基于水蒸气气化的天然气动力多联产系统热力性能分析

王 丹1,2，何 松1,2，李 胜1，高 林1

(1.中国科学院 工程热物理研究所，北京 100190；2. 中国科学院大学，北京 100049)

摘 要:我国能源结构呈现“富煤缺油少气”的特点，以煤气化技术为核心的天然气动力多联产系统在我国有广泛的应用前景。然而目前基于传统气化技术构建的煤基多联产系统在能源利用效率进一步提升方面存在限制。以水蒸气气化工艺为核心，集成了带有热化学回热单元的、高效的串并联综合型天然气动力多联产系统，并在Aspen Plus中搭建了系统模型，基于热效率、相对节能率和效率等指标分析了该系统的能量利用特性。结果表明，与基于传统气化的天然气动力多联产系统相比，新系统的热效率和效率分别提升了5.5%、5.8%。同时，对于不同的分流比存在最佳的化工岛未反应气循环倍率使系统热力性能最优，分流比为0.5、0.7、0.9、1.0时，对应的最佳循环倍率分别是4.8、4.4、4.3、4.0；串联型多联产较串并联综合型多联产系统能更合理地利用能量，串联型多联产系统在最佳循环倍率时的热效率、相对节能率和效率分别达到68.06%、20.24%、69.43%；分析表明，该系统损失最大的部分主要分布在气化单元和联合循环单元，两项损失分别为17.0%、6.3%，占比分别达到总损失的49.4%、18.3%。基于热化学回热型水蒸气气化技术的多联产系统，具有较高的能量利用效率和碳减排效果，可以为煤的高效低碳利用提供一种有效的节能方式。

关键词:水蒸气气化；煤制天然气；多联产；热效率；相对节能率

中图分类号:TK121

文献标志码:A

文章编号:1006-6772(2021)05-0144-08

收稿日期:2020-04-25;

责任编辑:白娅娜

DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.20042502

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51776197)

作者简介:王 丹(1994—)，女，甘肃定西人，硕士研究生，主要从事多联产及CO2捕集技术研究。E-mail:wangdan@iet.cn。

通讯作者：李胜，研究员，主要研究方向为CO2捕集、化工动力多联产系统集成、余热利用等。E-mail:lisheng@iet.cn

引用格式:王丹，何松，李胜，等.基于水蒸气气化的天然气动力多联产系统热力性能分析[J].洁净煤技术，2021,27(5):144-151.

WANG Dan,HE Song,LI Sheng,et al.Thermodynamic studies of SNG and power polygeneration system based on coal-steam gasification[J].Clean Coal Technology，2021,27(5):144-151.

Thermodynamic studies of SNG and power polygeneration system based on coal-steam gasification

WANG Dan1,2,HE Song1,2,LI Sheng1,GAO Lin1

(1.Institute of Engineering Thermophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

Abstract:The energy structure is characterized by “more coal,less oil and gas” in China,the Synthetic Natural Gas(SNG)and power polygeneration system with coal gasification technology as the core has wide application prospects in China. However,the coal based polygeneration system based on traditional gasification technology has limitations in further improving energy efficiency. Based on the coal-steam gasification technology,this article integrates an efficient series-parallel SNG and power polygeneration system with a thermochemical recuperation unit. The system model was built in Aspen Plus software. Based on indicators such as thermal efficiency,energy saving ratio and exergy efficiency,the energy utilization characteristics of the system were analyzed. The results show that compared with the SNG and power polygeneration system based on traditional gasification,the thermal efficiency and exergy efficiency of the novel system have been improved by 5.5% and 5.8%,respectively. At the same time,for each set split ratio,there is a best chemical island unreacted syngas recycle ratio to optimize the thermodynamic performance of the system. When the split ratio is 0.5,0.7,0.9,1.0,the corresponding optimal recycle ratio is 4.8,4.4,4.3,4.0 respectively. Also,the series polygeneration system can use energy more reasonably than the series-parallel polygeneration system,and the thermal efficiency,energy saving ratio and exergy efficiency of the series polygeneration system at the optimal recycle ratio can reach 68.06%,20.24%,69.43% respectively. Exergy analysis shows that the two largest parts of the system exergy destruction are mainly distributed in the gasification unit and combined cycle unit,the exergy destruction of the two parts are 17.0% and 6.3% respectively,accounting for 49.4% and 18.3% of the total exergy destruction,respectively. Therefore,polygeneration system based on thermochemical regenerative steam gasification technology has high energy utilization efficiency and carbon emission reduction effect,and can provide an effective energy-saving way for high-efficiency and low-carbon utilization of coal.

