程的方案三。針對AM-830催化劑設(shè)計(jì)的三種工藝方案,首先建立甲烷化流程的數(shù)學(xué)模型,包括反應(yīng)器模型、流程中流股混合模型與壓縮機(jī)模型和物性參數(shù)的計(jì)算,并使用模型驗(yàn)證了實(shí)際工廠甲烷化裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。然后利用MATLAB軟件平臺對三個(gè)方案的工藝流程進(jìn)行模擬,其中每個(gè)方案均考慮兩種不同進(jìn)料條件。在模擬的基礎(chǔ)上對工藝流程的壓縮功耗進(jìn)行優(yōu)化,以主反出口溫度為約束條件,在保證主反溫控的條件下尋求工藝流程的最優(yōu)分流比使循環(huán)比處于最低值,從而使各方案在其最優(yōu)的節(jié)能性能下進(jìn)行計(jì)算,考察主反出口溫度處于610℃、620℃...700℃共10個(gè)溫度點(diǎn)時(shí)工藝的壓縮功耗、催化劑費(fèi)用、甲烷收益與蒸氣收益(發(fā)電)。模擬計(jì)算結(jié)果表明:(1)合理地控制分流比與循環(huán)比,能有效實(shí)現(xiàn)主反出口溫度的控制并降低壓縮功耗;(2)主反溫度適當(dāng)提高、合適的進(jìn)料條件對甲烷化工藝的收益有利;(3)方案一以其先分流,一反分流進(jìn)料與二反產(chǎn)品氣循環(huán)混合的循環(huán)、分流方式極大地減小了壓縮功費(fèi)用,從壓縮功耗方面來評價(jià)方案一的設(shè)計(jì)最佳,但從整體收益方面分析,方案三最合適;(4)循環(huán)比對壓縮功耗與蒸氣收益的影響是對立的;(5)在各方案的壓縮功耗與蒸氣收益中,壓縮功消耗的費(fèi)用遠(yuǎn)不及蒸氣發(fā)電產(chǎn)生的效益,在模擬甲烷化工藝時(shí)需注意對蒸氣收益的優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE665.3
【圖文】：

１．１煤制合成天然氣逡逑我國正處于現(xiàn)代化和城市化的快速發(fā)展階段，對天然氣這一優(yōu)質(zhì)能源的需求逡逑愈發(fā)突出［１］。從圖１．１可以看出國內(nèi)總的天然氣消費(fèi)量不斷增長，而消費(fèi)增長率逡逑有所起伏，雖然在２０１５受全球經(jīng)濟(jì)影響煤炭和石油價(jià)格大幅下降，天然氣也緊逡逑隨其后，使當(dāng)年消費(fèi)增長率處于最低。但受宏觀經(jīng)濟(jì)、環(huán)保方面的政策的推動，逡逑２０１６至２０１７年天然氣消費(fèi)的增長率又大幅提升。為了緩解國內(nèi)天然氣需求，國逡逑家除了擴(kuò)大天然氣進(jìn)口，在“十二五”期間便開展“西氣東輸”、“川氣東送”逡逑等工程［２］，但天然氣進(jìn)口有國際因素制約，而我國“富煤少氣”的格局更限制了逡逑輸送工程的作用。結(jié)合我國現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，將豐富的煤炭轉(zhuǎn)化為天然氣正符合逡逑國家戰(zhàn)略要求，而實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵則是煤制天然氣（ＣＳＮＧ）技術(shù)。逡逑？２５００邐２５逡逑裳邋２００。＊＼邐２０逡逑３１５00邐＼邐／邐１５＾逡逑＿丨000邐＼邋ｇ邋／邋１0邋半逡逑｜５0０邐：：５邋＾逡逑0邋0邐—邐Ｍ邐＾寸丨ｎ邐0卜0逡逑00000000逡逑ｒ＾ｌ邐ＣＮ邐ＣＮ邐ｆＮ邐ｒｖ｜逡逑年份逡逑消費(fèi)ｓ邐—＊一增長率逡逑圖１．１邋２０１０－２０１７年國內(nèi)天然氣消費(fèi)量［３］逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｎａｔｕｒａｌ邋ｇａｓ邋ｆｒｏｍ邋２０１０邋ｔｏ邋２０１７逡逑從２００９年國家在煤化工的相關(guān)政策［４］中提出要開展關(guān)于煤制氣的示范工作逡逑后

積碳反應(yīng)會使催化劑失活，故原料氣中一般會存在一定量水蒸氣以避免（Ｒｅ．４）逡逑與（Ｒｅ．５）發(fā)生。則在甲烷化體系中主要考慮甲烷化和水煤氣變換反應(yīng)（Ｒｅ．ｌ）逡逑至（Ｒｅ．３），從圖１．３可知溫度升高將會使（Ｒｅ．ｌ）和（Ｒｅ．２）的平衡常數(shù)降低，逡逑但相對而言溫度對（Ｒｅ．３）的影響較低，對（Ｒｅ．ｌ）和（Ｒｅ．２）的影響則比較顯逡逑著，在溫度接近６００°Ｃ時(shí)，受熱力學(xué)限制甲烷化反應(yīng)將無法進(jìn)行，可見溫度過高逡逑在熱力學(xué)上不利于甲烷化反應(yīng)。逡逑４０－，邐邐逡逑邐Ｒｅ．ｌ逡逑邐Ｒｅ．２逡逑３０邋－邐邐Ｒｅ．３逡逑２０＇＼逡逑Ｖ、、邐逡逑暑逡逑－２０－１邐．邐．邐．邐，邐逡逑２００邐４００邐６００邐８００邐１０００邐１２００逡逑Ｔ／邋°Ｃ逡逑圖１．３甲烷化體系各反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)－溫度變化情況逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ邋ｏｆ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ邋ｃｏｎｓｔａｎｔ逡逑ｆｏｒ邋（Ｒｅ．ｌ），邋（Ｒｅ．２）邋ａｎｄ邋（Ｒｅ．３）逡逑１．２．２甲烷化催化劑逡逑甲烷化催化劑一般是氧化物負(fù)載型催化劑，其活性組分主要為周期表中珊族逡逑的元素，還包括Ｍｏ與Ａｇ，各按其活性從大至小［１３］排列：Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｎｉ．、Ｃｏ、逡逑Ｏｓ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ。在這些組分中催化活性比較好且穩(wěn)定的有Ｒｕ、Ｐｄ逡逑一類的貴金屬

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2736200