低阶煤热解燃烧分级转化多联产系统的技术经济性分析

低阶煤占我国煤炭总量的46%,具有高挥发分高水分等特点。相比直接燃烧、液化、气化等利用方式,基于热解过程的分级转化分质利用多联产技术是一种极具前景的低阶煤利用技术。它通过热解工艺提取出低阶煤中高活性的富氢挥发分,并实现同一系统中油、气、电等多种产品的联产,有望缓解我国油气短缺的现状。本文针对当前低阶煤热解分级转化多联产系统构建、优化及可行性分析方面缺乏深入研究的现状,开展系统搭建、流程模拟及技术经济性分析等工作,以期为其工业化应用提供参考。基于浙江大学开发的双流化床煤炭热解燃烧分级转化多联产技术,本文构建了分别以燃料油、电力、甲醇和燃料油、电力、SNG作为目标产品的两种2×350MWe超临界低阶煤热解燃烧分级转化多联产系统方案:低阶煤通过给煤装置送入流化床热解炉,与来自循环流化床锅炉的高温灰迅速混合升温并发生一系列热解反应,生成半焦、焦油和煤气。其中,半焦通过返料装置被送至循环流化床锅炉中燃烧产生超临界参数蒸汽推动汽轮机做功发电;焦油通过下游的加氢提质合成清洁燃料油;煤气在方案1中用于甲醇合成,合成尾气送入燃气轮机燃烧发电;在方案2中用于SNG合成。分别对两方案系统各技术单元进行市场工艺比较与选择,确定了详细的工艺流程、反应、技术参数等;并通过合理的系统架构实现不同品位的余热利用,提高了系统的热集成度。基于大型商用流程模拟软件AspenPlus,通过模型、物性方法的选择,参数设置以及部分单元模型的校核等构建了两个方案的系统稳态模型。选取我国典型低阶煤——甘肃平凉煤作为设计煤种,基于在浙江大学1MWe循环流化床热解燃烧分级转化多联产装置上进行相同煤种及操作参数的试验所获得的相关试验数据,分别对方案1和方案2进行了全流程模拟,并通过灵敏度分析对甲烷合成过程的关键参数进行了优化。在准确的系统参数基础上计算了两个方案的能量转化效率;在可靠的设备投资、市场价格等经济数据基础上,计算了两个方案的固定资产投资、内部收益率和投资回报期等。同时考察了市场价格波动对系统经济性的影响,全面评估了两个方案系统的可行性。结果显示,方案1中:系统给煤量约446t/h,可联产燃料油约16t/h、供电约880MW、甲醇约23t/h、副产硫磺约0.5t/h,系统净能量转化效率为49.07%,内部收益率(IRR)为25.7%,动态投资回报期为6.99年;方案2中:系统给煤量约446t/h,可联产燃料油约16t/h、供电约800MW、SNG约26500Nm3/h、副产硫磺约0.5t/h,系统净能量转化效率为50.02%,内部收益率(IRR)为21.63%,动态投资回报期为8.3年;不确定性分析显示两个方案均具有良好的市场波动抗压能力。从经济性角度看,在2016年的市场价格条件下,方案1比方案2收益率更高、回报期更短,因此经济性更好,更具市场优势。研究结果为我国构建并推广具有应用前景的低阶煤热解燃烧分级转化多联产系统提供了可靠参考。