第卷第期月工程热物理学报,年,煤基化工与动力多联产系统开拓研究金红光高林‘郑丹星“刘泽龙林汝谋北京化工大学蔡睿贤北京‘中国科学院工程热物理研究所北京一摘要煤气化发电甲醇联产系统是一种建立在能的梯级利用概念基础上融合了动力系统与甲醇生产流程的新颖的多联产总能系统本文对多联产系统进行了开拓性研究基于能的品位原理揭示多联产系统能量转换的本质及基本规律并通过联产系统与分产系统的比较指出联产系统高效灵活与清洁等特点。、关键词中图分类号甲醇生产过程多联产系统文献标识码系统整合文章编号总能系统,一,五丫牙右云叹五铭飞孙衍叮飞宜公初行,均阳,及’,创初汉加习,,,’饥饥目叮台,一甲醇的多联产系统近年来,随着对动力系统性能要求的不断提、系统设计高从最初的功热并供循环燃气一蒸汽联合循环到目前的系统系统整合的思想越来越受到,借助领域能源动力与化工渗透和系统动力人们的关注以直接燃煤带来的污染了将系统为例借助于化工工艺,,,,可以将煤转化为清洁的合成气燃料避免了年代末一些研究者提出、表示的多联产系统流程由空分系统产生的纯度的氧气经压缩机压缩后送入气化炉由于没为有氮气回注分离出的氮气排空水煤浆经煤浆泵,,。系统与化工过程整合本文设计构思了如图,动力系统与煤基化工产品如甲醇。氨打入气化炉,,产生的粗煤气的体积成分为的。的或醋酸的生产流程联合在一起的电力一化工产品多联产系统,但由于人们对系统整合尚未有足够认识,及少量的粗煤气被分为两股,,,,的其中一股送对多联产系统的研究往往局限于具体的工没有从系统高度深入探讨多联产系统的本往系统作为燃料。另一股合成气用来作为甲艺流程质特点,醇生产的原料气机作功,在一侧,合成煤气首先通,。本文将从广义总能系统的角度出发,。,开拓过煤气冷却器以产生高压饱和蒸汽然后进入膨胀和探讨煤基化工和动力多联产系统并揭示多联产冷却后的煤气进入净化单元脱除绝大部分,系统的特性与规律一硫化物及灰尘等有害杂质一最后进入燃气轮机燃烧。各收稿日期修订日期荃金项目国家自然科学基金国家重点基础研究项目资助男朝鲜族吉林人研究员博士作者简介金红光能源动力系统和化学环境学研究一一年日本东京工业大学博士、助研、副教授主要从事工程热物理学报卷燃烧室产生的高温高压燃气推动燃气轮机作功后进入余热锅炉产生蒸汽蒸汽驱动底循环汽轮机作功被送往甲醇合成系统的合成煤气首先通过激冷流程降温并去除灰渣同时这一过程产生的水蒸气可以作为变换反应的反应物由于煤基合成气为富合成气为了满足甲醇合成反的化学计量比为、的要求合成气应对比值经调整需要经过转化过程调整后的合成煤气通过净化过程将其中硫化物除去并将左右剩余的酸性气体在进含量减少到入反应器前被防护床吸收室燃烧,,。。。梯级利用但值得指出的是热力系统中的最大的品位损失并非在物理佣部分而是发生在化学拥转化,为物理拥的燃烧过程。如何有效的减少化学佣的损,,。失至今尚未引起足够的重视一代动力系统的重点和难点这一点也是创新出新。,,,。,器应反。一,气化余热锅炉和汽机机图多联产中一次通过甲醇合成工艺流程图一‘到精馏图多联产系统流程图,在多联产系统中从分离器出来的未反,应气首先进入一台膨胀机作功然后和甲醇合成后。未反应气体一起送至燃气轮机燃烧室燃烧此流程图℃取消了传统甲醇合成过程中的循环流过甲醇合成工艺,,利用一次通多联产系统能的梯级利用基本概念、流程图如图所示。多联产系统一物理炯和化学拥的有机结合多联产系统结合了化学反应过程和热转功循环。煤基甲醇合成过程是伴随物质种类的化学拥变化过程,成分变化与二,如图所示,其品位在如图,所示,首先热力循环是将化石燃料的化,之间变化。碳氢化合物的燃烧过程的品位是很,学佣经燃烧转化成物理佣能的品位从,降到、高的二又知不含碳的氢的品位。然后组成复合热力循环以达到温度对口表低于碳氢化合物对煤基甲醇合成过程而言如表分产与联产时甲醉合成过程的物流成分生成物流反应物流分产未反应气物流分产联产分产联产联产粗产品物流分产联产一一流量温度压力一期金红光等煤基化工与动力多联产系统开拓研究所示,反应气体的比为。,甲醇合成过生蒸汽,所产生的不同参数的蒸汽送至相应的底循。程出口未反应气体的比则提高到在,,环,驱动汽轮机作功表未反应气体中有更高浓度的氢气上升到,这一结果表明合成煤气化学拥的一部分转化为品位更高的甲醇另一部分则从,降低到,。多联产系统中为动力循环减少到出甲醇外用。甲醇合成后的未反应气体可作的燃料,,从品位观点看燃料一动力系甲醇生产过程及多联产系统的模拟计算结统果动力系统的热转功效率为甲醇合成过程能耗为对于多联产系统如果假设甲醇合成在分产和联产时的能耗相、。