以煤气化为核心的多联产系统的能量分析

多联产是复杂的、高效环保的化工能源系统，以甲醇合成和发电为代表的联产是最典型的多联产系统。本文以热力学方法研究了多联产系统的热效率和火用损失，对气化炉、水煤气变换和脱碳以及甲醇合成等单元作了优化分析，指出了多联产系统在能量利用方面的合理性，对其环境效益和经济效益的综合评估方法进行了初步探索。 通过化学平衡和热量平衡方法求解气化炉平衡工作温度以及该温度下的出口煤气成分，研究了气化炉进口气化剂配比对出口煤气成分、冷煤气效率、热效率及火用效率的影响，指出热效率、火用效率最优情况下适应于各煤种的最优氧煤比以及合理的水蒸汽耗量，为多联产系统的设计优化提供参考。由煤制得的合成气经过变换反应达到满足甲醇合成要求的氢碳比，这一过程消耗了能量但提高了甲醇产率，在不同的甲醇产率下多联产系统的效率随之改变。本文以能量分析的结果来说明多联产系统效率随甲醇合成产率(以接近平衡态的程度表示)的变化规律，指出了变换反应在能量利用和环境保护上的合理性。由于多联产系统耦合了化工和发电的过程，本文在采用火用分析的方法时，分别考虑了物理火用和化学火用，计算结果将联产和分产进行了比较，得出在甲醇合成产率达到0.9时，联产效率较分产高3.5%。 在IGCC基础上发展起来的多联产系统亦能达到很好的污染控制效果。经过高效的净化过程，多联产系统真正实现了污染物质的零排放。同时，多联产系统能够以相对小的代价来回收温室气体CO2。因为CO2的分离不再是单纯耗能的附加过程，而是与甲醇生产相整合，可以在提高甲醇产量的同时部分的回收CO2，实现CO2的减排。进一步提高CO2回收实现零排放的设备投资增加幅度也会较IGCC小，并可使高品质的H2成为多联产系统的产品之一。当综合权衡煤利用对环境影响的效果时，多联产系统更具优势。