低階煤基化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的碳?xì)滢D(zhuǎn)化規(guī)律與能量利用的研究.pdf

1、在今后比較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭仍然我們國(guó)家的主要能源來(lái)源。隨著高階煤煤炭資源的開(kāi)采，中低階煤高效轉(zhuǎn)化和清潔利用的問(wèn)題越來(lái)越突出。同時(shí)，解決該問(wèn)題也是確保本國(guó)能源安全的一個(gè)重要舉措。本文依托國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃2011CB201306)的資助，開(kāi)展低階煤基化學(xué)品與清潔燃料分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的碳?xì)滢D(zhuǎn)化規(guī)律與能量利用原理的創(chuàng)新研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　闡述了化學(xué)品分級(jí)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(xué)品的熱

2、物性、化學(xué)平衡和碳排放的角度，描述了煤轉(zhuǎn)化過(guò)程中碳?xì)浠衔锘瘜W(xué)品生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化原理。針對(duì)于純化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特征，提出了化學(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的新認(rèn)識(shí)，以及該系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法和核心指標(biāo)，并以此揭示化學(xué)品分級(jí)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(shí)，針對(duì)煤轉(zhuǎn)化工藝流程結(jié)構(gòu)的復(fù)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(gè)參數(shù)指標(biāo)，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?zé)峤?/p>

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(kāi)展模型化研究。計(jì)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(dá)到42.30％、8.47％和4.10％。集成了產(chǎn)品產(chǎn)率-能耗/(炯)損-過(guò)程單元三個(gè)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(biāo)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(guò)集成物流品位、公用工程溫度和過(guò)程單元

4、三個(gè)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(guò)程的進(jìn)行逐漸升高。另外，干煤和焦油等化學(xué)品品位相對(duì)于原煤品位的上升是以單元過(guò)程消耗能量和支付炯損為代價(jià)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(xué)品品位也不同。
　　利用分層次熱集成的方法開(kāi)展了熱解聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱集成研究。通過(guò)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(duì)低階煤基熱解聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了四個(gè)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(shí)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(fù)雜的系統(tǒng)，它從技術(shù)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(shí)際生產(chǎn)中可行性較低的問(wèn)題。
　　研究了爐氣蒸汽重整的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，并探討工藝參數(shù)對(duì)目標(biāo)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(jìn)行蒸汽重整，根據(jù)獨(dú)立反應(yīng)方程的熱力學(xué)特征提出了爐氣蒸汽重整制氫的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，體系中的平衡組成由四個(gè)獨(dú)立反應(yīng)的正逆反應(yīng)共同決定。結(jié)合反應(yīng)機(jī)理分別分析了溫度、壓力和水汽比對(duì)CO和CH4轉(zhuǎn)化率、H2選擇性和反應(yīng)能耗的影響。通過(guò)集成四幅二維圖描述了H2產(chǎn)量、水汽比、壓力、溫度、反應(yīng)能耗和產(chǎn)物中H2/CO摩爾比之間的關(guān)系。通過(guò)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(xué)品分級(jí)聯(lián)產(chǎn)的新認(rèn)識(shí)和構(gòu)建原則，研究了較優(yōu)的爐氣分級(jí)聯(lián)產(chǎn)方案。通過(guò)對(duì)比爐氣基化學(xué)品的生產(chǎn)工藝特征和技術(shù)成熟性，確定了爐氣聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)產(chǎn)品。綜合考慮目標(biāo)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(jí)聯(lián)產(chǎn)方案。按照純化工分級(jí)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建原則和以及系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，對(duì)比分析了各方案的核心指標(biāo)特性。初步認(rèn)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)