煤基能化联产系统集成优化与评价方法

【摘要】：煤基能源与化学品联产系统(以下简称“煤基能化联产系统”)是指以煤炭转 化为基础、通过多种单项技术的集成优化、同时生产多种洁净二次能源产品和优 质基础化学品的一种多联产系统。本课题对煤基能化联产系统的集成优化方法和 评价指标体系进行探索性开发研究,对多联产系统的研究不仅具有非常重要的理 论意义,而且具有特别重要的现实意义。 对煤基能化联产系统进行理论分析表明,煤炭转化过程的实质是不同程度地 改变碳的存在形式。在煤中碳的转化过程中,通过多项技术优化集成和适当合并 同类项,并依靠产品多元化,可以实现煤炭价值梯级利用、项目资源优化配置、 公用工程设施共享及整体工艺系统优化。具有整体效率提高、建设投资减少、生 产成本降低及经济效益改善等优势。 在煤基能化联产系统的集成优化过程中,会用到很多单项技术。这些相关的 单项技术可以分为煤转化技术、后加工技术及配套技术三大类。将有关的一些单 项技术以适当的方式经过集成优化后组成一个煤基能化联产系统,可以尽可能发 挥关键单项技术的最大潜能,从而实现多联产系统的整体最优化。 煤基能化联产系统的集成优化是一项复杂的系统工程,而且一般应针对具体 的工程项目才具有实际意义和可操作性。具体的系统集成工作程序是,首先应根 据市场需求确定主要目标产品,依据可用原料煤对煤转化技术进行比选。然后进 行联产系统集成优化,确定主要目标函数,设定所有约束条件,建立相应数学模 型,进行工艺优化计算,得出集成优化结果。 采用碳利用率、煤转化效率及系统能源效率等技术评价指标和当量能化产品 平均投资、当量能化产品平均成本及所得税后全投资财务内部收益率等经济评价 指标可以对煤基能化联产系统的集成优化结果进行比较全面而科学的评价。而为 煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院博士研究生学位论文煤基能化联产系统集成优化与评价方法 了计算煤基能化联产项目的“当量能化产品平均投资”和“当量能化产品平均成 本”,引入了“当量能化产品”概念,并以甲醇作为“标准能化产品”。 案例分析研究表明,煤炭间接液化高温合成、煤炭间接液化低温合成、甲醇 合成生产聚丙烯以及煤气化联合循环发电四个单项技术分别建设单产项目时,煤 间接液化的煤转化效率与工GCC目前的水平相当;煤间接液化的系统能源效率高于 工GCC目前的水平;工GCC的比投资远远高于其它三者,但高温F一T的比投资相对 更低;IGCC的单位成本远远高于其它三者;所得税后全投资财务内部收益率的次 序为甲醇一PP高温F一T低温F一T工GCC。 与各相关单产项目的简单叠加情况相比,间接液化高温合成与甲醇合成串联、 ,叭 间接液化高温合成与甲醇台戍串联再与间接液化低温合成并联以及间接液化低温 合成与甲醇合成并联前面串联间接液化高温合成这三个模拟联产系统具有的优势 为:煤转化效率提高21.8%一31.8%;系统能源效率提高9.3%一19.6%;比投 资降低3.9%一9.3%;单位成本降低21.0%~26.0%;所得税后全投资财务内部 收益率提高34.6%一41.5%。 高温F一T与低温F一T集成优化后,煤转化效率和系统能源效率均有所降低, 但比投资和单位成本也同时有所降低,而所得税后全投资财务内部收益率有所提 高。因此,不仅经济效益得以改善,而且项目产品的市场适应性增强。 本研究中的三个案例虽然在此仅作为模拟项目,但却是在综合近年来一些实 际的煤化工建设项目的前期具体研究工作成果的基础上提出的,而且集成优化过 程中所用的基础数据几乎全部取自实际的工程建设项目,因而均具有较强的可操 作性,可以作为今后相关企业进行有关煤基能化联产工程建设项目前期研究工作 时的参考依据。 关键词:煤炭转化多联产清洁能源化学品系统集成