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双气头多联产系统的模拟与评价

作　者: 郑安庆
导　师: 冯杰
学　校: 太原理工大学
专　业: 生物化工
关键词: 多联产焦炉煤气煤气化流程模拟 Aspen Plus 优化评价
分类号: TQ546
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 203次
引　用: 5次
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内容摘要

联产液体燃料和电力的双气头多联产系统是解决我国面临的液体燃料短缺和环境污染严重的有效途径，它具有较高的能量效率和较低的污染排放，并且充分利用了中国特有的焦炉煤气，将焦炉煤气中的CH₄和气化煤气中的CO₂催化重整为CO和H₂来最大限度实现原料的利用，这一工艺单元不仅有效利用了焦炉煤气的CH₄和气化煤气中的CO₂，提高了原料气的有效成分，而且可以实现温室气体主要组分CH₄和CO₂的减排。对双气头多联产系统进行模拟研究是低成本、高效率的研究方法。本文通过稳态过程模拟软件Aspen Plus建立了包括：空气分离、煤气化、CH₄／CO₂催化重整、液相甲醇合成、液相二甲醚合成、产品分离、燃气蒸汽联合循环等单元流程的双气头多联产模拟流程，涉及反应的CH₄／CO₂重整单元和液体燃料合成单元通过嵌入包含特定反应动力学参数的动力学子程序进行模拟。整个多联产系统综合考虑了化学反应的动力学和热力学方面，系统总体物料、能量衡算一致，各个单元模拟数据与文献实验数据吻合。在建立的包括CH₄／CO₂催化重整单元的二甲醚合成流程基础上提出甲醇当量产率、二甲醚产量和CH₄／CO₂转化率作为全流程优化的目标函数，得到了各反应器的最优操作参数和最优的焦炉煤气与气化煤气进料流量比，并将一步法二甲醚合成工艺与两步法二甲醚合成工艺的甲醇当量产率进行对比，分析了一步法二甲醚合成反应体系间的协同作用。其中重整反应器的最佳操作参数：温度900℃、压力1atm、空速3000 L·h^-1·kgcat^-1；一步法二甲醚合成反应器的最佳操作参数：温度260℃、压力6MPa、空速5000L·h^-1·kgcat^-1。最佳焦炉煤气与气化煤气流量比为0．875。在得到优化操作参数后，对三种双气头多联产系统进行了概念设计和模拟，并提出了考虑能量品质的当量发电效率，发现考虑能量品质的当量发电效率更适合联产液体燃料和电能的多联产系统的评价，最后以当量发电效率和CO₂排放为目标函数，对三种系统进行比较，发现有CH₅／CO₂催化重整，目标产品为二甲醚和电的双气头多联产系统当量发电效率最高，CO₂排放最低。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-23
  1.1 研究背景  9-12
    1.1.1 液体燃料短缺  9-10
    1.1.2 污染气体排放  10-11
    1.1.3 双气头多联产系统的提出和优势  11-12
  1.2 多联产系统的发展  12-14
  1.3 多联产系统的研究现状  14-20
    1.3.1 多联产系统模拟研究现状  15-17
    1.3.2 多联产系统优化与评价研究现状  17-20
  1.4 研究中存在的问题以及研究目的、内容  20-23
第二章双气头多联产模拟流程的建立  23-37
  2.1 模拟流程的建立  23-34
    2.1.1 空分单元模型的建立  23-25
    2.1.2 煤气化及净化模型的建立  25-26
    2.1.3 CH_4/CO_2催化重整模型的建立  26-27
    2.1.4 液相一步法二甲醚合成及产品分离模型的建立  27-30
    2.1.5 液相甲醇合成及产品分离模型的建立  30-32
    2.1.6 燃气轮机联合循环发电模型的建立  32-34
  2.2 双气头多联产流程的运行  34-36
  2.3 小结  36-37
第三章双气头多联产系统的优化与评价  37-51
  3.1 二甲醚合成流程的优化  38-48
    3.1.1 CH_4/CO_2催化重整反应器操作参数的优化  40-43
    3.1.2 液相一步法二甲醚合成反应器操作参数的优化  43-48
    3.1.3 小结  48
  3.2 三种双气头多联产系统的概念设计与评价  48-51
第四章结论  51-52
参考文献  52-59
致谢  59-60
硕士研究生期间论文发表情况  60

双气头多联产系统的模拟与评价

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