發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 09:07

　　 合成氣為核心的能源化工系統(tǒng)是指以煤炭氣化為主線,天然氣、煤層氣、焦?fàn)t氣、生物質(zhì)等為輔助原料,制備合成氣作為能源載體和平臺(tái)化學(xué)品,并利用合成氣下游生產(chǎn)多種產(chǎn)品的能源化工復(fù)合系統(tǒng)。它將不同特性的原料和加工工藝過程進(jìn)行有機(jī)耦合,具有能量利用效率高、經(jīng)濟(jì)效益好以及污染物排放少的優(yōu)勢,是綜合解決中國能源和環(huán)境問題的有效途徑。本文將系統(tǒng)工程的理論與方法引入能源化工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析研究中,以合成氣為核心的多聯(lián)供多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為對象展開研究。運(yùn)用系統(tǒng)工程思想剖析能源化工系統(tǒng)的流程方案、流程設(shè)計(jì)、分析評價(jià)、流程優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)的探索研究。 合成氣為核心的能源化工系統(tǒng)集成度高,系統(tǒng)龐大,本文在對各流程單元機(jī)理的認(rèn)知和技術(shù)比選的基礎(chǔ)上,建立單元模型進(jìn)行流程模擬,采用Aspen Plus軟件構(gòu)建主要單元模塊和模擬平臺(tái)。結(jié)合火用利用和熱經(jīng)濟(jì)分析。通過單元模塊的合成和集成建立不同的耦合方案,獲得系統(tǒng)熱力學(xué)和熱經(jīng)濟(jì)特性。 針對復(fù)雜能源化工系統(tǒng),提出了多原料輸入多產(chǎn)品輸出系統(tǒng)的評價(jià)準(zhǔn)則,此方法基于產(chǎn)品的折合方法推導(dǎo)出技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),能量節(jié)約率、投資節(jié)約率和成本節(jié)約率。通過該評價(jià)準(zhǔn)則反映系統(tǒng)的優(yōu)劣,并可在設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段適時(shí)地考慮系統(tǒng)各種參數(shù)的變化。 本文引入生命周期思想,建立能源生產(chǎn)系統(tǒng)的生命周期成本模型,對三個(gè)發(fā)電技術(shù)方案進(jìn)行了生命周期環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性能分析。結(jié)果表明,綜合考慮能源結(jié)構(gòu)狀況,整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)是合適的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。 本論文研究了合成氣為核心的能源化工系統(tǒng)進(jìn)行流程方案思路、流程建立、系統(tǒng)分析和評價(jià),不僅擴(kuò)展了能源化工相關(guān)研究領(lǐng)域的深度和廣度,豐富并完善了能源化工系統(tǒng)工程研究的理論方法,具有理論價(jià)值,而且對指導(dǎo)我國能源化工系統(tǒng)的推廣和實(shí)施有著切實(shí)有效的現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：TQ06;TE665.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
圖表目錄
List of figures and tables
第一章 緒論
    1.1 我國能源利用現(xiàn)狀
        1.1.1 石油補(bǔ)充與替代能源
        1.1.2 以煤炭為主、其它能源為輔的資源狀況
    1.2 合成氣為核心的多聯(lián)供多聯(lián)產(chǎn)集成能源化工系統(tǒng)
        1.2.1 潔凈煤技術(shù)發(fā)展趨勢—煤氣化技術(shù)
        1.2.2 煤氣化為核心的能源化工多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
        1.2.3 合成氣為核心的多聯(lián)供多聯(lián)產(chǎn)能源化工系統(tǒng)
    1.3 能源化工系統(tǒng)的系統(tǒng)工程學(xué)
        1.3.1 過程系統(tǒng)工程
        1.3.2 能源化工系統(tǒng)的系統(tǒng)工程框架
        1.3.3 能源化工系統(tǒng)工程的多尺度特征
        1.3.4 能源化工系統(tǒng)工程的研究方法論體系
    1.4 能源化工系統(tǒng)工程方法
        1.4.1 流程建模、模擬技術(shù)
        1.4.2 能源化工系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
        1.4.3 考慮生命周期的系統(tǒng)分析方法
    1.5 本課題的研究思路和研究內(nèi)容
