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化工—?jiǎng)恿Χ嗦?lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能機(jī)制與特性研究

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化工—?jiǎng)恿Χ嗦?lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能機(jī)制與特性研究【摘要】:煤基化工動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)是煤炭清潔、高效利用技術(shù)之一,通過(guò)煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)制取替代燃料,對(duì)于緩解我國(guó)油、氣緊張狀況、保障我國(guó)能源供應(yīng)安全也有

【摘要】:煤基化工動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)是煤炭清潔、高效利用技術(shù)之一,通過(guò)煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)制取替代燃料,對(duì)于緩解我國(guó)油、氣緊張狀況、保障我國(guó)能源供應(yīng)安全也有重要意義。本學(xué)位論文從機(jī)理層面分析了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元——?dú)饣瘑卧??)損失規(guī)律,研究了通過(guò)改變氣化反應(yīng)路徑以減小氣化反應(yīng)過(guò)程(?)損失的可行性,并比較了生產(chǎn)甲醇、甲烷兩種不同替代燃料的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能差異、以及相對(duì)于各自單產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能率差異等,進(jìn)一步補(bǔ)充了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化原則。在機(jī)理層面,從氣化反應(yīng)過(guò)程中吉布斯自由能變化規(guī)律出發(fā),研究了氣化反應(yīng)過(guò)程(?)損失隨反應(yīng)種類(lèi)、溫度、壓力等因素的變化規(guī)律,并分析了傳統(tǒng)的水煤漿氣化工藝的炯損失構(gòu)成,以及通過(guò)改變水煤漿濃度、氧煤比等來(lái)調(diào)節(jié)氣化反應(yīng)溫度、從而對(duì)氣化過(guò)程(?)損失造成的影響規(guī)律。結(jié)果表明,通過(guò)提高水煤漿濃度可以減小氣化反應(yīng)產(chǎn)生的(?)損失,從而提高氣化反應(yīng)過(guò)程的炯效率。為了比較煤制甲醇、煤制甲烷及電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的性能差異,首先,傳統(tǒng)的煤制甲醇、煤制甲烷單產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,帶精餾、馳放氣不回收的煤制甲醇單產(chǎn)系統(tǒng)的(?)效率為48.7%,而煤制甲烷單產(chǎn)系統(tǒng)的(?)效率為56.6%,造成兩種系統(tǒng)性能差異的因素主要有三點(diǎn):合成的化工產(chǎn)品是否需要精餾,合成反應(yīng)的溫度及回收的熱量,以及合成過(guò)程排放的馳放氣是否回收利用。通過(guò)取消傳統(tǒng)煤制甲醇單產(chǎn)系統(tǒng)的精餾單元、同時(shí)將馳放氣用于補(bǔ)燃以回收其熱值,煤制甲醇單產(chǎn)系統(tǒng)的(?)效率可以得到進(jìn)一步提高。對(duì)于無(wú)調(diào)整、適度循環(huán)的煤制甲醇、煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),兩種系統(tǒng)的能源利用效率、(?)效率以及相對(duì)于各自單產(chǎn)系統(tǒng)的相對(duì)節(jié)能率也進(jìn)行了對(duì)比,并分析了增加CO2捕集單元后兩種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的CO2捕集能耗差異。結(jié)果表明,醇電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和煤制甲烷及動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在各自的最佳循環(huán)倍率下的(?)效率分別為53.8%和60.9%,相對(duì)節(jié)能率分別為15.0%和14.2%;兩種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的機(jī)理有所不同,煤制甲醇多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)合成單元排出的馳放氣進(jìn)行補(bǔ)燃以回收其熱量,可以在合成反應(yīng)單元實(shí)現(xiàn)更佳的節(jié)能效果,而煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)則通過(guò)取消合成氣調(diào)整,節(jié)能效果主要來(lái)自于變換反應(yīng)和凈化單元。對(duì)于帶CO2回收的兩種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),由于煤制甲烷系統(tǒng)在合成反應(yīng)之后捕集CO2,處理的氣體量較少并且氣體中C02的濃度較高,因此可以實(shí)現(xiàn)較低的CO2捕集能耗。通過(guò)利用CO2代替純氧作為氣化劑,可以改變氣化反應(yīng)路徑,從而減小氣化反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的(?)損失,并且可以取消空分單元,避免了傳統(tǒng)空分制氧單元的巨大能耗,從而提高系統(tǒng)的能源利用效率和(?)效率。利用CO2作氣化劑的新氣化制甲醇系統(tǒng)與傳統(tǒng)煤制甲醇系統(tǒng)的熱力性能進(jìn)行了對(duì)比,其系統(tǒng)總(?)效率分別為61.3%和48.7%,新氣化制甲醇系統(tǒng)在氣化反應(yīng)過(guò)程的(?)損失有大幅減少,同時(shí),新氣化制甲醇系統(tǒng)可以回收利用CO2分離單元捕集的一部分CO2,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)(?)效率。另外,為了驗(yàn)證新氣化工藝的可行性,設(shè)計(jì)并完成了煤炭煉焦以及焦炭-二氧化碳?xì)饣磻?yīng)實(shí)驗(yàn),并分析了煤種、煉焦方式、氣化條件等對(duì)于焦炭-二氧化碳?xì)饣磻?yīng)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)考察的褐煤、長(zhǎng)焰煤、煙煤等均適合作為氣化煤原料用于新氣化系統(tǒng),煉焦方式對(duì)焦炭氣化反應(yīng)速率影響不大,氣化反應(yīng)采取1000℃的溫度便能夠保證氣化反應(yīng)的速率;另外,通過(guò)添加堿金屬催化劑也可以有效加快氣化反應(yīng)速率。 【關(guān)鍵詞】:煤基多聯(lián)產(chǎn) 潔凈煤 系統(tǒng)集成 焦炭-二氧化碳?xì)饣?/strong>
