發(fā)布時(shí)間：2020-07-30 00:48

【摘要】：煤基化工動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)是煤炭清潔、高效利用技術(shù)之一,通過煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)制取替代燃料,對(duì)于緩解我國(guó)油、氣緊張狀況、保障我國(guó)能源供應(yīng)安全也有重要意義。本學(xué)位論文從機(jī)理層面分析了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元——?dú)饣瘑卧??)損失規(guī)律,研究了通過改變氣化反應(yīng)路徑以減小氣化反應(yīng)過程(?)損失的可行性,并比較了生產(chǎn)甲醇、甲烷兩種不同替代燃料的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能差異、以及相對(duì)于各自單產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能率差異等,進(jìn)一步補(bǔ)充了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化原則。在機(jī)理層面,從氣化反應(yīng)過程中吉布斯自由能變化規(guī)律出發(fā),研究了氣化反應(yīng)過程(?)損失隨反應(yīng)種類、溫度、壓力等因素的變化規(guī)律,并分析了傳統(tǒng)的水煤漿氣化工藝的炯損失構(gòu)成,以及通過改變水煤漿濃度、氧煤比等來調(diào)節(jié)氣化反應(yīng)溫度、從而對(duì)氣化過程(?)損失造成的影響規(guī)律。結(jié)果表明,通過提高水煤漿濃度可以減小氣化反應(yīng)產(chǎn)生的(?)損失,從而提高氣化反應(yīng)過程的炯效率。為了比較煤制甲醇、煤制甲烷及電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的性能差異,首先,傳統(tǒng)的煤制甲醇、煤制甲烷單產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,帶精餾、馳放氣不回收的煤制甲醇單產(chǎn)系統(tǒng)的(?)效率為48.7%,而煤制甲烷單產(chǎn)系統(tǒng)的(?)效率為56.6%,造成兩種系統(tǒng)性能差異的因素主要有三點(diǎn)：合成的化工產(chǎn)品是否需要精餾,合成反應(yīng)的溫度及回收的熱量,以及合成過程排放的馳放氣是否回收利用。通過取消傳統(tǒng)煤制甲醇單產(chǎn)系統(tǒng)的精餾單元、同時(shí)將馳放氣用于補(bǔ)燃以回收其熱值,煤制甲醇單產(chǎn)系統(tǒng)的(?)效率可以得到進(jìn)一步提高。對(duì)于無調(diào)整、適度循環(huán)的煤制甲醇、煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),兩種系統(tǒng)的能源利用效率、(?)效率以及相對(duì)于各自單產(chǎn)系統(tǒng)的相對(duì)節(jié)能率也進(jìn)行了對(duì)比,并分析了增加CO2捕集單元后兩種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕集能耗差異。結(jié)果表明,醇電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和煤制甲烷及動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在各自的最佳循環(huán)倍率下的(?)效率分別為53.8%和60.9%,相對(duì)節(jié)能率分別為15.0%和14.2%；兩種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的機(jī)理有所不同,煤制甲醇多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過對(duì)合成單元排出的馳放氣進(jìn)行補(bǔ)燃以回收其熱量,可以在合成反應(yīng)單元實(shí)現(xiàn)更佳的節(jié)能效果,而煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)則通過取消合成氣調(diào)整,節(jié)能效果主要來自于變換反應(yīng)和凈化單元。對(duì)于帶CO2回收的兩種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),由于煤制甲烷系統(tǒng)在合成反應(yīng)之后捕集CO2,處理的氣體量較少并且氣體中C02的濃度較高,因此可以實(shí)現(xiàn)較低的CO2捕集能耗。通過利用CO2代替純氧作為氣化劑,可以改變氣化反應(yīng)路徑,從而減小氣化反應(yīng)過程產(chǎn)生的(?)損失,并且可以取消空分單元,避免了傳統(tǒng)空分制氧單元的巨大能耗,從而提高系統(tǒng)的能源利用效率和(?)效率。利用CO2作氣化劑的新氣化制甲醇系統(tǒng)與傳統(tǒng)煤制甲醇系統(tǒng)的熱力性能進(jìn)行了對(duì)比,其系統(tǒng)總(?)效率分別為61.3%和48.7%,新氣化制甲醇系統(tǒng)在氣化反應(yīng)過程的(?)損失有大幅減少,同時(shí),新氣化制甲醇系統(tǒng)可以回收利用CO2分離單元捕集的一部分CO2,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)(?)效率。另外,為了驗(yàn)證新氣化工藝的可行性,設(shè)計(jì)并完成了煤炭煉焦以及焦炭-二氧化碳?xì)饣磻?yīng)實(shí)驗(yàn),并分析了煤種、煉焦方式、氣化條件等對(duì)于焦炭-二氧化碳?xì)饣磻?yīng)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)考察的褐煤、長(zhǎng)焰煤、煙煤等均適合作為氣化煤原料用于新氣化系統(tǒng),煉焦方式對(duì)焦炭氣化反應(yīng)速率影響不大,氣化反應(yīng)采取1000℃的溫度便能夠保證氣化反應(yīng)的速率；另外,通過添加堿金屬催化劑也可以有效加快氣化反應(yīng)速率。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ53
【圖文】：

煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是Ｗ煤氣化技術(shù)為基礎(chǔ)，利用煤氣化制取的粗合成氣，經(jīng)過凈化后用逡逑來化工合成和發(fā)電，同時(shí)生產(chǎn)電力、化工產(chǎn)品、蒸汽等產(chǎn)品的煤炭清潔、高效利用系統(tǒng)口２］，逡逑典型煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程如圖１．２所示［２３］。逡逑目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的研巧主要集中在Ｗ下幾個(gè)方面：新型多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)逡逑的提出、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)、多聯(lián)產(chǎn)局部技術(shù)的改進(jìn)、對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的分析比較Ｗ逡逑及多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和性能指標(biāo)等。逡逑３逡逑

即減小了反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力、減小了反應(yīng)過程擁損失；反之則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)ＡＧ增大。通逡逑過計(jì)算１２０（ＴＣ下，壓力從化ａｒ提高到３化ａｒ時(shí)，公式２．１４中第２項(xiàng)隨壓力的變化，得到逡逑的結(jié)果如圖２．２所示。逡逑８０逡逑＿邋７０邐？逡逑墨逡逑吾邋４０逡逑技邐邐邐邋一逡逑；３０邐／邐＾逡逑曼居二＾二＾逡逑０邋＃＝－邐？邋？邋？邋？邐？邐？邐逡逑：邐０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邐３５逡逑壓力，ｂａｒ逡逑—ｌａ邋—ｌｂ邋—２邋—３ａ邋—３ｂ逡逑圖２．２公式２．１４中第２項(xiàng)隨壓力變化圖逡逑從圖中可＾文看出，由于反應(yīng)ｌａ、２、３均為反應(yīng)前后氣體組分化學(xué)計(jì)量數(shù)增加的反應(yīng)，逡逑隨著壓力的增加，反應(yīng)過程ＡＧ逐漸減小，即反應(yīng)過程驅(qū)動(dòng)力逐漸減小、反應(yīng)過程擁損失逡逑減小；另外，反應(yīng)２和反應(yīng)３ａ由于反應(yīng)前后氣體組分化學(xué)計(jì)量數(shù)相同，在圖中兩個(gè)反應(yīng)的逡逑曲線重合。對(duì)于氣化反應(yīng)過程而言，增加反應(yīng)壓力，能夠促進(jìn)反應(yīng)４、５、６的進(jìn)行，同時(shí)逡逑抑制反應(yīng)１、２、３、９的進(jìn)行，從而增加了產(chǎn)物中Ｃ0２、ＣＨ４的產(chǎn)量。另外，對(duì)于不同的反逡逑應(yīng)，公式２．１４中第２項(xiàng)對(duì)各反應(yīng)過程ＡＧ的影響相對(duì)于第一項(xiàng)ＡｆＧ累較小。逡逑？反應(yīng)進(jìn)度弓

要對(duì)反應(yīng)ｌａ、２、化進(jìn)行分析（對(duì)于Ｈ２０作為氣化劑，應(yīng)當(dāng)考慮反應(yīng)物比０為液態(tài)，即反逡逑應(yīng)３ｂ），比較了Ｓ種反應(yīng)ＡＧ隨著反應(yīng)溫度的變化表，取反應(yīng)壓力為３０ｂａｒ，反應(yīng)進(jìn)度分別逡逑為０．１、０．５和０．９，如圖２．４所示。逡逑２３逡逑

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