焦化多联产系统的生命周期评价与系统分析

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1、分类号：ＴＱ５２０学校代码：１０６９７密级：公开学号：２０１３１０１９３ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ博士字位论文ＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ焦化多联产系统的生命周期评价与系统分析学科名称：化学工程作者：李晶莹指导老师：马晓迅教授西北大学学位评定委员会二〇一八年LifeCycleAssessmentandSystemAnalysisofCokingPoly-generationSystemAdissertationsubmittedtoNorthwestUni

2、versityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinChemicalEngineeringByLiJingyingSupervisor:MaXiaoxunProfessorMarch2018摘要摘要目前，能源和环境问题已成为全球关注的热点。焦化作为我国传统煤化工行业，能耗高、污染大，发展多联产循环经济是必然趋势。可持续发展要求把分析边界扩展到全生命周期控制，系统地寻求提高资源利用效率和减少环境污染的机会。本文引入生命周期评价（LC

3、A）方法，以两个焦化多联产系统为例，对多联产系统、焦化过程以及焦炉煤气不同利用路径的能源消耗及环境影响进行评价，并结合经济性分析和能效分析给出焦炉煤气综合利用的最优方案建议，旨在为焦化多联产系统的推广和优化提供理论依据。首先，采用案例一系统2013年全年生产数据，构建焦化多联产系统的生命周期评价模型，分析各产业链的环境影响贡献。结果表明，煤炭开采、合成氨分厂和焦化分厂环境影响贡献较高，而甲醇分厂和制砖分厂等所占比例几乎为零，原因在于其主要原料和能源采用了其他单元的副产物或废弃物。该结果体现了多联产系统具有节能减排的优势。其次，采用“

4、细分法”对焦化过程进行生命周期评价。结果表明，化产过程对焦化整个生命周期环境负荷有着重要影响，其中，硫铵工段和鼓冷工段为主要贡献单元，分别来源于硫酸、蒸汽及电力的消耗；在焦炭生命周期环境负荷中，洗精煤、加热煤气和电为主要贡献物质；相比于细分法，采用物理关系分配和经济分配均有不同程度上的偏差；干法熄焦环境效益优于湿法熄焦。然后，对焦炉煤气制甲醇工艺进行生命周期评价，并结合经济性分析与煤路线及天然气路线进行对比。结果表明：超过80%的环境负荷来自甲醇生产阶段，主要归结于电力和中压蒸汽的消耗。焦化阶段的贡献不足10%，源于焦炉煤气仅承担了

5、16.06%的上游环境负荷；相比于煤制甲醇，焦炉煤气路线在环境和经济效益方面均具有显著优势。建议采用干法熄焦回收余热来补充甲醇生产过程中压蒸汽的消耗。此外，对焦炉煤气脱碳法制液化天然气（LNG）工艺进行生命周期评价，并与替代工艺进行对比。结果表明：LNG生产阶段和汽化阶段为主要贡献单元，中压蒸汽、焦炉煤气和电力为生产阶段的关键物质；相比于国内天然气液化工艺，焦炉煤气路线资源消耗更低；焦炉煤气路线中，甲烷化工艺的环境效益明显优于脱碳法工艺。最后，为判断何种焦炉煤气利用路径最优，本文从环境影响、能效和经济性三方I摘要面对7种焦炉煤气下游

6、利用路径（甲醇、合成氨、CNG、LNG、氢气、甲醇联产合成氨和LNG联产甲醇）进行对比。通过综合评价，优先推荐甲烷化制CNG路径、LNG联产甲醇及甲烷化制LNG路径，不建议采用合成氨和氢气单产路径。关键词：焦化多联产系统，生命周期评价，焦炉煤气，甲醇，液化天然气IIABSTRACTABSTRACTInrecentyears,theissuesofenergyandenvironmenthavebeenconsideredhotspotsintheworld.AsatraditionalcoalchemicalindustryinCh

7、ina,cokingproductionisassociatedwithextensiveenergyconsumptionandhighemissions.Therefore,developingpoly-generationeconomicsystemisaninevitabletrend.Accordingtotherequirementsofsustainabledevelopment,theresearchboundaryshouldbeextendedtothewholelifecycle,thensystematica

8、llyseektheopportunitiestoimproveresourceutilizationefficiencyandreduceenvironmentalpollution.Basedontworepresentative