甲醇和電分別是重要的化工產(chǎn)品和清潔能源載體,在世界能源化工經(jīng)濟(jì)中占有重要地位,目前主要依靠化石能源生產(chǎn)。然而,大量的化石能源開采利用存在諸多弊端,如引起霧霾、酸雨以及溫室效應(yīng)等環(huán)境問題,因此尋找一種廉價、潔凈的可再生能源是全世界迫切需要解決的問題。生物質(zhì)作為唯一可直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源,主要包括農(nóng)作物、木材、廢棄物和動物糞便等。在生物質(zhì)各類轉(zhuǎn)化利用技術(shù)中,氣化技術(shù)以其污染小、利用效率高等優(yōu)勢越來越受到重視。而化學(xué)鏈技術(shù)作為近年來出現(xiàn)的新型技術(shù),具有能耗低、污染少、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點,受到了廣泛關(guān)注,可用于各種化工-動力生產(chǎn)過程。本文以生物質(zhì)為原料,結(jié)合化學(xué)鏈技術(shù)優(yōu)勢,提出建立四種生物質(zhì)氣化甲醇-電聯(lián)產(chǎn)工藝,即常規(guī)生物質(zhì)氣化甲醇-電聯(lián)產(chǎn)工藝(聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅰ)、基于化學(xué)鏈制氧的生物質(zhì)氣化甲醇-電聯(lián)產(chǎn)工藝(聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅱ)、基于鐵基化學(xué)鏈的生物質(zhì)氣化甲醇-電聯(lián)產(chǎn)工藝(聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅲ)和基于雙化學(xué)鏈的生物質(zhì)氣化甲醇-電聯(lián)產(chǎn)工藝(聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅳ),從熱力學(xué)和環(huán)境保護(hù)角度對四種聯(lián)產(chǎn)工藝進(jìn)行比選,并對最優(yōu)工藝進(jìn)行參數(shù)分析及優(yōu)化、換熱系統(tǒng)評價以及系統(tǒng)(?)平衡分析。首先對四種生物質(zhì)氣化甲醇-電聯(lián)產(chǎn)工藝進(jìn)行了流程描述,并利用Aspen Plus對上述四種聯(lián)產(chǎn)工藝所涉及的主要氣固反應(yīng)過程,即生物質(zhì)氣化單元、化學(xué)鏈制氧單元(CLAS)和鐵基化學(xué)鏈單元(Fe-CLC)進(jìn)行了模擬,并依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)對其進(jìn)行了驗證,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與文獻(xiàn)值基本吻合。在驗證模型可靠的基礎(chǔ)上,對四種聯(lián)產(chǎn)工藝進(jìn)行了模擬計算,并以粗合成氣組成、粗合成氣收率、合成氣比值、甲醇收率、甲醇-電比、甲醇效率、凈電效率、總效率、(?)效率、碳捕集效率為評價指標(biāo)對其進(jìn)行了對比,結(jié)果如下:聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅰ的甲醇-電比值最大;聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅱ的粗合成氣收率、甲醇收率和甲醇效率最高;聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅲ的碳捕集率最高;聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅳ的凈電效率、總效率和(?)效率均最高;綜合比較后發(fā)現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅳ為最優(yōu)工藝,其總效率和(?)效率分別為63.95%和57.93%。對聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅳ進(jìn)行了參數(shù)分析與優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)氣化單元的氧氣-生物質(zhì)質(zhì)量比(O/B,0.17～0.29)對系統(tǒng)性能指標(biāo)均有較大影響,水蒸氣-生物質(zhì)質(zhì)量比(S/B,0.04～0.16)只對粗合成氣組成有較大影響,氣體凈化單元的分流比(Dr,0.5～0.6)對性能指標(biāo)有一定影響;綜合比較后,O/B、S/B和Dr的較優(yōu)值分別取0.23、0.1和0.56。討論了 CLAS還原反應(yīng)器的循環(huán)尾氣與Mn2O3摩爾比(F/M,0～0.3)對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)F/M取0.15時系統(tǒng)效率最優(yōu)。對于Fe-CLC,分析了 Fe2O3進(jìn)料量與合成氣中可燃?xì)怏w摩爾比(Fe/C,0.9～1.2)對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響,發(fā)現(xiàn)除粗合成氣收率基本不受其影響外,剩余系統(tǒng)性能指標(biāo)均受其影響,當(dāng)Fe/C取1.1時系統(tǒng)效率最優(yōu)。對于甲醇合成單元,討論了甲醇合成反應(yīng)器溫度(Tm,190℃～310℃)和循環(huán)回流比(Rr,0.92～0.98)對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響,發(fā)現(xiàn)隨著Tm上升,甲醇-電比增大而甲醇收率和系統(tǒng)效率均緩慢下降,綜合熱力學(xué)性能和反應(yīng)時間后,本文Tm取230℃;隨著Rr增大,凈電效率下降,其余性能指標(biāo)均上升,除考慮熱力學(xué)性能外還需考慮惰性氣體累積,故本文Rr取0.95。同時,對聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅳ的換熱系統(tǒng)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明CLAS換熱單元、余熱鍋爐1和余熱鍋爐2的最小溫差分別為48.41℃、38.47℃和11.71℃,均大于夾點溫差(本文設(shè)10℃),滿足換熱要求。最后,對聯(lián)產(chǎn)工藝Ⅳ進(jìn)行了系統(tǒng)(?)平衡分析,發(fā)現(xiàn)總(?)輸入為558.87MW,有效輸出(?)為323.78MW,總(?)損為235.09MW。其中,各單元設(shè)備的(?)損失之和為209.22MW,占總(?)損的89.00%,表明該工藝的(?)損失主要來自各單元設(shè)備。而在各單元設(shè)備中,氣化爐的(?)損最大(為87.10MW),占整個(?)損失的37.05%。
【學(xué)位單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TQ223.121;TK6
【部分圖文】：

