毕业设计英文文献翻译

1、一个基于焦炉煤气与二氧化碳的还原甲醇和电力生产的多联产系统林虎b金红光b爲高林b,张娜&华南理工大学，广州，中国b工程热物理研究所，中国科学院，北京，中国文献包含信息文章历史:2013年9月18日被承认2014年4月22日以经修订的形式接收2014年5月6日被接受2014年6月26日可在线关键词：焦炉煤气 煤气多联产系统系统集成二氧化碳回收摘要多联产系统的化学和电力公司的生产一直被视为一个有前途的化石原料的可持续 利用技术。在这篇文章里，一种基于气化煤气与焦炉煤气甲醇联产和功率输入的新的多 联产系统的碳捕获是集成的。新的系统可以实现5%以上的一次能源节约率，和超过 50的火用效率。火用

2、平衡和能量利用图（euds）应用于显示性能的改善。在这个系统中变压吸附过程被用来除去焦炉煤气中的氢气，从而增强甲烷的浓度，降低了能耗和改革过程的火用损失。并且对于甲烷重整程序，重整的热能量 是显热能量合成气的气化炉代替燃料气燃烧。此外，新鲜合成气合成甲醇是焦炉煤气、|煤改气的混合气，这意味着，调整过得合成气成分是不消耗能量。最后，co2在化学能量放电最高浓度时回收，导致能量损失少。所有的这些能量集成特性导致良好的热性能， 是清洁能源技术的一个新方向。能源的可持续利用对于世界经济的发展是一个重要课题。随着经济的发展，能源资源消耗急剧增加，这加剧了环境问题。国际最新的报告能源机构（ iea）显示，

3、 至少在五年内，煤炭将会代替原油作为主要的化学能源资源。由于煤炭在中国、印度生 产和亚洲其他新兴国家用于发电、钢铁和水泥方面的需求日益增加1o此外，该区域能源利用效率又始终较低，从而导致更多温室气体的排放。所以，能源资源的可持续利用 是必要的并且重要的。按照惯例，化工生产和发电两者都具有较高的能量消耗，并在经济的发展中发挥着 重要的作用。电力系统几乎集中在提高热能利用率，以及专注于化工生产产品的最大输 出。根据焦炉煤气（cog）用于化学生产，首先必须将其转化为 co和h2,但由于在 煤气中氢成分高于甲烷，cog重整过程总是需要消耗大量的能量。此外，由于合成气 的转化含有丰富的氢，和煤制合成气中

4、含有丰富的co,都必须调整到适合大量生产的能源消耗化学。高能耗的化工生产基于煤或焦炭炉气体传统的方式是一个关键的问题2-4 oipcc的报告数据还显示,碳捕获总是导致大量的能量损失。对于煤粉发电厂，从烟道气捕获碳导致热效率超过42个百分点的下降，以及igcc电厂，则减少超过百分点。由于较少的能量损失,多联产系统，化工生产与电力整合代，已经吸引了越来越多的关注，而一些科学的研究和试点项目也已经开展km。本文是为cog和煤炭高效的利用率整合的新系统，并恢复 c02低能量损失。通 过能源利用图法（eud）能量利用系统中的内部的现象被公开。其结果是， 其结果是焦 炉煤气和煤的综合利用提供理论参考。命名

5、首字母缩写词和下标a能量水平0参考状态e火用mwasu空气分离装置h恰mwc煤炭pes主要节能率%cc碳的碳捕获q低热值mwcg煤气s爛千焦/千克kcog焦炉煤气焦炉煤气t温度kcog齿轮碳氧化物rf射频重整甲烷速率distil蒸憎器蒸憾ru再生合成新鲜气茹比ea能量接收w工作或电mwed能量供体x能量水平的差异系数xhrsg余热锅炉的热回收蒸汽发器hh效率（）me甲醇2. 基于焦炉煤气和煤炭的新多联产系统2.1新系统的概念设计传统的重整过程如图1所示。焦炉煤气作为燃料用于 cog重整供应热能，但它富含氢气和甲烷，只提供热能必然会导致损失大及效率低。此外，因为氢是改革的主要产 品，其在焦炉煤气

