基于煤间接液化的化工能源动力多联产系统.docVIP

基于煤间接液化的能源动力——一碳化工多联产系统 关键技术研究及工程应用 一、研究内容 1.1 项目总体设想 国内外现有的多联产模式从单一的设备（气化炉）中产生的合成气（主要成分为CO＋H2），来进行跨行业、跨部门的生产，以得到多种具有高附加值的化工产品、液体燃料（甲醇、F－T合成燃料、二甲醇、城市煤气、氢气）、以及用于工艺过程的热和进行发电等。多联产系统能够从系统的高度出发，结合各种生产技术路线的优越性，使生产过程耦合到一起，彼此取长补短，从而达到能源的高利用效率、低能耗、低投资和运行成本、以及最少的全生命周期污染物排放资源、能源、环境一体化系统多联产模式 图1 资源、能源、环境一体化系统 而为主的在短期内难有较大改变整体煤气化联合循环 1.2 关键科学问题和研究内容 1.2.1 燃煤锅炉二氧化碳分离及提纯技术 本项目拟对燃煤锅炉产生的烟气中的二氧化碳进行分离并提纯，通过与焦碳反应生成一氧化碳作为合成醋酸的原料。因此低成本的二氧化碳分离及提纯技术是本项目的关键所在。 目前，回收烟气中的二氧化碳的方法有物理吸收法、化学吸收法、吸附法、低温蒸馏法和膜分离法等。物理吸收法要求CO2分压较高，CO2去除程度不高；化学吸收法设备庞大，能耗高，工艺复杂，腐蚀设备管道性，吸收剂毒性大，易降解且损耗大；吸附法吸附容量有限，预处理要求高；低温蒸馏设备庞大，能耗很大。 本项目拟开发膜接触器作为燃煤锅炉二氧化碳分离和提纯的装置，该法既具有膜分离法高选择性的优点，又有化学吸收法高分离率的优点，回收的CO2纯度高，吸收液不和烟气直接接触，因此可以解决化学吸收法目前存在烟气夹带吸收液和烟气中杂质对再生塔的腐蚀问题。 1.2.2 低成本大规模煤气化技术及装备 目前我国大型煤气化技术完全依赖进口，以Texaco水煤浆和Shell干粉煤气化技术为主，二者均属加压气流床气化技术，因其有效气体含量（80 %~90 %）、冷煤气效率（75 %~83 %）、碳转化率（95 %~99 %）、单炉生产能力（500~2000吨/日）高等优点而倍受青睐。但同时存在巨额投资、煤种适应性差和运行成本高等问题。在以煤化为源头的单纯的合成过程中，合成气要通过变换反应排出CO2调整H2和CO的比例达到高转化率。CO2经与焦碳反应生成的CO。因此如何合理调整其间比例以达到产能最大化是一个值得关注的问题。 1.2.4 浆态床催化剂制备及浆态相催化化学基础 合成气转化为醇、等燃料的反应均为强放热反应，传统的工业反应器存在生产能力较低，能耗大，成本高的缺陷，只能满足烃、醇、醚作为化工产品对于成本的要求，而不能满足它们直接作为燃料生产时对成本的要求。浆态床是一种使用细粉催化剂的三相流化床。其中悬浮固体催化剂的液体介质的使用，可以在提高换热效率的同时降低气固流化床反应器中固体催化剂机械磨损和夹带。这类反应器构造简单，造价低；气体阻力低，单程转化率高，适合大规模生产和多联产中调节电力生产的峰谷波动；可以在不停车的情况下部分地或全部地更换催化剂；以反应器空间为基准的产率不低于气相反应器。但是，由于液体介质的引入，增加了反应体系的复杂性，传统的气固相催化反应的理论和催化剂不能完全应用于液相介质存在时的反应。现有的催化剂制备技术，催化、传递理论在液固相催化反应中有许多局限性，浆态床的许多微观尺度的物质间的相互作用机理和规律也不清楚，因此，浆态床催化剂制备及浆态相催化化学基础是本项目拟解决的关键科学问题之一。.2.5 化学能与物理能综合梯级利用机理为基础的多联产系统集成理论 能的综合梯级利用是能源动力系统集成理论中最核心科学问题。长期以来，传统总能系统中有关能的梯级利用原理的研究往往局限在物理能转换利用的范畴，而忽略了热力系统中能的最大的品位损失发生在化学能转化为物理能的燃烧过程。另一方面，大多数化工生产流程通过原料气组分调整、未反应物循环反应、粗产物精制等过程实现高效高产的同时，往往过程能耗上升、工艺流程复杂化，初投资大大增加等。寻找产率、产量与投资、能耗之间的平衡点成为化工工艺的关键问题之一。 多联产系统综合了化工生产流程与动力系统的特点，试图从能源科学与化工科学的交叉领域寻找同时解决资源、能源和环境问题的新途径。本研究将寻求打破能源动力系统相对简单的燃料化学能通过燃烧(转化(物理能(热转功利用的传统模式，突破化工流程中以高产率为主要目标的设计思路，从系统集成和学科交叉层面探讨研究气化煤气和焦炉煤气的不同组分及其转化利用过程的不同品位能的综合梯级利用的机理，实现本项目提出的多联产系统化学能与物理能的综合梯级利用，建立科学的系统集成理论。.2.6 多联产系统的优化仿真平台 传统的系统分析和优化方法正面临挑战，系统模拟分析在经历传统方法建模模块化建模之后，正朝着图形化建模方向发展；最优化研究已不再局