Key words:coal-steam gasification;synthetic natural gas;polygeneration system;thermal efficiency；energy saving ratio

0 引  言

我国煤炭资源丰富，能源利用以煤为主。我国一次能源消费中，煤炭占比超过50%。然而由于煤炭资源存在分布不均、煤阶差异大、利用过程环境污染严重等问题，煤炭清洁高效利用一直是热点[1]。同时，伴随我国能源产业结构的不断优化升级，天然气作为一种清洁能源，在能量消费中的占比逐年提升。但我国天然气资源匮乏，探明储量仅为世界储量的3.1%，天然气供应长期依赖进口，使我国能源安全面临极大挑战。为解决上述问题，发展煤制天然气(SNG)技术被认为是一项有效途径[2-3]。近年来我国煤制天然气项目发展迅猛，以煤气化为核心的煤制天然气技术在中国具有广阔的应用前景[4-6]。

煤制天然气以煤为原料，经过气化、变换、净化、甲烷化等流程后得到天然气，传统的煤制天然气单产技术往往以能耗为代价追求高化工转化率，导致能量利用水平的提升受到限制。在这种情形下，多联产技术的发展更加受到重视。多联产系统是指利用煤气化产生的合成气(CO H2)进行联合生产，以得到多种化工产品、液体和气体燃料、其他工业气体，以及利用工艺过程的可燃组分及热量进行电力生产的能源系统。在多联产系统中，气化产生的合成气除用于化工合成外，一部分用作联合循环燃气轮机的气源进行发电，可以实现传统化工过程和高效联合循环发电技术能量利用过程的耦合。相对于单产系统，多联产系统可以达到更高的总能利用效率、多种产品输出的特点，具有更强的市场竞争力和适应性，能达到更好的经济效益[7-8]。

气化技术是多联产系统的核心，目前主流的气化技术有固定床气化(鲁奇Lurgi、BGL、UGI)、流化床气化(温克勒Winkler、灰熔聚 U-Gas、循环流化床CFB)和气流床气化(壳牌Shell、德士古Texaco、E-gas)3种[6-7]。现有的煤基多联产系统主要基于传统的德士古气化和壳牌气化技术，在气化过程中，燃料需要部分氧化为气化反应提供热量，这使气化单元的冷煤气效率受到限制[9]；另外，传统气化工艺使用氧气作为气化剂，空分制氧单元需要大量能耗。针对传统天然气动力多联产系统用能效率有待提升的现状，许多研究对传统的联产系统提出了改进：LI等[10]提出了化工岛未反应气适度循环的天然气动力多联产系统，避免为追求高化工转化率而出现的能耗拐点，提升了系统的用能效率；LYU等[11]提出将化学链循环空气分离工艺集成到联产系统，减少了传统气化工艺中空分制氧能耗，在提升联产系统热效率的同时，还具有净零排放CO2的优势；FAN等[12]研究了基于煤和生物质共气化耦合化学链燃烧技术的天然气动力多联产系统的热力学性能，结果表明系统在实现碳捕集的同时能达到较高的热效率；LI等[13]对基于煤部分气化技术的多联产系统进行研究，系统取消了调整合成气成分的变换单元，采用化工未反应气部分循环的方式，相比基于传统气化的参比系统，新系统具有更高的热效率。但这些研究未对气化工艺做出改进。

WANG等[14-15]提出了新型带热化学回热单元的水蒸气气化工艺，该气化方式具有冷煤气效率高、省略了空分能耗等优势[16-19]。在该系统中，回收合成气显热产生的水蒸气不用于联合循环发电，而送往气化单元用作为气化剂，此过程将合成气的低品位显热转化为高品位的化学能，能实现更高的能源利用效率，同时无需空分能耗。笔者基于该气化工艺集成天然气动力联产系统，并对该系统进行热力学分析。