6、中的高浓度是重整过程中能耗高的主要原因。在传统的甲烷水蒸汽重 整中，甲烷是总是完全反应。但大约90%时的甲烷反应时，能量消耗急剧增加，这意味着反应不可逆性增加。所以，金教授 h.和他的同事又提出了局部反应的系统集成理论 这意味着甲烷不必完全被转化为合成气，当能量消耗开始急剧增加时，该反应可停止， 并且未反应的气体中可以使用的其他方式。它可以从成分之间的转化和能量的梯级利用 的角度出发，利用化学能量门°-佝。steamfuel gatrcfomningtwmud energycombustion1 tradition al rdorming proc基于煤化工过程,从气化炉出来的煤气（

7、cg）温度可约为1400°c，以及它是直接 通过冷水冷却。在某些情况下，余热锅炉是用来回收合成气的热能的，通过回收蒸汽达 到550°co这两者都导致更高的火用损失。基于对cog和cg的利用情况下，我们提岀了一个新系统的概念设计，如图 2所 示。由于氢在cog中的含量接近60%, 90%的氢气首先经变压吸附（psa）分离。而 在重整过程中，热能量是由cg显热能源供应。此外，甲烷部分反应。后反应， cg和 合成气的转化炉混合在一起，并作为用于合成甲醇的新鲜气体。在甲醇合成过程中，约 80%的未反应的合成气再循环到反应器中，二氧化碳是从联合的再生气中捕获的。二氧 化碳回收后，合成

8、气和氢气的离开了 psa作为联合循环发电的燃料。(skc ovenhydrogeniparftaljrcformmg(aalx('hcmkillj e =lj卩丄 combinedpmductdnl mptuic l,flue methanol co、fig, 2. schematic of the new ntrgraurd lystrm新的重整过程如图3所示，虽然psa被采用，新鲜气体和更少的火用损失由于生 产：合成气混合调整成分，改变水蒸汽与甲烷的比率，显热能源替代燃料气中的甲烷重 整，部分改革，但更重要的是煤气显热能量转化为化学能量的合成气。2.2 新系统的配置新系统的流程图如

9、图4所示。采用变压吸附工艺，90%的氢气分离，并在重整气体 中投入丰富的甲烷气体。从气化炉出来的煤气进入重整反应供应热能源。约70%的甲烷 与蒸汽反应，这是更不同于在文献中提到的16o清理后的单元，得到温度较低的cg反 应焦炉混合气体。然后将混合气体投入甲醇合成反应器中。 大约有80%未反应的合成气 再循环到反应器中，和左边放入移位处理回收后的压力能。二氧化碳捕集后，投入rich-h2 气和氢气的psa作为联合循环燃料。w h.rft： turmmg res toosynfm» jtra:reformingtbcifndi weik inpjtcoke oven gm< con

10、fipjrabon of the new yttm tused on cog 4nd co.3. 新系统的评估3.1 基于cog和煤炭生产乙醇的传统方法甲醇生产系统可以分成两个子系统，新鲜气体制备子系统和甲醇生产子系统。对于 以煤碳为基础的系统，如图5所示，煤可经气化炉转换为合成气，并经过一系列的流程， 合成气的成分被调整，以符合所需的化学计量比例与甲醇合成新鲜气。在甲醇合成过程 中，未反应的合成气从合成反应器中完全循环到反应器。这种合成的配置，90%以上的新鲜气体可转化为甲醇。在煤基电厂，生产和蒸汽是由一个小规模的煤粉发电厂提供 。整个的，甲醇生产能耗约为45gj/tmeoh。对于以cog为

11、基础的系统，cog的成分列于表10从上表，我们可以知道，天然 气富含氢气，甲烷不高于30%o甲醇生产系统如图6所示。含硫化合物进行清理 后， 该清洁气体被投入重整，其中，甲烷几乎完全重整为一氧化碳和氢气的蒸汽。重整过程的热能量是由燃烧的煤气和净化气体的化学合成反应器供应。甲醇生产的能量消耗约为40gj/meoh。table 1composition of cog : vol xf" s. cbahbamd mrtkinol production system3.2 仿真结果因为新的多联产系统产生的甲醇和电力，我们在选择 igcc系统和甲醇系统的基础 上以cog作为参考系统。同时我们还

