我国煤炭资源丰富,以煤为主是我国今后很长一段时期资源结构和能源化工的基本特征。我国天然气消费量近年来呈快速增长态势,预计到2020年中国天然气消费缺口将达到1075~1765亿Nm~3。利用我国丰富的煤炭资源优势,推广和发展煤制天然气产业,可以解决我国天然气供应不足的窘境。然而煤制天然气过程能耗高是阻碍煤制天然气产业蓬勃发展的一个重大问题。本文对煤制天然气过程进行分析,发现大量的余热没有被有效利用是煤制天然气过程能耗高的一个主要原因。本文以此为出发点,选择工业运行最广的气化炉(Lurgi炉)和呼声最高的气化炉(BGL炉),建立煤制天然气过程的基础模型,以技术经济分析手段,确立最合适的煤制天然气流程。以此为基础,定量分析煤制天然气过程的低品位余热;建立串级吸收式热泵和串级吸收式制冷的新工艺回收低品位余热。本文建立了Lurgi炉过程和BGL炉过程的模型,并对这两个过程进行了模拟,分析了气化单元的操作参数和模拟参数。基于模拟结果,从?效率和经济性能方面对Lurgi炉过程和BGL炉过程进行了比较。本文通过建立BGL炉煤制天然气的全流程模型,并对各个单元的关键参数进行了分析。在模拟结果的基础上,分析了BGL炉煤制天然气全流程的?效率,并指出气化单元的?损最大,占全流程的56.5%。提高BGL炉煤制天然气全流程的?效率,首先考虑优化气化单元和甲烷化单元。同时对产品和原料进行了灵敏度分析。本文提出了串级吸收式制冷的技术方案用于煤制天然气过程中,具体过程为串级吸收式制冷回收甲烷化单元的低品位余热制取-40 ℃冷量用于低温甲醇洗中,代替部分压缩式制冷。串级吸收式制冷分为:溴化锂制冷循环和氨制冷循环;对这两个循环进行热力学分析。热力学分析包括高压侧压力分析,低压侧压力分析和放气范围分析,等。以最大COP作为目标设计串级吸收式制冷,通过迭代计算,串级吸收式制冷的最大COP为0.17,制冷量为7.1MW。其中121 ℃以上的低品位余热用于驱动氨制冷循环;90-121℃的低品位余热用于驱动溴化锂制冷循环,制取冷冻水强化氨制冷循环。以压缩式制冷作为基准,对串级吸收式制冷回收低品位余热进行经济分析。经济分析包括投资分析,操作费用分析和动态回收期分析。经济分析的结果为:串级吸收式制冷的投资为8.1×10~6美元;串级吸收式制冷的操作费用仅仅为压缩式制冷的14%,拉开两者操作费用的最大差距是电耗;串级吸收式制冷的动态回收期是1.7年,年度净收入为5.2×10~6美元;电价高于0.09$/kW·h,串级吸收式制冷的投资回收期在两年以内。本文提出了串级吸收式热泵用于回收变换单元低品位余热制取高品质的低压蒸汽。将串级吸收式热泵分为两个循环:溴化锂溶液循环和氨溶液循环。对这两个循环的设计参数(高压侧压力,低压侧压力,再生器温度,放气范围,等)进行了热力学分析。在这基础上,以最大COP为目标,设计了回收煤制天然气过程中变换单元低品位余热的串级吸收式热泵。136℃以上的低品位余热用于驱动溴化锂溶液循环,90-136℃的低品位余热用于驱动氨溶液循环,此时,串级吸收式热泵的COP为0.227。选用财务内部收益率作为经济指标,对串级吸收式热泵的应用进行经济分析。结果显示:串级吸收式热泵的投资为924,000美元;财务内部收益率为62.16%;当循环冷却水价格高于0.96$/GJ时,财务内部收益率会低于30%;当蒸汽价格低于9$/GJ时,财务内部收益率会低于30%;项目寿命、循环冷却水价格和项目运行负荷选作不确定因素的敏感性分析中,项目的运行负荷最敏感,项目的寿命最不敏感。