1 多联产系统模型的建立

传统煤基天然气电力多联产系统基本流程如图1所示。在气化单元，煤与氧气或其他气化剂反应产生粗煤气，粗煤气经过变换和净化后送入天然气合成单元。合成的天然气经过分离提纯后，剩余的可燃组分进入燃气蒸气联合循环进行发电。同时，天然气产品的显热经回收后用于产生蒸气，进入联合循环底循环进行发电。

图1 传统煤基天然气电联产系统工艺流程
Fig.1 Flowsheet of traditional coal-to-SNG process

本文集成的水蒸气气化SNG动力多联产系统串并联综合模型如图2所示，该系统主要包含合成气制备单元、SNG合成单元和联合循环动力单元。合成气制备单元产生的粗煤气经分流器后，一部分用作SNG合成单元的原料，另一部分用作联合循环的气源，形成并联型多联产集成方式。分流比r表示经过分流器后进入化工合成单元粗煤气与动力单元粗煤气的摩尔比，r体现了系统总能量在化工岛和动力岛的分配。SNG合成单元产生的天然气产品经热回收后产生高温水蒸气，用于动力单元发电。天然气进一步分离提纯后，剩余的可燃气体也引入动力单元进行发电。

图2 基于水蒸气气化的SNG电力多联产系统(串并联综合型流程)
Fig.2 Flowsheet of series-parallel SNG-power polygeneration system based on coal-steam gasification

在基于传统气化工艺的多联产系统中，回收粗煤气显热的水蒸气会送往联合循环单元参与朗肯循环，此时能量利用的效率受到卡诺效率的限制，一般只有40%。而在本文集成的新系统中，水蒸气将返回气化单元参与气化反应，该过程将水蒸气的显热转化为合成气的化学能，通过物理能向化学能转化，在提升能量品位的同时，减少了供热煤的消耗，实现更高的冷煤气效率。在新系统中，热解和气化所需热量可由劣质煤燃烧提供，减少了优质气化煤因部分氧化而造成的效率损失。同时，采用水蒸气气化方式后，合成气中的H2/CO摩尔比将高于传统气化，能够减少变换单元合成气的处理量、节省过程能耗。

1.1 合成气制备单元

系统进料为陕西神木的长焰煤，工业分析和元素分析见表1。进料煤分为气化和供热两部分，为便于分析，本文气化煤与供热煤采用相同煤种。

表1 长焰煤的工业分析和元素分析[15]

Table 1 Proximate and ultimate analysis of long-flame coal[15]

图2中供热煤通过外燃单元产生高温烟气，高温烟气进入热解和气化炉进行非接触式换热，为热解和气化过程提供所需的热量。换热后的烟气温度在1 050～1 100 ℃，可用于预热外燃单元所需空气。气化煤进入热解炉后在900 ℃、常压下发生热解，产生富氢的焦炉煤气以及焦炭。焦炭将随高压CO2载气进入加压气化炉，并与水蒸气在1 000 ℃、4.0 MPa下发生气化反应，气化产生的高温粗煤气与焦炉煤气共同进入热回收单元A预热气化剂(水/水蒸气)，使之达到550～600 ℃后进入气化单元。焦炉煤气经热回收单元A初步冷却后，进入电捕焦油器分离焦油。

模拟系统中气化粗煤气的主要组成与文献[12-15]试验结果对比，具体见表2。经热回收单元A冷却至300 ℃的粗煤气通过分流器分为2部分，一部分经净化单元除去灰分、硫分及CO2后送入SNG合成单元，另一部分除去灰分、硫分后送入联合循环发电单元。

表2 模拟粗煤气组成与试验结果对比

Table 2 Comparison of simulated crude
gas composition with experimental results

为满足SNG合成单元的需要，部分粗合成气需经分流器S1进入变换单元，在变换炉中发生水蒸气变换反应(式(1))，从而提高SNG合成单元原料气的氢碳比。本文采用两级间冷高低温耐硫变换工艺，经过变换后的合成气与剩余的未反应气以及焦炉煤气混合，使得合成单元原料气的氢碳比(H2/CO)约为3，此时系统为全调整。进入SNG合成单元前，原料气还需经过两级Selexol气体净化工艺脱除H2S、COS、CO2等酸性气体，避免污染环境。