12、主要应用节能比(pes)作为标准来评价新系统 的热力学性能。pes被定义为：陋 _ w/师十 qme/eme (qt qcqc)w/qp + qme/其中w和qme是网络输出和低的热值甲醇；惠普和hme分别是igcc系统和甲醇生产 系统的发电的效率；沪和 加e是煤和焦炉煤气的热值低。因为 cog的能量水平比煤的 高，为了显示能量输入该系统具有相同的能量水平，我们选择了 x作为一个系数以处理 这种差异，在本文中，x为1.1,这是焦炉煤气火用水平与煤炭火用水平的比值。系统已由商业软件 aspen plus模拟。合成气和甲醇的热力学性质分别由pr和rk方程进行了评价。模拟基于9fa级技术水平的燃气轮

13、机。主要的假设如表2所示，在两 个不同压力等级的联合循环余热锅炉中工作。涡轮入口温度为1260°c,以及燃气涡轮机的压力比为16。高压蒸汽轮机和低压蒸汽轮机的燃气透平的等爛效率分别为0.9, 0.88和0.86。多联产系统主点的流速、压力、温度和主要成分如图6所示，在表3中列出。如表中点7所示，在变换反应中，合成气中二氧化碳的浓度接近 40%,这是适合于回收 的最高集中点。fig. mel hanoi producm vystrm b*rd an cog能量平衡结果和新系统的整体效率如表 4所示。整体效率定义为产品的能源，煤和 焦炉煤气的总热值低的比率。低热值煤制cog的多联产系统的

14、比例为1.75。伴随71.3% 的二氧化碳减排,多联产系统可以实现5.3%的初级节能率，与igcc系统相比，和以甲醇的生产系统为基础的!1!cog具有相同的甲醇产量和功率输出。多联产系统发电效率比igcc系统高27.5个百分点。并且甲醇生产能耗可节省10.4%,多联产系统具有更好的热力学性能。tabk2main assumpoan for cvalujtion.chemigil processthe trniperature of mrthool symbnii. rc pressure of methanol lynthnii. bari»rntropic hficrncy of

15、air compressorpressureof hrat exchanserk %pressure loss of tt>c rrctoc xsir pl us air ratio of cml combustionft) wer plantisentropic cfficrncy of air compressorisentropic efficwxy of gas turbmeisentropic efficrncy of high pressure steam rurbine isentropic cfficrncy of low pressure stram turtmne i

16、sentropic cfficirncy of pump pinch point in hrsg. rcpressure loss of hrsg (gas-sidr). %pressure loss of hrsg (stnm. watrr: x condrnution pmsutv. bar038os080j6 0j15100.07tabic 3parameters of main points of the poiysenenitidn systrm.foint123456789fbw. lanai/s1312223j0q72j03j02622spmsurr. barijo6&0

17、23d78-075.075185173ijotemperjture. *c 25jo134&1.13842210sdcomposmn (x)33 58572010054 3£3 $0 13223jo15a2a7as5 5 j 348313 75 7 3 7151217350.7131613220531509s1.1113712114hjs0317030309ohs2.4c*table 4thermodynamic perfannancr of the systentkitemsmygrneradon systemsingle-product syst

18、emsigcc-ccigcccogaiecoal input (mw)s4o98416834cog (mw)48 s37063net power output: mw)300300300mrthanol (t/m679675ci)2 emissian (t/h)w.739x)316.4203cch capture (t/h)17263603cd avoided ratio (x)71387.7effidency of power grneraiion (x)63.135emenergy consumpnon of13e375methanol production (cj/t)overall e

