氧热法制电石多联产系统工艺研究及工程设计

摘要

我国的能源布局以煤为主，结合当今严峻的国际形势，将煤炭视为战略资源，以减少对进口石油的依赖是我国如今应当大力发展和积极鼓励的。而传统煤化工资源利用效率低，环境污染较大，所以如何解决相应问题则成为推动煤化工大力发展的关键。
　　本文依托国家重点基础发展计划973项目，以氧热法煤制电石为研究对象，开展了煤基化学品制备系统与动力系统联产的工艺研究。旨在开发一种低物耗、低能耗、低污染的新型煤化工路线，提出了氧热法制电石基乙炔、二甲醚和燃料电池/蒸汽联合循环发电的煤基化学品/动力多联产新系统，并结合设计院的实习经验，对该系统进行了系统工程设计。本文主要研究内容如下:
　　首先，构建了氧热法电石乙炔工艺路线，并借助Aspen plus软件对流程进行模拟。针对由北京化工大学自主研发的电石炉反应器（复合床反应器），按照反应器功能将一个反应模块拆分成三部分进行模拟，分别为原料预热/分解，能量供体反应进行和电石生成阶段三个阶段。在验证模型可靠的基础上，获得了工艺系统的物料衡算和能量衡算数据;基于能量衡算数据，绘制了系统的能流图。根据模拟结果，分析了进料及炉气组成和系统能量利用情况。发现:焦炭与氢氧化钙的摩尔比为9.2∶1，其对应的质量比为1.5∶1时，钙源完全转化为目标产物CaC2，焦炭与富氧气体发生的反应和混合气体的显/潜热能完全满足电石生成和原料预热所需要的能量，能量完全利用，没有损失。原料焦炭总量的78.1％作为能量供体反应原料参与了能量供体反应，全部生成了含CO的电石炉气，CO的纯度大于95％。
　　其次，确定了电石炉气的利用方案，提出了重整合成气一次通过二甲醚合成反应器，CO只进行单程反应，将此处未反应的合成气送入燃气/蒸汽联合循环电厂进行动力利用，构建炉气基二甲醚/动力多联产系统工艺路线。在验证模型可靠的基础上，获得了工艺系统的物料衡算和能量衡算数据。根据模拟结果，进行系统能量分析，计算得到此系统相比原一步法制二甲醚系统节约能耗约7％，收入增加62.6％。
　　最后，对氧热法制电石多联产工艺进行系统工程设计。产量按一万吨/年电石计，进行相应的工艺计算（物料衡算、热量衡算、管径计算等）和设备选型;按照设计院的标准和要求，绘制了管道及仪表流程图(PI&D)、设备布置图、管道布置图;并对系统进行经济性分析和安全及环保措施。据此，为煤氧热法制电石实现工业化提供依据和指导。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 氧热法电石乙炔工艺路线

1．2．1 电石生产概述

1．2．2 氧热法电石炉介绍

1．2．3 电石乙炔工艺

1．3 电石炉气的应用

1．3．1 电石炉气基清洁燃料

1．3．2 燃料电池／蒸汽联合动力循环

1．4 多联产系统

1．5 化工工艺设计

1．6 论文主要研究目标及内容

2．1 引言

2．2 氧热法电石乙炔工艺描述

2．3 氧热法电石乙炔工艺模拟

2．3．1 氧热法制电石流程模拟

2．3．2 干法制乙炔单元流程模拟

2．4．2 模拟结果与分析

2．5 小结

第三章 电石炉气基DME／动力多联产系统

3．1 引言

3．2 炉气基DME／动力多联产系统构思

3．3 多联产系统工艺描述

3．4 多联产系统模拟与分析

3．4．2 流程模拟与结果分析

3．5 小结

第四章 年产1万吨电石氧热法多联产系统工艺工程设计

4．1 设计说明书

4．1．1 工艺说明

4．1．2 管道设计说明

4．1．3 隔热设计说明

4．1．4 防腐设计说明

4．1．5 静电设计说明

4．2．1 物料衡算与热量衡算

4．3 工艺流程设计

4．4 平面布置设计

4．5 管道布置设计

4．6 安全生产与环境保护

4．6．1 安全生产

4．6．2 环境保护

4．7 技术经济

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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