CO H2OCO2 H2。

(1)

变换单元的水气比表示进入变换单元水蒸气的物质的量与工艺原料气物质的量的比值，是影响变换单元变换率、能耗的重要参数。高水碳比在一定范围内有利于水蒸气变换反应的正向进行，提高变换率，同时还能抑制催化剂床层超温，但蒸气耗量大、能耗高、不经济；低水气比时易产生甲烷化和析碳反应，使变换炉温度过高。该系统中不同水碳比下变换单元出口气体组成，高温变换炉出口气体温度、蒸气耗量和变换率如图3所示。由图3(a)可知，当水气比在0.2～1.0时，随着水气比的增大，变换率由65.5%增加到98.9%，且增幅先快后慢，当水气比大于1.0后，变换率基本不变。考虑到耐硫催化剂的活性温区，水气比选择1.6为宜[20]。

图3 变换单元重要参数随水气比的变化
Fig.3 Change of important parameters of shift unit
with water gas ratio

1.2 SNG合成单元

洁净的合成气进入SNG合成单元后主要发生甲烷化反应(式(2))，该反应属于强放热反应，因此需采用耐高温镍基催化剂。该SNG合成单元采用托普索的TREMPTM工艺，粗合成气依次进入3级甲烷化反应器：第1高温反应器(HT1)、第2高温反应器(HT2)以及第3低温反应器(LT)。在HT1中，大部分合成气能转化为CH4。HT1出口的气体经过高温热交换器后冷却至300 ℃，同时产生535 ℃/12.0 MPa和500 ℃/3.0 MPa的蒸气用于汽轮机发电单元。为了防止反应器超温导致催化剂失活，分流器S2分离出部分HT1出口的产品气，使其经过压缩后再次进入HT1，从而保持HT1的温度低于700 ℃。循环倍率Ru表示进入HT1的未反应气与合成新气的物质的量比。增大循环倍率可以提高转化率、防止反应炉超温，但会增大循环物流的压缩功等能耗。因此SNG合成单元的循环倍率值不宜过高或过低。LT出口气体的物质的量、HT1合成新气的温度T1、循环合成新气的压缩功W以及SNG合成单元整体的CO转化率随循环倍率的变化如图4所示。

图4 SNG合成单元重要参数随循环倍率的变化
Fig.4 Change of important parameters of SNG synthesis
unit with recycle ratio

CO 3H2CH4 H2O。

(2)

由图4可知，当Ru由0增加至3时，LT出口CH4体积分数、CO转化率显著增加；Ru=3时，CO转化率达到95.76%，大部分CO和CO2转化为CH4；同时，HT1出口气体的温度由889.8 ℃降至557.4 ℃；但伴随Ru增大，循环的压缩功也增大。Ru>3后，增大Ru不会显著增加CO转化率，但会显著增加循环功耗。

1.3 联合循环单元

该系统联合循环单元中燃气轮机和蒸汽轮机的参数见表3，该单元用气来自分流器出口的一股粗煤气以及SNG产品分离后的排放气。联合循环发电单元产出的电量随分流比以及循环倍率的变化如图5所示。

表3 联合循环单元参数
Table 3 Parameters of combined cycle

图5 SNG合成单元重要参数随循环倍率的变化
Fig.5 Change of important parameters of
SNG synthesis unit with cyclic magnification

联合循环发电单元的总发电量由公用工程的发电量、燃气透平的发电量和HRSG输出的电量3部分组成。由图5可知，对于每个既定的分流比，循环倍率小于2时，随着循环倍率的增加，动力单元的发电量显著减少，当循环倍率大于2后，总发电量会随Ru的增加而略下降。这是由于循环倍率增加时，化工合成的原料气更多转化为SNG，使得进入动力单元的可燃气更少。另外，当分流比为1时，串并联综合型多联产系统转化为串联型多联产系统，此时更多的能量用于化工合成单元，联合循环发电单元的总发电量将更少。

2 结果及讨论

2.1 多联产系统的评价指标

目前，以煤为原料时，多联产系统的分析主要集中在热力性能评价、经济评价和环境评价等方面[21-23]。本文以系统能量利用特性分析为主，选择系统热效率、系统效率和相对节能率作为系统的评价指标。

