水煤浆气化过程节能节水技术研究 硕士生：齐少宁 导师：李士雨 教授 天津大学 2012.11

目录 选题（拟解决的问题） GE水煤浆气化技术（应用方面的意义） 节能优化技术（理论方面的意义） 完成课题应具备的条件 课题研究步骤 课题进度安排

选题 煤炭气化：煤在特定的设备内，在一定的温度及压力下使煤中有机质和气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃性气体和CO2、N2等非可燃性气体的过程。

选题 GE水煤浆气化在高温（1400℃左右）、高压（2 ~ 8.5 Mpa）下进行生产，采用激冷流程或辐射锅炉的方式回收热量。水的循环量大、能量消耗高、动力消耗大。因此，节能降耗潜力极大。 本课题以某厂煤制甲醇工艺为工业背景用换热网络夹点技术法对GE煤炭气化工艺的节能优化进行研究。

GE水煤浆气化技术 国外的研究状况 GE水煤浆气化工艺是由美国德士古公司受重油气化的启发创建的。 1948年：第一套处理15 t/d煤的中试装置在美国洛杉矶附近的 MONTEBELLO建成。 1958年：在美国圣弗吉里MONGANTOWN建立了处理100 t/ d煤的原形炉，操作压力2.8MPa,气化剂为空气,生产的合成气用于合成氨 1979年：在联邦德国完成工业操作试验。 国外在GE水煤浆气化方面的研究早，工程经验丰富、能耗低、技术成熟。

GE水煤浆气化技术 国内的研究状况 我国GE水煤浆气化技术的研究起步较晚。1984年，中国山东鲁南化肥厂从美国Texaco公司引进该技术，建设了中国第一套Texaco水煤浆气化装置，1993年建成投产。此后上海焦化厂、陕西渭河煤化工公司、安徽淮南化工总厂、浩良河化肥厂和中石化金陵石化公司又相继引进了GE水煤浆气化技术。

GE水煤浆气化技术 国内的研究状况 经过多年的摸索，工艺装备国产化率已达到90%以上，在煤灰等造成的设备结垢腐蚀方面也积累了丰富的工程经验，但是对工艺节能优化研究做的还很少。 本课题在应用方面的意义可以发现、解决GE水煤浆气化存在的能量浪费问题。

GE水煤浆气化技术 按燃烧室排除出的高温气体和熔渣的冷却方式的不同可分为： 激冷流程，制氢、合成氨、合成甲醇； 废热锅炉流程，联合循环发电； 本课题是以某厂煤制甲醇工艺为工业背景的故而着重研究GE水煤浆气化的激冷流程工艺。

GE水煤浆气化技术 GE气化工艺简介： 碎煤与添加剂及水一起进入磨煤机研磨成一定粒度分布、浓度约58~62%的合格煤浆，与纯度约99.6%的氧气经工艺烧嘴喷射混合雾化进入气化炉进行部分氧化反应，生成以CO、CO2、H2为主要成份的合成气，而后经增湿、降温进入洗涤塔除尘得到净化气体；同时，将由气化炉和洗涤塔排放的黑水送入闪蒸、沉降系统处理，以达到回收热量及灰水再生、循环使用的目的，产生的粗渣和细渣总出界区。 你是给不知道这个工艺的人讲。

GE水煤浆气化技术 气化：磨煤、反应和洗涤、锁斗、闪蒸、灰水系统。各系统的作用。 气化工艺过程能耗极大，最高温度＞1300℃，压力＞6mpa；最低压力≈-0.07mpa，温度接近常温。 水处理

节能优化技术 换热网络优化方法 数学规划法 人工智能法 夹点技术法 数学规划法：给出具体的设计方案，多股物料过于复杂。人工智能：起步阶段 夹点技术：物理性质明确，方法简单。

节能优化技术 夹点技术是一种基于热力学第一和第二定律为基础的过程系统节能技术，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，构造出冷、热物流组合曲线、总组合曲线和平衡组合曲线来对工艺过程进行能量分析，从中发现系统用能的“夹点”和穿越“夹点”的不合理用能之处并制定出相应的设计和改造方案。 新厂设计： 节能30%~50% 节省投资~10% 老厂改造： 节能20%~35% 设备投资回收气0.5~3年

节能优化技术 只需要一种公用工程的换热网络优化问题（如只需要热的公用工程而不需要冷的公用工程）是阈值问题。 GE水煤浆气化工艺的换热网络优化问题就是一个阈值问题。它只需要冷的公用工程——水。在对其进行换热网络优化的过程中公用工程消耗量不会减少，但是这并不意味着它没有节能的潜力。

节能优化技术 夹点

节能优化技术 以往夹点技术只用于既需要热公用工程又需要冷公用工程的普通换热网络的优化，很少用于阈值问题的研究；亦较鲜用于煤炭化工工艺。 本课题在理论方面的意义就在于将换热网络的夹点技术用于煤炭气化工艺阈值换热网络问题的研究。

完成课题应具备的条件 化工工艺学 化工原理 化工分离过程 化工热力学 化工节能过程 Aspen Plus、Pro II等流程模拟软件 Sprinter或Aspen Energy Analyzer等换热网络设计软件 现场调研 …… …… 熟悉化工工艺过程，具备化工艺学的理论素养；熟悉各种化工工艺单元及分离过程的原理；要对各纯物质和混合物在不同温度、压力条件下的物性有深刻的理解； 在具备了以上理论知识后更应该有得力的工具：流程模拟软件aspen proII及换热网络设计软件Sprinter、Aspen Energy Analyzer；现场调研理论联系实际亦很重要。

课题研究步骤 1. 设计工艺 设计工艺 设计模型 设计数据 换热网络 用能分析 Aspen Plus 提取数据 夹点技术法 设计数据指的是热容等热力学数据；用能分析指的是：发现瓶颈、穿越夹点的能量

课题研究步骤 2. 现场工艺 提取数据 Aspen Plus 现场工艺 现场模型 现场数据 改造方案 用能分析 换热网络 夹点技术法 改造方案：综合考虑中设备投资费用、操作费用、现有工艺状况。 夹点技术法

课题进度安排 根据设计数据利用Aspen Plus建立设计模型。 2012.8-2012.12 取得现场调研考察修正设计模型，并对设计数据与现场数据进行比对发现差异。2012.12-2013.3 提取冷热物流及公用工程数据，利用软件作出系统的组合曲线、总组合曲线，找出系统的夹点和用能不合理住处。2013.3-2013.5 针对存在的问题提出不同的改造方案。2013.5-2013.7 综合考虑能量消耗、设备投资和现场实地情况找出最有的改造方案。2013.7-2013.9 毕业论文。2013.9-2014.3

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