19、ffiamey (%)50.635£353.1pes(x)53/13£该系统的火用平衡如表5所示。多联产系统可以节省3.7%的燃料火用与基于cog 的igcc系统和甲醇生产 在系统相比。在该系统中，有最节省能效的重整过程，这几乎 是传统的甲醇生产系统的1/10otabksexergy balance of systrms.itemfolyf enrration systemcdcmkxcicacamwxum%mwxmwxbrrgy npur coal870361269l7100x)86q3100 j0cdg48623187102100 jototal fuel1356.7i

20、oao7102100 x)69&7100q86q3i00x)exergy inpulbrrjy destmenm asu23.41.711s1.7l&s2.721217gisifkjtion125 jo9210621521216114psa7.4asrrform9.4a7101613.4synthras13 £2521735distiltioniojas21932capture and13jd1.03l416liquefaction cbmbiryd cyde29b222021ob29.1244.627.4auxiliary and1163&613g11736

21、339.1137.7161emitsionoutputnet power output300j02219000425)oao319mrt hanoi41833g841&.358stotal13s6.4ioao71g4100x)g99.1100.086q6100 x)4. 讨论4.1能源利用图分析由于多联产系统涉及化学和热过程，传统的火用分析主要集中在输出和输入之间的放射本能差是不够揭示能量转换的内部现象的。用能源利用图（ eud）方法考虑节能改 造能量供给性过程和能量接受之间的过程，并以图形方式着眼于能量供体和能量受体之 间的能级差。该两能级和能源量变化图形用 aedh坐标显示。能量水

22、平是一个密集的参 数和火用的变化对过程能量变化率（a=2ae/zjh=1-toas/zjh）。能量的变化（dh）是指 任何类型的能量变化，如热能、电力消耗、以及在化学能量反应中产生的能量变化等 等。 为了揭示内在的现象，我们采用 eud方法分析焦炉煤气重整过程t17'2110图7是传统的cog重整火用损失分布。燃料气体的氧化（如cog和吹扫蒸憎）与 空气充当能量供反应（曲线 aed的），与甲烷蒸汽重整过程作为接受反应能量 （曲线 aea4）。三个进料流，包括空气（曲线 aea1）,燃料气体（曲线 aea2）,和甲烷与水 蒸气的混合物（曲线aea3）,作为被预热到特定燃烧或重整温度的能量

23、受体。cog重整过程的火用损失相当于该地区的能量供体之间的曲线（曲线aed）和能量受体（曲线aea1-aea4）,为 102.6 兆瓦。图8显示了新的重整过程中，如图1所示，空气预热过程（曲线aea1）和燃料气（曲 线aea2）被取消。能量供体的能级比图7显示的低，这意味着能量供体和能量受体之 间的差降低。此外，氢气是通过 psa分离的，甲烷的浓度上升，这使得曲线 aea4上升 平缓。能量供体之间的区域受体为 9.4兆瓦。k 14 o o oa10? 6njwoo 4.i080160240320400fk 7< fid for the ttjdrtbnal cog relonnvig0.

24、4-0.3-0.20 1 -0.0-010203040so60ah (mw»fig. s. eud for the nrw cdc reforming piocm4.2 cog重整和cg的热能之间的集成在新的多联产系统中，如上图所示，整合之间的显热能量利用 cg和cog重整是 实现节能的关键点。对于某些重整条件包括蒸汽与甲烷的摩尔比、压力、 cg的温度和流率直接决定重整率（rf）,其定义为重整甲烷对所有的甲烷投入重整摩尔比。所以， rf是一个关键的特征变量以确定系统下游的能源使用。在甲醇合成过程中，未反应的合成气，部分循环至合成反应器，它决定了系统甲醇 产量，二氧化碳浓度捕获和能源（

25、包括燃料和热能）集中投入功率岛，所以，再循环气 体与新鲜气体（示于图4中）的比例，是另一个综合特征的关键变量来确定系统的性能。图9显示了 pes与rf的变化。对于某些ru,用的rf增加，cg流量必须增加， 氢浓度在cg和合成气的混合气体的重整器中上升，这意味着在合成气进入合成反应器 的有效成分增加。然后合成气化学能被有效地利用，从而提高了整个系统的热力学性能。 但是当rf上升到70%时，重整反应器的有效成分下降，这意味着该反应必须消耗更多 的热能。然后cg输入急剧增加，但氢混合气体浓度的慢慢地增加，使甲醇合成率增加 缓慢。这意味着生产产品产量较少的合成气需要更多的能源消耗，然后系统全面的热力

