关键词:
氧热法
乙炔
电石炉气
二甲醚
多联产
化工设计
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。