以煤气化为核心的多联产系统的能量分析

【摘要】： 多联产是复杂的、高效环保的化工能源系统，以甲醇合成和发电为代表的联产是最典型的多联产系统。本文以热力学方法研究了多联产系统的热效率和火用损失，对气化炉、水煤气变换和脱碳以及甲醇合成等单元作了优化分析，指出了多联产系统在能量利用方面的合理性，对其环境效益和经济效益的综合评估方法进行了初步探索。 通过化学平衡和热量平衡方法求解气化炉平衡工作温度以及该温度下的出口煤气成分，研究了气化炉进口气化剂配比对出口煤气成分、冷煤气效率、热效率及火用效率的影响，指出热效率、火用效率最优情况下适应于各煤种的最优氧煤比以及合理的水蒸汽耗量，为多联产系统的设计优化提供参考。由煤制得的合成气经过变换反应达到满足甲醇合成要求的氢碳比，这一过程消耗了能量但提高了甲醇产率，在不同的甲醇产率下多联产系统的效率随之改变。本文以能量分析的结果来说明多联产系统效率随甲醇合成产率(以接近平衡态的程度表示)的变化规律，指出了变换反应在能量利用和环境保护上的合理性。由于多联产系统耦合了化工和发电的过程，本文在采用火用分析的方法时，分别考虑了物理火用和化学火用，计算结果将联产和分产进行了比较，得出在甲醇合成产率达到0.9时，联产效率较分产高3.5%。 在IGCC基础上发展起来的多联产系统亦能达到很好的污染控制效果。经过高效的净化过程，多联产系统真正实现了污染物质的零排放。同时，多联产系统能够以相对小的代价来回收温室气体CO2。因为CO2的分离不再是单纯耗能的附加过程，而是与甲醇生产相整合，可以在提高甲醇产量的同时部分的回收CO2，实现CO2的减排。进一步提高CO2回收实现零排放的设备投资增加幅度也会较IGCC小，并可使高品质的H2成为多联产系统的产品之一。当综合权衡煤利用对环境影响的效果时，多联产系统更具优势。 【关键词】：多联产系统 工程热力学 甲醇合成 IGCC 火用效率
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TM611.3
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract（英文摘要）5-7
• 目录7-10
• 第一章 引言10-14
• 1．1 课题目的和意义10-11
• 1．2 研究现状11-12
• 1．3 论文各部分的主要内容12-14
• 第二章 多联产系统的建立14-28
• 2．1 多联产系统的提出14
• 2．2 IGCC系统14-17
• 2．2．1 气化与净化15-16
• 2．2．2 燃气轮机系统16-17
• 2．2．3 余热锅炉17
• 2．2．4 汽轮机系统17
• 2．3 甲醇合成系统17-22
• 2．3．1 甲醇概述18-20
• 2．3．2 甲醇反应的研究方法20
• 2．3．3 甲醇合成工艺20-21
• 2．3．4 甲醇合成流程21-22
• 2．4 多联产系统物理模型的研究现状22-25
• 2．5 本文采用的多联产系统流程拟定25-28
• 第三章 多联产系统的能量分析方法28-58
• 3．1 概述28-29
• 3．2 多联产系统热效率的计算29-41
• 3．2．1 气化过程29-33
• 3．2．2 净化和水蒸汽变换过程33-35
• 3．2．3 甲醇合成过程35-36
• 3．2．4 联合循环发电部分36-37
• 3．2．5 计算结果37-41
• 3．3 火用分析方法41-44
• 3．3．1 火用的概念41-43
• 3．3．2 火用的计算方法43-44
• 3．4 多联产系统火用的计算44-46
• 3．4．1 反应火用44-45
• 3．4．2 扩散火用45
• 3．4．3 温度火用45
• 3．4．4 压力火用45-46
• 3．5 多联产系统火用效率的计算结果46-58
• 第三章 附录50-58
• 第四章 多联产系统的优化58-73
• 4．1 概述58
• 4．2 气化炉运行参数对效率的影响58-62
• 4．2．1 气化炉系统模型59-62
• 4．2．2 气化炉优化分析62
• 4．3 水煤气变换和脱碳过程对效率的影响62
• 4．4 甲醇合成产率对效率的影响62-67
• 4．5 本章小结67-73
• 第五章 多联产系统的环境与经济效益73-85
• 5．1 概述73
• 5．2 多联产系统的环境效益73-77
• 5．2．1 后续环节对合成气净化的要求74-75
• 5．2．2 效率提升对净化能量代价的弥补75
• 5．2．3 CO_2的减排与甲醇生产相整合75-77
• 5．3 多联产系统的经济效益77-84
• 5．3．1 产品价格的因素81-82
• 5．3．2 比投资和运行费用的因素82-83
• 5．3．3 热经济性83-84
• 5．4 面向未来的多联产系统84-85
• 结论85-88
• 1 本文工作的主要结论85-86
• 2 将来可能的研究方向86-88
• 参考文献88-92
• 致谢、声明92-93
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文93

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