2.1.1 系统热效率

热效率η是基于热力学第一定律的热平衡分析法的指标，可用来评价系统能量利用水平，表示输入系统的能量中有效利用的比例，计算公式为

(3)

式中，G为质量流量，kg/s；Q为低位热值，MJ/kg；P为动力单元输出的电量，MW；下标SNG和coal分别为天然气和煤。

2.1.2 系统效率

效率ηex是基于热力学第二定律的分析方法指标，从能的质量角度描述能源系统能量利用水平，表示系统输入能量最大可用能中转化为输出能量的可用能的比例，具体为

(4)

式中，E为物流的，MJ/kg。

2.1.3 相对节能率

多联产系统经常采用相对节能率RES作为评价系统热力性能的指标。RES表示生产相同量的产品时，多联产系统相对于单产系统节约输入能量的比例，具体为

(5)

其中，ηG为分产动力系统的发电效率；ηC为分产化工系统的生产效率。目前IGCC动力系统的发电效率和化工SNG生产效率分别在43.9%和54.5%左右[19]。

2.2 循环倍率对系统热效率和相对节能率的影响

当分流比为0.8，循环倍率为3.3时，系统的化动比Rcp(化工产品输出量/电力输出量)为7.04。系统能量平衡见表4。可知在设计条件下，系统的热力学第一效率η和相对节能率分别能达到64.70%、18.16%。与文献中传统的德士古水煤浆气化SNG动力多联产系统相比，热力学第一效率提升了5.5个百分点，相对节能率提升7.2个百分点[24]。

表4 水蒸气气化SNG电力多联产系统热力学性能分析

Table 4 Thermodynamic performance of SNG
and power polygeneration system

不同分流比下，系统的热效率及相对节能率随循环倍率变化的规律如图6所示。可知对于每一既定的分流比，系统的热效率和相对节能率都随循环倍率的增加先显著增加后略微减小，系统存在最优的循环倍率值。当系统循环倍率大于最优Ru后，化工合成单元SNG转化率的增加变缓，随着循环倍率的增加，SNG产率提升空间不大，追求高的转化率反而需要更多的能耗，因此系统热效率和相对节能率在循环倍率大于最优Ru后呈下降趋势。分流比为1.0、0.9、0.7、0.5时最优Ru值分别为4.0、4.3、4.4、4.8，此时对应的系统最高热效率分别为68.07%、66.42%、63.09%、59.73%，相对节能率分别为20.26%、19.32%、17.34%、15.20%。

图6 系统热效率和相对节能率随循环倍率的变化
Fig.6 Change of η and RES with the recycle ratio

另外，由于化工合成系统的能量利用效率大于IGCC发电效率，当分流比减小时，更多的能量用于IGCC动力单元，系统的热效率呈下降趋势。因此在同一Ru下，r=1时系统的热效率和相对节能率最大。

2.3 循环倍率对系统效率的影响

对系统进行分析，化学基准采用龟山-吉田基准物体系见表5。基准环境状态为温度T0=298.15 K，大气压P0=0.1 MPa。

表5 化学基准物体系[25]

Table 5 Chemical exergy reference standard system[25]

燃料煤采用式(6)计算其化学 ex,f[26]：

(6)

式中，w(H)、w(O)、w(N)、w(C)分别为煤中H、O、N、C质量分数，%。

分析可得循环倍率为3.3，分流率为0.8时该系统的平衡见表6。可知此时系统效率ηex为65.6%，在相同的分流率和循环倍率时，相较德士古气化SNG动力多联产系统的效率提升5.8%[24,27]。系统总损失为34.4%，其中气化单元损失为17.0%，相比基于德士古气化的多联产系统，由于热化学回热工艺将合成气以及甲烷化过程中的显热转化为合成气的化学能，降低了气化单元的不可逆损失，同时使用水蒸气作为气化剂时省掉了空分装置，使得气化单元损失减少了2个百分点。联合循环单元损失为6.3%，气化及动力单元损失占全部损失的67.7%，进一步减少这两项损失是提升系统热力性能的主要方向。

