【摘 要】
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对于煤制油、煤制烯烃和煤制天然气等现代大型煤化工过程,提高全系统能效和经济性具有重要意义。现代大型煤化工系统中,热回收系统和公用工程系统联系紧密,将两者同步优化可有效提高全系统的能量利用效率和经济性。本文提出了分支热回收蒸汽循环超结构,在此基础上建立了可以用于同步优化热回收系统和公用工程系统(HR-UTLS)的通用全局间接热集成模型;采用模拟与优化相结合的方法,对采
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对于煤制油、煤制烯烃和煤制天然气等现代大型煤化工过程,提高全系统能效和经济性具有重要意义。现代大型煤化工系统中,热回收系统和公用工程系统联系紧密,将两者同步优化可有效提高全系统的能量利用效率和经济性。本文提出了分支热回收蒸汽循环超结构,在此基础上建立了可以用于同步优化热回收系统和公用工程系统(HR-UTLS)的通用全局间接热集成模型;采用模拟与优化相结合的方法,对采用不同单一气化技术和组合气化技术的煤制天然气(SNG)系统的HR-UTLS进行了优化,比较了不同方案的能效和经济性;对变换单元、甲烷化单元和HR-UTLS进行了同步优化,考察了甲烷化反应器级数与循环气抽取位置对系统经济性的影响。建立的全局间接热集成模型以及经济性分析模型,能从全局的角度,对现代煤化工过程的技术比较、工艺过程优化提供方法支撑,主要内容如下:(1)提出了基于分支热回收蒸汽循环的热回收系统和公用工程系统(HR-UTLS)超结构,将HR-UTLS超结构模型和Duran-Grossmann热集成模型耦合,构建了全局间接热集成模型。对一个测试案例的热回收系统和公用工程系统进行了同步优化,结果表明,该模型可通过热量集成实现“热袋”(heatpocket)内部流股能量的梯级利用,从而减少了公用工程系统的锅炉燃料煤消耗量;通过分支热回收蒸汽循环将蒸汽、锅炉水在不同过程之间分配,实现了全局间接热集成。公用工程系统可为不同过程提供不同压力等级和用途的蒸汽,实现热公用工程的优化配置。(2)基于AspenPlus,模拟了采用固定床气化炉(FBG)、水煤浆气化炉(CSG)和粉煤气化炉(PCG)的煤制天然气(SNG)系统的关键单元。对于水煤浆气化和粉煤气化工艺,考虑了全激冷(FQ)、辐射-激冷(RQ)和辐射-对流(RC)三种合成气冷却方式,包含了7种气化-冷却技术的组合工艺,模拟结果用于全局热集成和能效分析。在GAMS软件上建立全局优化模型,其中包括循环冷却水系统模型、废水处理系统模型和全局间接热集成模型;以(?)效率最大为目标,对各方案进行了全局优化。结果表明,煤制天然气系统各工艺方案的能效从高到低依次为:PCG-RC(61.7%)
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