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天然气能源化工产品链的系统分析与评价

黄智贤  
【摘要】: 伴随经济的快速发展,石油资源紧缺和石油资源劣质化趋势对当前以石油化工为核心的能源化工构成严峻挑战;同时来自环境保护的压力要求大力发展和利用清洁能源。因此,加快发展天然气产业是解决我国能源化工中石油资源紧缺状况的有效手段,在未来能源化工发展格局中必将占有重要地位。对于天然气化工企业而言,要在激烈的市场中保持竞争力需要企业内部生产过程具有灵活性。同时,现代化工过程系统要求在产品在其全生命周期过程中环境友好,环境性能将不再是作为一个约束条件来对待,而是作为和经济性能并列的目标函数来处理。这对天然气能源开发利用、产品的选择和流程的设计提出更高的要求。本文在概念、方法和理论以及应用等多层面上进行较为深入研究生命周期成本分析,构建天然气能源化工产品系统分析和设计的框架。 本文首先在综合比较分析学者对环境成本认识的基础上,重新界定环境成本的概念。针对化工产品生产的特点,采用生命周期思想,从社会和生态环境的角度出发,提出生命周期成本的概念和模型、评价指标和分析步骤。在生命周期外部成本估算方面,结合成果参照法,运用最小二乘法建立单位污染物环境成本的估算模型。 在分析中国当前的能源形势以及能源利用与环境影响的基础上,运用生命周期成本分析法,从经济与环境技术层面对能源利用各个环节进行全面客观的分析比较,提出能源利用的生命周期成本分析框架。以燃气发电和燃煤发电作为案例分析对象,通过两者间的生命周期清单分析和生命周期成本比较,探讨天然气发电的环境效益,并为燃煤发电的生命周期性能改进指明方向。 针对当前环境问题和天然气化工企业状况,提出延伸天然气化工产品链、提升市场竞争力的构想。从分析产品链的经济效益和环境性能出发,建立产品链(Economy-Environment)分析模型。运用该产品链系统分析模型,对设想的3条以乙炔为核心的产品链进行系统的分析评价,探讨影响产品链综合性能的因素,为产品链的设计奠定理论基础。将生命周期设计思想运用到产品链的设计上,提出天然气化工产品链生命周期设计的系统框架。 随着可持续发展理念的深入,化工与能源联合生产的多联产系统得到广泛关注。本文最后以天然气为原料,研究探讨了天然气制烯烃发电多联产系统的概念设计和系统分析方法。通过对多联产系统和天然气制烯烃单产系统的内部收益率比较,分析多联产系统的经济性。运用流程模拟软件Aspen Plus进行模拟和热力学分析,识别多联产系统中火用损最大的环节、及其原因和改进措施。将经济学和热力学分析相结合,采用Excel工具建立多联产系统的经济优化模型,分析多联产系统中甲醇合成单元未反应气循环量对系统整体的火用效率和效益的影响。


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