合成氣為核心的能源化工系統是指以煤炭氣化為主線,天然氣、煤層氣、焦爐氣、生物質等為輔助原料,制備合成氣作為能源載體和平臺化學品,并利用合成氣下游生產多種產品的能源化工復合系統。它將不同特性的原料和加工工藝過程進行有機耦合,具有能量利用效率高、經濟效益好以及污染物排放少的優勢,是綜合解決中國能源和環境問題的有效途徑。本文將系統工程的理論與方法引入能源化工系統的設計與分析研究中,以合成氣為核心的多聯供多聯產系統為對象展開研究。運用系統工程思想剖析能源化工系統的流程方案、流程設計、分析評價、流程優化進行了系統的探索研究。 合成氣為核心的能源化工系統集成度高,系統龐大,本文在對各流程單元機理的認知和技術比選的基礎上,建立單元模型進行流程模擬,采用Aspen Plus軟件構建主要單元模塊和模擬平臺。結合火用利用和熱經濟分析。通過單元模塊的合成和集成建立不同的耦合方案,獲得系統熱力學和熱經濟特性。 針對復雜能源化工系統,提出了多原料輸入多產品輸出系統的評價準則,此方法基于產品的折合方法推導出技術經濟指標,能量節約率、投資節約率和成本節約率。通過該評價準則反映系統的優劣,并可在設計和優化階段適時地考慮系統各種參數的變化。 本文引入生命周期思想,建立能源生產系統的生命周期成本模型,對三個發電技術方案進行了生命周期環境和經濟性能分析。結果表明,綜合考慮能源結構狀況,整體煤氣化聯合循環(IGCC)是合適的潔凈煤發電技術。 本論文研究了合成氣為核心的能源化工系統進行流程方案思路、流程建立、系統分析和評價,不僅擴展了能源化工相關研究領域的深度和廣度,豐富并完善了能源化工系統工程研究的理論方法,具有理論價值,而且對指導我國能源化工系統的推廣和實施有著切實有效的現實意義。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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 我國能源利用現狀
        1.1.1 石油補充與替代能源
        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供多聯產集成能源化工系統
        1.2.1 潔凈煤技術發展趨勢—煤氣化技術
        1.2.2 煤氣化為核心的能源化工多聯產系統
        1.2.3 合成氣為核心的多聯供多聯產能源化工系統
    1.3 能源化工系統的系統工程學
        1.3.1 過程系統工程
        1.3.2 能源化工系統的系統工程框架
        1.3.3 能源化工系統工程的多尺度特征
        1.3.4 能源化工系統工程的研究方法論體系
    1.4 能源化工系統工程方法
        1.4.1 流程建模、模擬技術
        1.4.2 能源化工系統的技術經濟分析
        1.4.3 考慮生命周期的系統分析方法
    1.5 本課題的研究思路和研究內容
        1.5.1 研究思路
        1.5.2 研究內容
第二章 合成氣為核心的能源化工系統的建模和模擬
    2.1 Aspen Plus 過程模擬
    2.2 過程單元
    2.3 建模和模擬的假設
    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 余熱回收和聯合循環單元模塊（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 系統建立和性能分析
    2.6 小結
第三章 能源化工流程模擬和評價中的火用分析
    3.1 火用的概念和計算
        3.1.1 化學火用的計算
        3.1.2 物理火用的計算
        3.1.3 混合火用的計算
        3.1.4 物流火用計算的簡化
    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
    3.3 基于流程模擬的火用分析方法
    3.4 能源化工系統的火用分析
        3.4.1 黑箱模型分析
        3.4.2 灰箱模型分析
    3.5 小結
第四章 復雜能源化工系統的技術經濟評價準則
    4.1 多原料輸入多產品輸出的復雜能源化工系統
    4.2 能源化工系統的評價準則及存在問題
        4.2.1 單原料輸入單產品輸出系統
        4.2.2 單原料輸入多產品輸出系統
        4.2.3 多原料輸入多產品輸出系統
    4.3 PFPP系統信息流矩陣模型
        4.3.1 火用流矩陣
        4.3.2 火用投資矩陣
        4.3.3 PFPP參照基準系統的火用流矩陣
    4.4 PFPP系統的評價指標
        4.4.1 能量節約率
        4.4.2 投資節約率
        4.4.3 成本節約率
    4.5 雙原料輸入雙產品輸出系統的評價準則
    4.6 評價準則的應用
        4.6.1 流程方案評價
        4.6.2 流程參數優化
    4.7 小結
第五章 能源化工系統的生命周期分析
    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 發電系統的LCC模型
    5.3 發電系統的清單分析
        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 發電系統生命周期環境排放清單
    5.4 發電系統的生命周期評價
        5.4.1 清單分析
        5.4.2 環境影響評價
    5.5 發電方案的生命周期成本分析
        5.5.1 內部成本的計算
        5.5.2 外部成本的計算
        5.5.3 生命周期成本的分析
    5.6 結論
附錄 發電系統生命周期環境排放清單和外部成本清單
結論
參考文獻
符號說明
攻讀博士學位期間取得的研究成果
致謝
附表

【參考文獻】

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本文編號：2887321