中低階煤基乙炔多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的研究.pdf

1、基于中低階煤的高效利用，采用中低階煤基乙炔工藝路線代替石油乙烯工藝路線是緩解石油資源供應(yīng)緊張的有效解決辦法。
　　 本文依托國家重點(diǎn)基礎(chǔ)發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目(2011CB201306)，圍繞中低階煤分級轉(zhuǎn)化聯(lián)產(chǎn)低碳燃料和化學(xué)品展開研究，以氧熱法煤轉(zhuǎn)化殘焦制備電石乙炔的低能耗新工藝為研究對象，開展了中低階煤基化學(xué)品制備系統(tǒng)與動力系統(tǒng)集成、反應(yīng)過程能量轉(zhuǎn)化、能量耦合、能量損失的熱力學(xué)機(jī)理研究以及工藝路線對比研究。旨在研究氧熱法電石爐內(nèi)

2、部反應(yīng)體系的熱力學(xué)機(jī)理，提出氧熱法煤基電石乙炔新工藝系統(tǒng)，以及開拓中低階煤基化學(xué)品（乙炔、熟石灰、CO、熱解氣與熱解焦油）生產(chǎn)工藝與燃料電池/蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝、熱解焦油制備乙烯工藝整合后的中低階煤基化學(xué)品/動力多聯(lián)產(chǎn)新系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了氧熱法電石爐內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化機(jī)理和化學(xué)反應(yīng)平衡限度。本論文主要內(nèi)容如下:
　　 首先，針對高溫高能耗的關(guān)鍵單元——氧熱法電石爐單元開展能量性質(zhì)分析。建立氧熱法電石制備反應(yīng)過程的能量構(gòu)型，采用△G-

3、T圖和α-H-ε圖，分析反應(yīng)過程能量耦合、能量轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)機(jī)理以及高能耗產(chǎn)生的原因。結(jié)果顯示氧熱法電石爐中，部分碳與氧氣燃燒生成CO爐氣的燃燒反應(yīng)具有較大的不可逆性，為過程支付了熱力學(xué)代價。對于電石爐內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過程，通過考察溫度、壓力、進(jìn)料組成對反應(yīng)體系的化學(xué)平衡限度影響，探討了CaC2的產(chǎn)率和反應(yīng)選擇性隨操作條件的變化規(guī)律，同時考慮了Ca蒸汽對化學(xué)反應(yīng)平衡的影響。按反應(yīng)體系升溫過程和過程自發(fā)性變化情況，提出四階段反應(yīng)機(jī)理，獲得了氧

4、熱法電石爐化學(xué)平衡的新認(rèn)知。此外，還通過△G-T圖來預(yù)測CaC2反應(yīng)發(fā)生溫度以及反應(yīng)發(fā)生順序。
　　 其次，提出適用于不同基準(zhǔn)、多種產(chǎn)出條件下的工藝系統(tǒng)評價指標(biāo)。從能量、環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)性角度，綜合對比了氧熱法電石工藝與電熱法電石工藝。從中選擇最優(yōu)的電石制備工藝來構(gòu)建中低階煤基氧熱法乙炔工藝系統(tǒng)，并開展流程模擬研究。同時，借助新型圖示火用分析方法——火用流結(jié)構(gòu)Grassman圖，開展能量分析與評價，考察了工藝系統(tǒng)的能量利用情況和火用

5、損失分布。全系統(tǒng)的能量分析和火用分析結(jié)果表明，電石爐單元火用損失最大，占系統(tǒng)內(nèi)部火用損失的57.52％。然后，對比評價中低階煤基氧熱法乙炔新工藝和中低階煤基氣化乙烯傳統(tǒng)工藝兩條煤基化學(xué)品路線，證實(shí)新工藝路線的節(jié)能減排特性。
　　 最后，中低階煤基氧熱法乙炔工藝系統(tǒng)副產(chǎn)大量CO爐氣和熱解焦油，二者均具有較高的再利用價值。鑒于高溫CO爐氣既具有化學(xué)能又具有熱能，可采用融碳酸鹽燃料電池/蒸汽聯(lián)合循環(huán)回收電石爐氣聯(lián)產(chǎn)電和熱，實(shí)現(xiàn)能量的梯