联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃的过程开发

【摘要】：烯烃作为一种重要的平台化学品,是合成塑料、橡胶、纤维等材料的原料。随着经济社会的发展,烯烃的需求量越来越大,而石油资源日益枯竭,研究探索非石油原料路线合成烯烃的技术势在必行。本文提出了一种联合甲烷双重整的煤经合成气直接制取烯烃的过程工艺,主要反应为高温费托合成反应。煤气化后生成的粗合成气经净化后送入费托合成反应器,反应生成低碳烯烃、费托合成油等。利用甲烷干重整反应,引入外加CH4与反应中生成的大量CO2反应,生成的合成气再循环回去作为费托合成反应的原料。引入甲烷水蒸气重整单元,制备高氢碳比的合成气,用以调配进入费托合成反应器的合成气的氢碳比。本文利用Aspen Plus软件,对提出来的过程进行了建模、模拟并将模拟结果与工业数据进行了比对。分析了影响过程物耗、能耗、污染物排放的关键因素,并且提出了改进方案。对过程的投资成本与操作成本进行了分析。将提出来的新流程与现有的石油制烯烃、煤经甲醇制烯烃工艺从单位能耗、物耗、资源利用效率、能源效率、污染物排放、投资成本与操作成本等方面进行了比较分析。结果显示,提出的流程能以煤为原料,稳定生产烯烃;当费托合成反应的H2转化率达60%以上、烯烃选择性达27%以上,且CO2进入甲烷干重整单元与直接排空之比为1时,过程的能源效率达48.5%,比煤经甲醇制烯烃过程提高10.3%;当外加甲烷与煤进料量之比为0.26、甲烷进入干重整单元与进入水蒸气重整单元的比为2.8时,过程的碳资源利用效率最大,达60%;新流程的单位烯烃的水耗、电耗和蒸汽耗分别是煤经甲醇制烯烃过程的1.6、1.54和1.26倍,但由于所需原料煤少,其能源效率比煤经甲醇制烯烃过程提高10.3%;新流程的单位烯烃的投资成本和生产成本分别是煤经甲醇制烯烃过程的0.56倍和1.09倍,但当碳税高于130元/吨CO2时,新流程的吨烯烃生产成本将低于煤经甲醇制烯烃过程(5200元/吨烯烃)。 【关键词】：高温费托合成 合成气 烯烃 甲烷干重整 甲烷水蒸气重整
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ221.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 我国能源利用现状及趋势9-11
• 1.2 我国烯烃工业的发展11
• 1.3 烯烃生产11-17
• 1.3.1 石油裂解制烯烃11-12
• 1.3.2 煤经甲醇制烯烃12-14
• 1.3.3 煤经合成气直接制烯烃14-17
• 1.4 本课题的研究内容及研究意义17-18
• 1.5 本课题的研究思路与研究方法18-19
• 第二章 合成气直接制烯烃的机理分析19-21
• 2.1 反应机理19-20
• 2.2 产物分布20-21
• 第三章 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃的过程建模、模拟和模型验证21-40
• 3.1 过程模拟22-23
• 3.1.1 Aspen Plus过程模拟软件22
• 3.1.2 建模模拟的假设22-23
• 3.2 空气分离单元23-26
• 3.2.1 空分单元工艺介绍23-24
• 3.2.2 空分单元建模和模拟24-26
• 3.3 煤气化单元26-31
• 3.3.1 煤气化技术简介26-28
• 3.3.2 煤气化单元的建模和模拟28-31
• 3.4 酸性气体脱除及硫回收单元31-33
• 3.4.1 工艺简介31
• 3.4.2 流程模拟31-33
• 3.5 甲烷干重整单元33-34
• 3.5.1 甲烷干重整介绍33
• 3.5.2 甲烷干重整单元建模模拟33-34
• 3.6 甲烷水蒸汽重整单元34-37
• 3.6.1 甲烷水蒸汽重整工艺介绍34-35
• 3.6.2 甲烷水蒸汽重整建模与模拟35-37
• 3.7 费托合成单元37-39
• 3.7.1 费托合成工艺介绍37-38
• 3.7.2 费托合成单元建模和模拟38-39
• 3.8 本章小结39-40
• 第四章 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃的过程分析40-51
• 4.1 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃过程的提出40-41
• 4.1.1 煤经甲醇制烯烃过程的瓶颈40
• 4.1.2 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃过程的意义40-41
• 4.2 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃过程的评价指标41-45
• 4.2.1 碳资源利用效率42
• 4.2.2 能源效率42-43
• 4.2.3 总投资成本43-44
• 4.2.4 生产成本44-45
• 4.2.5 CO_2排放45
• 4.3 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃过程的操作参数分析45-50
• 4.3.1 温度、压力等常规参数46
• 4.3.2 外加甲烷量与煤进料量之比的确定46-47
• 4.3.3 甲烷进入甲烷干重整单元与甲烷进入甲烷水蒸气重整单元的量之比47-48
• 4.3.4 CO_2进入甲烷干重整单元与直接排空之比的确定48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃的案例研究及比较51-60
• 5.1 石油裂解制烯烃案例51
• 5.2 煤经甲醇制烯烃案例51-53
• 5.3 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃案例53-55
• 5.4 三种制烯烃过程的能效、经济效益及排放综合分析55-58
• 5.5 碳税对不同制烯烃过程经济性能的影响58
• 5.6 联合甲烷双重整的煤经合成气直接制烯烃过程的反应物转化率和产品选择性对能效的影响58-59
• 5.7 本章小结59-60
• 结论与展望60-62
• 参考文献62-69
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果69-70
• 致谢70-71
• 附件71

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