煤基FT合成液体燃料-动力多联产系统超结构集成优化与经济分析研究

Coal based polygeneration of Fischer-Tropsch (FT) synthesis liquids - power is an important clean coal utilization technology. The ubstantive characteristics of the polygeneration systems are the high integration of chemical production and power system. The utilization of chemical energy is the prime potential and the key factors to the performance of polygeneration. With the superstructure theory,the polygeneration system of FT synthesis liquids - electricity is designed and optimized. With the exergy theory, the conversion between chemical energy and physical energy，existing in the whole polygeneration systems, is researched. With the economic analysis theory, economic efficiency of the polygeneration is analyzed， Importantly，the results are to be presented that the effect of CO2 capture and disposing on the economical performance. The research is developed as following: (1) Based on material transformation and energy conversion, the polygeneration systems of FT synthesis liquids-power are designed on superstructure optimization method and modeled with Aspen plus software. Their rationality and feasibility are reseached detailed. (2) Aimed at the built superstructure models, cascade utilization characteristic equations are derived to represent the exergy benefit. the basic law of exergy cascade utilization，which is reflected by the characteristic equations, is revealed. At last, The key integration elements for the polygeneration system and their correlation are to be clarified. (3) Economic analysis of the built polygeneration is done to discuss its economic advantage compared to the single product system.

煤基费托合成液体燃料-动力多联产系统是重要的洁净煤利用技术，其本质特征在于化工生产流程与动力系统的高度集成，化学能梯级利用是决定多联产性能的主要潜力与核心。利用超结构优化方法对多系统进行设计与优化，并与有效能理论结合，分析研究多联产中化学能与物理能之间的相互转化规律。利用经济分析理论对FT合成油-电多联产的经济性进行分析，尤其对CO2捕获与处理对系统经济性的影响做出研究性结论。研究内容如下： （1）从物质转移与能量转换的角度出发，利用超结构优化理论进行煤基FT合成油-动力多联产系统的设计和Aspen plus建模，探讨所建模型的合理性和可行性。 （2）针对所建超结构模型，进一步推导能够表征多联产系统有效能利用收益的特征方程，并揭示特征方程所反映的有效能梯级利用的基本规律，阐明多联产系统集成的关键整合要素及其相互关联。 （3）通过经济性分析,探讨多联产系统较分产系统在经济上的优越性。

设计了超结构串联型煤基液体燃料-动力多联产系统，建立了碳、氢元素利用率以及节能率指标，对其物质流、能量流进行深入研究；从投资分析、产品成本分析和年销售收入与税金及利润分析的角度对多联产系统进行技术经济分析。.多联产系统的两种系统配置为：一种是通过调整合成气中的氢碳比满足FT合成反应的化学计量比；另一种是省略变换过程。在两种系统中考察了不同循环比对多联产系统的影响。结果表明，元素利用率和节能率均随循环比r的增加而增大。采用水煤气变换的循环串联多联产系统具有最佳的节能效率和元素利用率，最大节能率达19.45%。且在化动比λ等于3.89时，碳、氢利用率分别达到峰值，为29.08%以及37.89%。当串联多联产系统化动比在0.52〜1.94（0.52≤λ≤1.94）时，两种多联产系统具有相近的碳利用率，此时无变换多联产系统能达到最优的氢利用率为32.97%，比相同条件下有变换多联产系统高3.50%。.利用㶲平衡分析法和层次结构法，计算了多联产系统整体的㶲效率和各个单元的㶲损率，分析探索㶲损失发生的主要环节和原因，揭示了多联产系统过程中各个环节的不可逆程度和㶲代价。对于之前证明的节能和元素利用性能最优的多联产系统，系统㶲效率为54.0%，气化子系统和联合循环发电子系统的㶲损率均超过了20%。㶲损失较少的单元是FT合成、油品精制以及变换单元。带循环比一次通过的㶲效率高6.2%。.经济性方面，多联产总的建设投资费用为270.39 M$。建设和生产期内系统总投资的税前和税后收益率均超过了行业基准收益率，分别为42.2%和34.0%，并且税前和税后的投资回收期分别为4.04年和4.56年，两种关键指标均说明多联产系统的盈利能力较强。