26、学性能降低。因此，最佳的整合关系cg输入和重整率之间存在的最高点，如图9所示。如上述的分析，随着cg、cog和明智的热能利用之间的整合，重整过程的火用损 失可以降低。4.3 化工过程和发电之间的耦合系统时 录 efleds of rp on system thermodynamic performance图10示出了系统的热力学性能变化与 ruo对于某些rf,当ru为零吋，甲醇的产 率较低，并且不使用合成气的化学能并高效投入联合循环作为燃料，这导致了化学能量 的浪费，同时，co的浓度对变换工艺制合成气是较低的，从而导致换档过程中更多的 能量消耗和二氧化碳捕获。相比igcc和甲醇的生产中，主要的

27、节能是低级于零。随着 ru的增加，合成气有效成分能被有效地利用，并且之前捕获的二氧化碳浓度上升，两者实现了化学能源的梯级利用，并且合成气的组成也随之变化。和富氢气作为联合循环， 其中供应燃料工作和蒸汽消耗的化学过程。这样，该系统实现了化工过程与电力系统之 间的耦合，并达到最佳的热力学性能，避免 70%的二氧化碳。r 0.7ii1iiwiwiir00 u5 m 22.02 x0 xsxufm 10. efly of ru on syslrm tirrmodynamr performance.通过上面的分析，还有一对rf和ru实现整个系统的节能与二氧化碳的回收。 无论 是整合cg能源使用还是部分c

28、og重整，化工过程和发电系统之间的耦合，使系统达 到清洁燃料的生产之间的整合和二氧化碳的排放控制。4.4 碳迁移分析图11示出二氧化碳和不同的碳氧化合物的浓度流点。在新的多联产系统中，二氧 化碳被回收甲醇合成后，其浓度是最高的，从而减少系统的能量损失。但其他碳氧化合 物的浓度不是最高的。对于该系统，碳是甲醇的有效成分。cog重整和cg混合后，新鲜的合成气中富含氢气，但对于甲醇合成，氢气的消耗是一氧化碳的近两倍，这意味着 所示的点6。这是回收碳的临界点，但由于合成气中含有丰富的一氧化碳，采用变换反 应来获得更高的二氧化碳浓度，如图笛所示的点7。对于这一点，儿乎所有的一氧化碳 都转化成二氧化碳，所

29、以二氧化碳的碳氧化合物的主要成分。 通过上述对rf和ru之间 的分析，碳捕捉点选择在最高浓度点实现能量损失少，它的另一个因素是在碳捕获获得 更高的系统的热力学性能。甲醇生产后氢气的浓度小于一氧化碳，碳氧化合物的浓度达到最高点!1!56.7%,如图 111 c(x jnd cd)ooncrnttatiom of thr56789ti in fig 4st trim points in the nrw syslrm5结论甲醇和电力生产的新多联产系统根据 cog和cg与二氧化碳回收提出了更有效地 利用燃料。随着电力和甲醇的同时输出，该系统实现燃料节省超过5%,以避免约70%的二氧化碳。在火用平衡和图

30、形的基础上，火用分析揭示了eud显热利用cg和cog部分整合之间的特征。cog重整火用损失与传统重整过程相比下降了约 90%o基于化 学过程和电厂的融合，未反应的合成气和化工过程的热能可以有效地利用能源，也避免更少的能源损失。该系统提供了一种新的方法，利用焦炉煤气煤炭综合。致谢这项研究已支持中国国家高新技术研究和发展项目(2011aa050606)和中国博士后科学基金资助项目(2013m531846)。参考文献1 blas javier. iea expects coal to rival oil by 2017. available at: http:/www.ft.eom/cms/s/0/

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