低階煤基化學品分級聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的碳氫轉(zhuǎn)化規(guī)律與能量利用的研究.pdf

1、在今后比較長的時期內(nèi)，煤炭仍然我們國家的主要能源來源。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，解決該問題也是確保本國能源安全的一個重要舉措。本文依托國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃2011CB201306)的資助，開展低階煤基化學品與清潔燃料分級聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的碳氫轉(zhuǎn)化規(guī)律與能量利用原理的創(chuàng)新研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　闡述了化學品分級聯(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品的熱

2、物性、化學平衡和碳排放的角度，描述了煤轉(zhuǎn)化過程中碳氫化合物基化學品生產(chǎn)過程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化原理。針對于純化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特征，提出了化學品分級聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的新認識，以及該系統(tǒng)評價方法和核心指標，并以此揭示化學品分級聯(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，針對煤轉(zhuǎn)化工藝流程結(jié)構(gòu)的復雜性，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。
　　集成多個參數(shù)指標，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)立煤的低溫熱解

3、工藝和煤焦油的常減壓蒸餾工藝，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)率分別可達到42.30％、8.47％和4.10％。集成了產(chǎn)品產(chǎn)率-能耗/(炯)損-過程單元三個參數(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)化的目標下，聯(lián)產(chǎn)工藝中能耗和炯損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

4、三個參數(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(炯)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行逐漸升高。另外，干煤和焦油等化學品品位相對于原煤品位的上升是以單元過程消耗能量和支付炯損為代價的。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

5、。按照分層次熱集成的方法，對低階煤基熱解聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進行了四個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)比較復雜的系統(tǒng)，它從技術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反應機理，并探討工藝參數(shù)對目標要求的影

6、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行蒸汽重整，根據(jù)獨立反應方程的熱力學特征提出了爐氣蒸汽重整制氫的化學反應機理，體系中的平衡組成由四個獨立反應的正逆反應共同決定。結(jié)合反應機理分別分析了溫度、壓力和水汽比對CO和CH4轉(zhuǎn)化率、H2選擇性和反應能耗的影響。通過集成四幅二維圖描述了H2產(chǎn)量、水汽比、壓力、溫度、反應能耗和產(chǎn)物中H2/CO摩爾比之間的關系。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

7、石爐氣蒸汽重整制氫的工藝參數(shù)。
　　基于化學品分級聯(lián)產(chǎn)的新認識和構(gòu)建原則，研究了較優(yōu)的爐氣分級聯(lián)產(chǎn)方案。通過對比爐氣基化學品的生產(chǎn)工藝特征和技術成熟性，確定了爐氣聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的目標產(chǎn)品。綜合考慮目標產(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聯(lián)產(chǎn)方案。按照純化工分級聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建原則和以及系統(tǒng)的評價方法，對比分析了各方案的核心指標特性。初步認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)