體循環(huán)利用等特點，受到研究人員的廣泛關(guān)注，可用于各種化工－動力生產(chǎn)過程，具有逡逑廣闊運(yùn)用前景［２５￣］。根據(jù)反應(yīng)方式的不同，化學(xué)鏈技術(shù)可分為兩類，一類是化學(xué)鏈燃燒逡逑（類型Ｉ），另一類是化學(xué)鏈制氧（類型ｉｄ，其示意圖如圖１－１所示。類型Ｉ化學(xué)鏈燃燒逡逑技術(shù)原理是將傳統(tǒng)的燃料直接燃燒分解為兩個反應(yīng)，燃料無需與空氣中的0２直接接觸，逡逑而是由循環(huán)氧載體（如ＮｉＯ，邋Ｆｅ２０３）充當(dāng)供氧體，將空氣中的氧傳遞到燃料中，實現(xiàn)逡逑了邋Ｃ０２內(nèi)分離；同時，化學(xué)鏈燃燒技術(shù)與直接燃燒相比降低了反應(yīng)溫度，減少了邋ＮＯｘ逡逑等污染物的生成。類型ＩＩ化學(xué)鏈制氧技術(shù)是由兩個反應(yīng)器構(gòu)成，分別為氧化反應(yīng)器和還逡逑原反應(yīng)器。在氧化反應(yīng)器中，循環(huán)氧載體（ＭｅｘＯｙ＿２）與空氣中的０２反應(yīng)，生成高價金逡逑屬氧化物（ＭｅｘＯｙ）；在還原反應(yīng)器中，ＭｅｘＯｙ發(fā)生分解反應(yīng)，生成純凈的０２和低價循逡逑環(huán)氧載體（Ｍｅｘ（Ｖ２）。兩類化學(xué)鏈技術(shù)都沒有增加反應(yīng)焓，但實現(xiàn)了化學(xué)能的梯級利用逡逑從而使能量效率提高

２１世紀(jì)以后，我國甲醇產(chǎn)量快速增加，已成為名副其實的甲醇生產(chǎn)和消耗大國，其生產(chǎn)逡逑量和消費(fèi)量都居于世界首位［３１］。目前，煤在制取甲醇的同時可聯(lián)產(chǎn)電，其典型的工藝流逡逑程如圖１－２所示。逡逑———？？氣化單元邐冷卻凈化邐？！水汽變換邐？邋Ｃ0２分離邐邐？氣體壓縮逡逑°２邋灰分%煎澹哄危哄澹懾危卞位亓麇義希掊危赍嗡羝澹蹋埃插

本文編號：2812423