徐 刚 天然气基多联产系统研究进展

1、天然气基多联产系统研究进展 徐 钢 李洪强 韩 巍 金红光22/9/20062006年石油和化工行业节能技术研讨会学术会议论文1 1.研究背景天然气是重要的化工原料与优质的动力燃料 单产系统能耗高，进一步提升性能潜力不大 单产系统关键参数、部件性能已经很高化工动力多联产系统 基于系统集成原理 将化工与动力有机整合 在部件参数不提高前提下，获得更高效率 2 2.传统天然气基化工单产系统主要问题 追求高产率 仍是化工生产的最主要目标 能的梯级利用 在化工单产中没有引起足够重视 天然气基甲醇单产系统重整过程EUD图天然气基甲醇单产系统余热利用过程EUD图3 3.传统天然气基动力单产系统主要问题 天然

2、气基动力系统可用能损失最大部分燃烧过程而反应过程的化学能利用已脱离卡诺循环范畴 是传统工程热力学方法无法解决的难题4 4.化工动力联产系统的主要集成思路 组分对口、分级转化； 品位对口、梯级利用5 5. 天然气基联产系统单元性能改进示例天然气基甲醇动力联产系统重整过程EUD图天然气基甲醇动力联产系统余热利用过程EUD图利用重整炉的高温排气进行预重整6 6. 天然气基甲醇/动力并联型多联产系统 化工、动力流程不变 通过热能集成与弛放气回收联合为整体分产流程简单叠加 没有充分体现化工与动力有机结合系统节能率不高 约为27 7. 天然气基甲醇/动力串联型多联产系统 化工与动力 是上下游的串联整合关系

3、 与分产流程区别较大串联型多联产系统 可在更宽限度上改变分产流程结构 为实现化工动力有机整合奠定基础 性能提升空间更大 8 8. 两种串联型甲醇/动力联产系统流程完全重整一次通过流程 不改变重整参数 原料天然气基本上都参与重整反应 合成气一次通过 未反应气送入动力单元和重整炉作燃料花费巨大代价得到的合成气大部被燃用不符合“组分对口 分级转化” 的集成原则，节能率仅2.4 部分重整部分循环流程 采用较低的重整温度与较小的水碳比 重整率会降低 未反应气一部分进行再循环 合成气有效成分转化率提高节能率可达6如利用重整炉排气进行预重整 会使节能率进一步提升12个百分点 9 9. 天然气基DME/动力串

4、联型多联产系统 完全重整一次通过节能率达8 部分重整部分循环节能率仅3因为：DME合成反应更易进行 一次通过时也可达到较高转化率二甲醚部分重整部分循环时分离能耗和火用损会增大很多1010. 化工产品对联产系统集成特性的影响不同化工产品会对系统集成特性产生重要影响由于甲醇和二甲醚在合成与产品分离特性上有较大差别 导致它们在串联型联产系统集成参数的选择上大相径庭 前者更适于部分重整部分循环 后者更适于完全重整一次通过0246810节能率 %全重整/OTM部分重整部分循环部分重整部分循环全重整/OTM全重整部分循环全重整部分循环甲醇动力联产DME动力联产11 11. 天然气基多联产系统经济性估算 联

5、产系统关键参数有所降低，在公用工程等方面可节约投资联产系统可在产生相同产品时，比分产系统消耗更少原料 两方面综合，使联产系统在经济性能上要好于分产系统 表1 天然气基甲醇/动力串联型多联产系统经济性分析对比表项 目分产甲醇分产动力分产系统总计联产系统年消耗天然气量/亿立方米/年1.641.052.692.53年产甲醇量/万吨/年18.1718.1718.17年发电量/亿kwh/年5.895.895.89总投资额/百万元733.4419.61152.91126.5年燃料费用/百万元年-1163.5105.4269.0253.2年电力收益/百万元年-1206.1206.1206.1单位甲醇制造成本/元吨-11429.81178.61073.0年利润/百万元年-197.248.6145.8154.4投资回收期/年7.58.67.97.3项目财务内部收益率11.21%9.57%10.92%11.78%12 12. 结论 联产系统涉及能量综合利用与组分合理分配化工动力的集成原则可概括为“组分对口、分级转化” “品位对口、梯级利用”串联型联产系统可在更宽限度上改变分产流程结构 为化工动力有机整合奠定基础 性能提升空间更大不同化工产品会对系统集成特性产生重要影响 NG基甲醇动力联产系统更适于部分重整部分循环流程 NG基二甲醚动力联产系统更适于完全重整一次