给出了基于同样的煤量输入,,。,未反应气体品位转化为物理拥的差值从一,同,联产系统中一侧折合热转功效率琶联产系统输入。量化学佣在高品位区内有效利用产。未反应气体的利用做到化学拥的梯级利、联产系统输出电力煤气化甲醇一发电多联产系统不仅注重了物理佣的温度对口梯级利用而且有机地结合因此,,甲醇分产系统中生产相同量甲醇的能耗了化学佣的梯级利用,突破了传统的复合循环热力则系统效率。仇可提高到,,增加系统的概念创新理念,体现了领域渗透综合的广义总能系统个百分点分析以上数据可以发现要有以下几方面原因,联产系统效率提高主多联产系统与分产的比较为了进行分析比较平衡、,本文基于质量平衡,。、能量化学平衡与相平衡,建立了系统中各部件的数学模型在元、流程基本参数引自文献【、高效低污染发电系统和甲醇生产过程中,,从表可见联产系统采用一次通过流程时甲醇合成单元产生的甲醇纯度远大于分产时的纯度进入精馏单元的粗甲醇的纯度由这使得精馏塔的再沸器热提高到负荷远小于分产流程的精馏塔热负荷有更多的中温废热送往底循环过热和作功系统效率提高个,,,,,气化单百分点此外,,甲醇合成单元压缩耗功的减小亦可应热,转化单元及甲醇合成单元均有一定量的反如何通过系统整合达到能的梯级利用对系。统效率有很大影响在甲醇分产系统中,,,由于化工,系统的局限性副产蒸汽往往无法得到充分利用仅仅作为系统中的中温热源造成大量能的品位损失多联产系统采用废锅回收这些热量来产表三种系统的比较由于采用了一次通过工艺联产系统效率可提高个百分点甲醇生产工艺产生中温饱和蒸汽除满足精馏单元的需求外还可副产蒸汽在甲醇分产系统中由于没有合适的热源对这一部分饱和蒸汽进行过热难以充分利用低参数的副产蒸汽造成系统。为系统效率提高个百分点因此。,,,,,,煤耗掩甲醇合成多联产空分单元空气压缩机丫气化单元氧气压缩机合成气膨胀机燃机单元甲醇合成单元精馏单元嫩机输出功合成气压缩机、循环气压缩机循环气膨胀机丫闪蒸气压缩机甲醇产量枯轻馏分塔冷凝器护重馏分塔冷凝器轻馏分塔再沸器“重馏分塔再沸器。蒸汽轮机输出功净功输出甲醇产量郎动力系统热转功效率甲醇合成能耗峨底循环系统系统工,程热物理学报,卷能耗较高而在联产系统中饱和蒸汽被送往侧的余热锅炉进行过热然后驱动汽轮机作功,,,,从。提出一条领域渗透和系统整合的广义总能系统开拓的新途径揭示了多联产系统能量的原理,而作到了能的梯级利用效率可提高个百分点在系统中由气化炉产生的粗煤气显热通过废锅产生饱和蒸汽循环作功。转换的本质现象和基本规律通过分产与联产系统的比较可以看出多联产系统具有高效灵活低污,、、。,而后将蒸汽送往底,染等特点,具有广阔的发展前景,,。结果表明与,采用高压气化工艺量减小,系统相比联产系统由于需要在气化炉废锅后增设粗煤因此,联产系统中一次通过甲醇合成工艺的副产侧余热回收结合起到有效整合了化蒸汽与工过程与气膨胀机以回收富余的压力差,废锅的产汽系统的作用有效地回收中温能量,,,粗煤气的部分能量在膨胀机内直接实现了个百分点向电功的转化可使系统效率提高通过以上分析表明多联产系统中系统的效率会有明显提高这意味在相同的负荷情况下系统向环境排放的污染物减少近侧的全工况特性多联产系统的重要优势之一为具有高度的灵活性众所周知电力系统的负荷随时间和季节的变化十分明显合理的系统应该具有良好的变工况特性以适应不同的电力需求但由于气化单元的影响系统的变负荷性能难以满足负荷多变的要,,,。。并选择高压气化炉等相当于使。动力系统的热转功效率提高约个百分点,对于联产系统而言动力与化工两侧系统的合理匹配成为系统构思的关键料甲醇中性能参【,。通过将部分能量以化学能的形式储存在燃多联产系统的呈现良好的全工况,,考文献。,求而对于多联产系统而言保持气化单元的产气量不变。液相甲醇合成工艺的设计和评价研究煤炭综合利用译从守。,系统的这一缺,」陷可以采用以下方法克服随着电负荷的变化可以,舒・而调整送往,,侧,一与甲醇侧的合成气量的比例这样当负荷降低时更多的合成气将被送往甲醇合成系统」,使得系统电力输出减少存起来,甲醇产量增加,,多余的粗甲醇则被储。盯盯,,,而当负荷升高这一部分甲醇即可以作为因此,肠洁净的替代燃料满足尖峰负荷的需求无论刘泽龙林汝谋对分析国家攻关项目郑丹星在额定负荷或是变工况情况下持较高的循环效率良好全工况特性。,多联产系统均可保和的方案核算,即可达到分产系统无法实现的专题科研报告结论中国石化出版社闭仲桂华以煤为原料大型甲醇装置两种合成方法比较国成都化土工程公司北京化工热力学中焦树健整体煤气化联合循环北京中国电力出版社本文基于物理佣和化学拥有机结合与梯级利用
