煤基甲醇-直接还原铁多联产系统的初步研究

摘要

煤基甲醇-直接还原铁多联产系统借助于系统集成和过程耦合，能够实现物质和能量在化工和直接还原铁系统之间的优化配置，可以有效地提高能源的综合利用水平，减少化石燃料的消耗，在节能减排的发展环境下前景广阔。
　　本文借助多联产系统集成原则思路，以Shell粉煤气化为龙头，融合甲醇合成和直接还原铁系统，将化工系统和冶金系统有机的耦合成煤基甲醇-直接还原铁多联产系统。应用化工流程模拟软件Aspen Plus对空分、煤气化、水煤气变换、低温甲醇洗、甲醇合成、硫回收以及直接还原铁等主要单元进行建模模拟与分析。
　　基于化学能和物理能梯级利用理论侧重从热力学角度对多联产系统进行集成与优化研究，建立以相对节能率为多联产系统集成与优化的目标函数。首先通过模拟计算与分析，比较分产系统和直接还原铁-甲醇联产系统的性能，计算出单产甲醇的能耗为41.68GJ/t，直接还原铁的能耗为12.7 GJ/t，直接还原铁-甲醇串联联产系统相对节能率为5.66%，表明联产系统较分产系统比节能效果明显。简单分析了能量在联产和分产系统中的转移和分布情况，指出煤基甲醇-直接还原铁多联产系统能耗降低的主要内部原因是甲醇合成过程中所产生的驰放气和尾气被充分利用。
　　结合多联产系统高度灵活的特点，模拟计算了煤基直接还原铁-甲醇多联产串联型和并联型系统，结果表明两种串联工艺的节能率分别为5.59%和5.66%，在并联系统中通入直接还原侧和甲醇侧的合成气分流比分别为0.25、0.5和0.75，与此相对应的相对节能率分别为2.85%、5.45%和5.58%，表明随着分流比增大，系统的相对节能率随之而增大；采用分摊法计算了不同分流比时并联型系统中直接还原铁和甲醇的煤耗，当分流比为0.25、0.5、0.75时，直接还原铁系统和甲醇系统对应的吨产品干煤煤耗分别为0.408、0.43、0.44和1.70、1.68和1.68，随着通入直接还原铁系统合成气量的增加，甲醇系统驰放气产量减少，直接还原铁的煤耗增大，而甲醇合成的煤耗变化较小。

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引言

1绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状及发展

1.3本文主要研究内容

1.4本文的研究重点及意义

2煤基多联产的子系统建模

2.1 Aspen Plus流程模拟软件

2.2空分单元

2.3煤气化单元

2.4水煤气变换单元

2.5净化单元

2.6甲醇合成单元

2.7直接还原铁生产单元

3直接还原铁-甲醇多联产系统节能与分析

3.1煤基甲醇-直接还原铁多联产系统集成

3.2系统评价指标

3.3多联产系统各单元公用工程消耗

3.4分产系统及联产系统物料与能量衡算

3.5能量在联产系统和分产系统中的转移和分布

3.6本章小结

4不同工艺路线直接还原铁-甲醇多联产系统

4.1多联产系统案例设计

4.1不同配置方案联产系统物料衡算与能量衡算

4.2不同配置方案联产系统能量的分布和转移

4.3多联产系统直接还原铁和甲醇改变负荷的影响

4.4本章小结

结论

展望

参考文献

在学研究成果

致谢