表6 水蒸气气化SNG-动力多联产系统平衡

Table 6 Exergy balance of SNG and power
polygeneration system

由式(5)可知，在输入一定的情况下，系统的效率与输出SNG产品的量和发电量有关。随着Ru增大，化工岛合成的SNG产品增多，而循环物流压缩耗功的增加会导致总发电量减少。对于不同分流率，循环倍率的改变对系统效率的影响如图7所示。

图7 系统效率随循环倍率的变化
Fig.7 Change of system energy efficiency with recycle ratio

由第2.2节可知，当循环倍率增大到3以后，通过提高循环倍率难以达到更高的化工转化率，追求更高转化率付出的能耗越高，系统效率不增反降。因此，循环倍率不宜太高，图7表明Ru在4～5时最佳。对于同一循环倍率，由于一般化工合成的效率比IGCC动力单元高，所以分流比越大，越多能量用作SNG生产，则多联产系统的效率更高。在r=1，即系统由串并联多联产转化为串联型多联产系统时，系统的效率最高，能量利用更合理。当r=1、Ru=4时，该串联型多联产系统的效率能达到69.43%。

3 结  论

1)循环倍率改变时，不同分流比下系统的热效率、效率和相对节能率先随循环倍率的增大先显著增大后略微下降，系统的上述热力学性能指标在每一分流比下存在最优Ru，分流比为0.5、0.7、0.9、1.0时对应的最优Ru分别为4.0、4.3、4.4、4.8。

2)对于相同的循环倍率，分流比越大，系统热力性能更好。分流比为1时，系统的热效率、效率和相对节能率分别能达到68.07%、69.43%、20.26%。

3)对该多联产系统在典型设计条件(r=0.8、Ru=3.3)时的分析表明，系统效率能达到65.6%。损失最大的部分是气化单元、联合循环发电单元以及焦油等物质的排放损失。因此，采用水蒸气气化技术可以为煤基多联产技术提供一种有效的节能方式。

参考文献（References）:

[1] CHANG S,ZHUO J,MENG S,et al. Clean coal technologies in China:Current status and future perspectives[J]. Engineering,2016,2(4):447459.

[2] WOJDYGA K,CHORZELSKI M,ROZYCKA-WRONSKA E. Emission of pollutants in flue gases frompolish district heating sources[J]. Journal of Cleaner Production,2014,75:157-165.

[3] 佘源琦,王小勇,高阳,等.中国天然气供需形势分析及发展建议[J].天然气技术与经济,2019,13(6):7-13.

SHE Yuanqi,WANG Xiaoyong,GAO Yang,et al. China natural-gas supply and demand situations and some suggestions on its development[J]. Natural Gas Technology and Economy,2019,13(6):7-13.

[4] 安文忠,田普州,齐凯.中国煤制天然气产业现状、发展机遇与挑战[J].煤化工,2018,46(3):7-11.

AN Wenzhong,TIAN Puzhou,QI Kai. Current situation and opportunities & challenges of coal to SNG industry in China[J]. Coal Chemical Industry,2018,46(3):7-11.

[5] 刘朝全，姜学峰.2019国内外油气行业发展报告[R].北京:石油化工出版社,2020:5-10.

[6] 王倩,张小庆,杨永忠,等.中国煤气化技术进展及应用概况[J].山东化工,2019,48(3):58-59,61.

WANG Qian，ZHANG Xiaoqing，YANG Yongzhong，et al. Advances inresearch and application of the coal gasification technology in China[J].Shandong Chemical Industry,2019,48(3):58-59,61.

[7] GUO Zhihang,WANG Qinhui,FANG Mengxiang,et al. Thermodynamic and economic analysis of polygeneration system integrating atmospheric pressure coal pyrolysis technology with circulating fluidized bed power plant[J]. Applied Energy,2014,113:1301-1314.

[8] 步学朋,王鹏,忻仕河,等.煤炭气化多联产生产代用天然气分析[J].煤化工,2007,35(6):4-7.

BU Xuepeng,WANG Peng,XIN Shihe,et al. Analysis of coal gasification/poly-generation to produce substitute natural gas(SNG)[J]. Coal Chemical Industry,2007,35(6):4-7.