        1.5.1 研究思路
        1.5.2 研究內(nèi)容
第二章 合成氣為核心的能源化工系統(tǒng)的建模和模擬
    2.1 Aspen Plus 過程模擬
    2.2 過程單元
    2.3 建模和模擬的假設(shè)
    2.4 單元建模和模擬
        2.4.1 空分單元模塊（ASU）
        2.4.2 固體原料氣化單元（SPG）
        2.4.3 酸性氣體凈化和硫回收單元（AGR-CLAUS）
        2.4.4 余熱回收和聯(lián)合循環(huán)單元模塊（HRSG-CC）
        2.4.5 甲烷重整單元（SMR）
        2.4.6 水蒸氣變換單元（WGS）
        2.4.7 甲醇合成單元（MEOH）
    2.5 案例
        2.5.1 案例一：IGCC
        2.5.2 案例二：NGME
        2.5.3 案例三：CFCP
        2.5.4 系統(tǒng)建立和性能分析
    2.6 小結(jié)
第三章 能源化工流程模擬和評價(jià)中的火用分析
    3.1 火用的概念和計(jì)算
        3.1.1 化學(xué)火用的計(jì)算
        3.1.2 物理火用的計(jì)算
        3.1.3 混合火用的計(jì)算
        3.1.4 物流火用計(jì)算的簡化
    3.2 火用分析方法
        3.2.1 火用分析模型
        3.2.2 火用分析指標(biāo)
    3.3 基于流程模擬的火用分析方法
    3.4 能源化工系統(tǒng)的火用分析
        3.4.1 黑箱模型分析
        3.4.2 灰箱模型分析
    3.5 小結(jié)
第四章 復(fù)雜能源化工系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)準(zhǔn)則
    4.1 多原料輸入多產(chǎn)品輸出的復(fù)雜能源化工系統(tǒng)
    4.2 能源化工系統(tǒng)的評價(jià)準(zhǔn)則及存在問題
        4.2.1 單原料輸入單產(chǎn)品輸出系統(tǒng)
        4.2.2 單原料輸入多產(chǎn)品輸出系統(tǒng)
        4.2.3 多原料輸入多產(chǎn)品輸出系統(tǒng)
    4.3 PFPP系統(tǒng)信息流矩陣模型
        4.3.1 火用流矩陣
        4.3.2 火用投資矩陣
        4.3.3 PFPP參照基準(zhǔn)系統(tǒng)的火用流矩陣
    4.4 PFPP系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)
        4.4.1 能量節(jié)約率
        4.4.2 投資節(jié)約率
        4.4.3 成本節(jié)約率
    4.5 雙原料輸入雙產(chǎn)品輸出系統(tǒng)的評價(jià)準(zhǔn)則
    4.6 評價(jià)準(zhǔn)則的應(yīng)用
        4.6.1 流程方案評價(jià)
        4.6.2 流程參數(shù)優(yōu)化
    4.7 小結(jié)
第五章 能源化工系統(tǒng)的生命周期分析
    5.1 LCCA方法
        5.1.1 LCCA概念
        5.1.2 生命周期邊界
        5.1.3 LCC模型
        5.1.4 LCCA框架
    5.2 發(fā)電系統(tǒng)的LCC模型
    5.3 發(fā)電系統(tǒng)的清單分析
        5.3.1 電廠生命周期排放清單
        5.3.2 燃料（煤/天然氣）生命周期排放清單
        5.3.3 發(fā)電系統(tǒng)生命周期環(huán)境排放清單
    5.4 發(fā)電系統(tǒng)的生命周期評價(jià)
        5.4.1 清單分析
        5.4.2 環(huán)境影響評價(jià)
    5.5 發(fā)電方案的生命周期成本分析
        5.5.1 內(nèi)部成本的計(jì)算
        5.5.2 外部成本的計(jì)算
        5.5.3 生命周期成本的分析
    5.6 結(jié)論
附錄 發(fā)電系統(tǒng)生命周期環(huán)境排放清單和外部成本清單
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
符號(hào)說明
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附表

【參考文獻(xiàn)】

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10 金紅光,高林,鄭丹星,劉澤龍,林汝謀,蔡睿賢;煤基化工與動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)開拓研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2001年04期

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