论文部分内容阅读
我国煤炭资源丰富,低阶煤占有很大比重,其蕴藏的挥发分相当于上千亿吨的油气资源,且高含水量会导致直接利用效率低,所以通过煤炭分级转化多联产利用技术来实现对低阶煤资源的高效清洁利用意义重大。热解-气化-燃烧三床耦合的循环流化床技术（Triple-Bed combined Circulating Fluidized Bed,TBCFB）,该技术将热解过程和气化过程分开,避免了热解产物对气化过程影响。在TBCFB技术的基础上,本文提出了采用半焦颗粒代替石英砂作为循环热载体的新工艺。该过程中燃烧会产生大量的CO2气体,需要对其进行捕集处理。而工业中常用的化学吸收法CO2捕集过程,存在能耗高的问题。自热再生技术作为一种新型的节能技术,通过将低品位能量提升为高品位能量进行利用,可以达到明显的节能效果。因此本文利用全流程模拟软件Aspen plus,建立了基于半焦颗粒的TBCFB系统模拟流程及自热再生技术CO2捕集分离过程的模拟流程,主要完成以下工作。首先,本文建立了低阶煤热解-气化-燃烧TBCFB系统模拟流程。该工艺是基于低阶煤分质转化利用理念开发的新型工艺系统,包含热解器、气化器及燃烧炉三个主反应器。根据下行床热解及鼓泡流化床气化实验数据,建立了热解产物分布与温度的经验关联式,并以此为基础完成了系统模拟流程的建立和验证。本文提出了采用半焦颗粒代替石英砂作为该系统的循环热载体的新工艺,并通过使用Aspen plus建立了基于半焦作为载热颗粒的TBCFB系统模拟流程,以寻求系统内物料转化和能量利用的适宜操作条件。结果表明,只需燃烧39.92%的热解半焦,即可满足低阶煤在600℃热解和60.08%的热解半焦在800.9℃进行水蒸气气化所需热量;最佳固体热载体循环量煤半焦、灰分和石英砂与原煤的比分别为5.5、12和11,与石英砂或高温灰相比,利用热容较高的半焦颗粒作为循环介质可以显著降低热载体循环量,降低操作难度;综合气化产物组成、低热值和冷煤气效率等指标,确定了适宜的水蒸气与反应半焦质量比为1.5。该模拟流程的建立为热解-气化-燃烧耦合循环流化床TBCFB工艺系统的设计提供了理论基础。其次,本文针对TBCBF系统中燃烧产生的CO2进行了捕集能耗的研究。本工作选用工业上最常用的化学吸收MEA法CO2捕集技术来处理TBCFB系统中产生的烟气。在确定了处理方法的基础上,首先通过使用Aspen plus建立了以TBCFB系统中产生的烟气为对象的传统MEA法CO2捕集模拟流程,并确定了在CO2捕获率为85%及捕集到CO2浓度为98%时所需吸收塔和解吸塔的塔板数分别为9块和7块;通过对贫液吸收剂用量和再沸器热负荷的分析,确定了贫液吸收剂进吸收塔的温度为40℃、负荷为0.23时,捕集单位摩尔CO2所消耗的最小能耗为174.96 kJ。以此为基础,首先完成了贫液源热泵技术MEA法CO2捕集模拟流程,在系统中分析了以正丁烷和三氟二氯乙烷作为工质,对比了两种工况下的节能效果。结果表明,以三氟二氯乙烷作为工质,节能效果更好,可实现节能19.31kJ·（molCO2）-1,与传统方法相比可节约11.04%的能耗。然后完成了自热再生技术MEA法CO2捕集模拟流程的建立。在自热再生技术系统中,分别对贫液源的热量、吸收塔中吸收反应放出的热量和解吸塔塔顶物流的热量进行了回收。结果显示,通过使用自热再生技术可实现节能53.21 kJ·（molCO2）-1,节约总能耗可达30.46%,该技术可以明显降低CO2捕集过程的能耗。该模型的建立为自热再生技术在CO2捕集分离的应用提供了理论基础。