[9] MATSUOKA K,KAJIWARA D,KURAMOTO K,et al.Factors affecting a team gasification rate of low rank coal char in a pressurized fluidized bed[J]. Fuel Process Technology,2009,90(7/8):895-900.

[10] LI Sheng,JIN Hongguang,GAO Lin. Cogeneration of substitute natural gas and power from coal by moderate recycle of the chemical unconverted gas[J]. Energy,2013,55:658-667.

[11] LYU Liping,ZHANG Zheng,LI Hang.SNG-electricity cogeneration through MSW gasification integrated with a dual chemical looping process[J]. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification,2019,145:107665.

[12] FAN Junming,HONG Hui,JIN Hongguang.Biomass and coal co-feed power and SNG polygeneration with chemical looping combustion to reduce carbon footprint for sustainable energy development:Process simulation and thermodynamic assessment[J]. Renewable Energy,2018,125:260-269.

[13] LI Yuanyuan,ZHANG Guoqiang,YANG Yongping,et al,Thermodynamic analysis of a coal-based polygeneration system with partial gasification[J].Energy,2014,72:201-214.

[14] WANG D,LI S,GAO L,et al. Novel coal-steam gasification with a thermochemical regenerative process for power generation[J]. Journal of Energy Resources Technology 2018,140(9):092203.

[15] WANG Dandan,LI Sheng,HE Song,et al. Coal to substitute natural gas based on combined coal-steam gasification and one-step methanation[J]. Applied Energy,2019,240:851-859.

[16] FAN S,XU L,KANG T J,et al. Application of eggshell as catalyst for low rank coal gasication:Experimental and kinetic studies[J]. Journal of the Energy Institute,2017,90(5):696-703.

[17] DING L,ZHOU Z J,HUO W,et al. Comparison of steam gasication characteristics of coal char and petroleum coke char in drop tube furnace[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering,2015,23(7):1214-1224.

[18] DUAN W,YU Q B,LIU J X,et al. Experimental and kinetic study of steam gasication of low-rank coal in molten blast furnace slag[J].Energy,2016,111:859-886.

[19] DUAN W,YU Q B,WU T W,et al. Experimental study on steam gasication of coal using molten blast furnace slag as heat carrier for producing hydrogen-enriched syngas[J].Energy Conversion and Management,2016,117:513-519.

[20] 路春荣,李芳玲. 国内外耐硫变换催化剂现状[J]. 化肥工业,1997,24(6):13-17.

LU Chunrong,LI Fangling. Current situation of sulfur shift conversion catalysts at home and abroad[J].Chemical Fertilizer Industry,1997,24(6):13-17.

[21] 林湖,金红光,高林,等. 煤基多联产系统热力与经济性分析[J]. 中国电机工程学报,2009,29(8):1-5.

LIN Hu,JIN Hongguang,GAO Lin,et al. Thermo-economic analysis of coal-based polygeneration system[J]. Proceedings of the CSEE,2009,29(8):1-5.

[22] 于扬洋,林伟荣,肖平,等. 煤热解分级转化热电油天然气多联产系统技术经济性分析[J]. 热力发电,2017,46(9):8-16.

YU Yangyang,LIN Weirong,XIAO Ping,et al. Techno-economic evaluation for coal-based polygeneration systems of heat,power,oil and synthetic natural gas[J]. Thermal Power Generation,2017,46(9):8-16.

[23] KLER A M,TRURINA E A,MEDNIKOV A S. A plant for methanol and electricity production:Technical-economic analysis[J]. Energy,2018,165:890-899.

[24] 李胜. CO2捕集能耗最小化机理及煤制天然气动力多联产系统[D].北京：中国科学院工程热物理研究所,2012:70-85.

[25] 朱明善. 能量系统的分析[M]. 北京：清华大学出版社,1988：106-109.

[26] 王加璇,张树芳.方法及其在火电厂中的应用[M]. 北京:水利电力出版社,1993:26-184.

[27] LI Sheng,JIN Hongguang,GAO Lin,et al. Exergy analysis and the energy saving mechanism for coal to synthetic/substitute natural gas and power cogeneration system without and with CO2 capture[J]. Applied Energy,2014,130:552-561.