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低能耗捕集CO_2煤基化工和电力联产过程设计与系统分析

黄宏  
【摘要】:中国具有丰富的煤炭资源,煤化工产业近几年得到了快速的发展。然而,煤化工的发展仍然面临碳排放量大、捕集能耗高的问题。研究表明CO_2浓度低是CO_2捕集能耗、成本高的根本原因。单一的煤化工生产过程由于化工合成对合成气氢碳比的限制,水煤气变换过程的变换气和未变换气混合使得CO_2捕集之前浓度降低,捕集能耗增加。另一方面,为提高化工产率,未反应气体的循环使得生产能耗高。本文运用能量转换利用与CO_2控制一体化原理,以煤基甲醇和电力联产过程为研究案例,提出一种低能耗捕集CO_2煤化工和电力联产新流程。在该流程中,CO_2捕集过程从变换单元合成气混合之后调整到混合之前,有效提升了CO_2捕集之前的浓度,从而降低捕集能耗。捕集之后得到的富氢气体一部分与未变换合成气混合调整氢碳比至2.0-2.1用于甲醇合成。甲醇合成未反应气体采用适度循环,未循环合成气进入联合循环发电单元。利用Aspen Plus模拟软件对联产过程各单元进行了过程模拟,得到了过程关键节点的输入输出物流和能流数据。在单元操作和系统结构两个层面对联产过程进行了分析。结果表明:新的联产过程的CO_2捕集能耗为0.7 GJ/t,下降了40.6%,新的联产过程具有CO_2捕集优势。具有相同工艺单元和系统结构的SNG电力联产CO_2捕集能耗下降30%,后续化工合成要求的氢碳比越低,CO_2捕集节能效果越明显。运用节能率和成本节约率分析了联产过程的技术经济优势。存在最佳的分流比,使得过程节能率和成本节约率最大,分别为16.5%和13.2%。CO_2捕集能耗的下降、甲醇合成的适度循环以及能量的梯级利用是过程技术经济性能提升的关键。


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