【學(xué)位授予單位】:中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類(lèi)號(hào)】:TQ53
【目錄】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第1章 緒論11-27
  • 1.1 課題研究背景及意義11-13
  • 1.1.1 我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀11-12
  • 1.1.2 我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)12-13
  • 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-25
  • 1.2.1 煤基化工-動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)研究動(dòng)態(tài)13-17
  • 1.2.2 煤基化工-動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵流程技術(shù)概述17-25
  • 1.3 論文研究?jī)?nèi)容25-27
  • 第2章 氣化過(guò)程(?)損失分析27-43
  • 2.1 概述27-28
  • 2.2 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程(?)損失規(guī)律28-35
  • 2.2.1 反應(yīng)過(guò)程能的品位基本方程28-29
  • 2.2.2 反應(yīng)過(guò)程吉布斯自由能變化解析式29-30
  • 2.2.3 氣化反應(yīng)過(guò)程吉布斯自由能變化影響因素分析30-35
  • 2.3 氣化過(guò)程(?)損失規(guī)律分析35-41
  • 2.3.1 GE水煤漿氣化技術(shù)35-38
  • 2.3.2 SHELL煤粉氣化技術(shù)38-40
  • 2.3.3 氣化過(guò)程EUD分析40-41
  • 2.4 本章小結(jié)41-43
  • 第3章 煤制甲醇、煤制甲烷單產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)比43-59
  • 3.1 概述43-50
  • 3.1.1 研究背景43-44
  • 3.1.2 煤制甲醇、煤制甲烷單產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述44-49
  • 3.1.3 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)49-50
  • 3.2 系統(tǒng)熱力性能分析50-57
  • 3.2.1 系統(tǒng)能源利用效率50-54
  • 3.2.2 系統(tǒng)(?)分析54-57
  • 3.3 本章小結(jié)57-59
  • 第4章 煤制甲醇、煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)比59-79
  • 4.1 概述59-63
  • 4.1.1 多聯(lián)產(chǎn)概念的提出59
  • 4.1.2 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)59-61
  • 4.1.3 煤制甲醇、煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述61-62
  • 4.1.4 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則62-63
  • 4.2 系統(tǒng)熱力性能分析63-73
  • 4.2.1 系統(tǒng)能源利用效率63-65
  • 4.2.2 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)節(jié)能率65-67
  • 4.2.3 系統(tǒng)(?)分析67-73
  • 4.3 煤制甲醇、煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)CO_2捕集特性分析73-78
  • 4.3.1 帶CO_2捕集單元的煤制甲醇、煤制甲烷多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)流程73-74
  • 4.3.2 系統(tǒng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則74-75
  • 4.3.3 系統(tǒng)熱力性能分析75-78
  • 4.4 本章小結(jié)78-79
  • 第5章 新氣化制甲醇系統(tǒng)79-93
  • 5.1 概述79-83
  • 5.1.1 研究背景79-80
  • 5.1.2 系統(tǒng)流程簡(jiǎn)述80-83
  • 5.1.3 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)83
  • 5.2 系統(tǒng)熱力性能分析83-90
  • 5.2.1 系統(tǒng)能源利用效率83-87
  • 5.2.2 系統(tǒng)(?)分析87-90
  • 5.3 本章小結(jié)90-93
  • 第6章 二氧化碳-焦炭氣化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證93-113
  • 6.1 簡(jiǎn)介93-98
  • 6.1.1 新氣化系統(tǒng)簡(jiǎn)介93
  • 6.1.2 實(shí)驗(yàn)方案93-98
  • 6.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及分析98-111
  • 6.2.1 焦炭制備實(shí)驗(yàn)98-106
  • 6.2.2 氣化實(shí)驗(yàn)106-111
  • 6.3 本章小結(jié)111-113
  • 第7章 結(jié)論及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)113-115
  • 7.1 主要研究成果113-114
  • 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)114-115
  • 參考文獻(xiàn)115-121
  • 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄121-122
  • 博士學(xué)位論文科研項(xiàng)目背景122-123
  • 致謝123


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