一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法、系统

1.本发明涉及气化合成低碳醇系统过程能效评估领域，尤其涉及一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法、系统。


背景技术：

2.生物质能的深度开发利用可以促进优化国家能源结构，缓解石油供应短缺危机，在碳中和碳达峰目标的背景下，生物质气化合成低碳醇技术发展前景广阔，低碳醇产品可直接代替煤、石油等传统化石能源，缓解环境压力以及能源短缺的问题。低碳醇具有热值高、辛烷值高以及燃烧清洁的特点，可作为汽油添加剂，实现低质生物质的高值化利用。
3.目前煤气化合成气合成低碳醇工艺已实现工业化，但生物质气化制低碳醇工艺仍处于起步阶段，亟待发展。同时，针对生物质气化合成气制低碳醇系统的能效并无一套完备的评估方法，如何对生物质气化合成气制低碳醇系统的能效进行更全面的评价，更好的改进、优化生物质气化合成气制低碳醇系统，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法、系统。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法，包括：
7.s1，根据低质生物质气化合成低碳醇的过程，分别计算低质生物质气化合成低碳醇的过程中的烘培单元、气化单元、合成气净化与调变单元、醇合成与精制单元、乙醇蒸馏塔的能量损失和损失，获得多个能量损失和多个损失；
8.s2，根据每个能量损失和多个能量损失总和计算每个能量损失系数，根据每个损失和多个损失总和计算每个损失系数；
9.s3，根据每个能量损失系数和每个损失系数获得目标工况；
10.s4，在目标工况下，根据每个能量损失系数和每个损失系数，获得最大能量损失和最大损失的单元及所述单元下最大能量损失和最大损失的部位；
11.s5，根据最大能量损失和最大损失的单元，结合所述部位对所述低质生物质气化合成低碳醇的过程进行优化。
12.本发明的有益效果是：根据本方案的能效估计方法，进行低质生物质气化合成低碳醇工艺或其他低质生物质气化合成低碳醇工艺的能效评估，根据评估结果对低质生物质气化合成低碳醇的过程进行优化，提高了合成低碳醇系统的能量利用率，将未完全反应的气体用生物发酵的方法提高产品产率，填补了生物质气化合成低碳醇系统能效评估的技术空白，为合成低碳醇系统在工业上的应用提供定量的能效分析，有效降低能损损。
13.进一步地，还包括：根据烘焙单元的烘焙绞龙入口空气的湿度、烘焙绞龙入口空气
的温度、出口尾气的湿度和出口尾气的温度，计算所述烘培单元的能量损失和损失。
14.进一步地，还包括：根据气化单元气化炉出口气体的成分、浓度和温度，计算所述气化单元的能量损失和损失。
15.进一步地，还包括：根据采集的合成气净化与调变单元出口和入口的气体温度、气体压力和气体组分浓度，以及冷却器进出口冷却介质的温度和压力，来计算所述合成气净化与调变单元的能量损失和损失。
16.进一步地，还包括：根据采集的醇合成与精制单元出入口物料的温度、压力和组份浓度，采集的乙醇蒸馏塔塔顶产品质量、回流比、塔顶产品焓值和塔顶气相冷凝潜热，来计算醇合成与精制单元能量损失和损失。
17.进一步地，还包括：根据采集的发酵液温度、乙醇蒸馏塔塔顶产品质量、回流比、塔顶气相焓值和塔顶气相冷凝潜热，来计算发酵单元能量损失和损失。
18.进一步地，所述根据每个能量损失和多个能量损失总和计算每个能量损失系数具体包括：
19.根据第一公式结合每个能量损失和多个能量损失总和计算每个能量损失系数，所述第一公式为：
[0020][0021]
其中，αi表示第i单元的能量损失系数；qi表示第i单元能量损失；∑q表示多个能量损失总和。
[0022]
进一步地，所述根据每个损失和多个损失总和计算每个损失系数具体包括：
[0023]
根据第二公式结合每个损失和多个损失总和计算每个损失系数，所述第二公式为：
[0024][0025]
其中，εi表示第i单元的损失系数；ii表示第i单元总损；∑i表示多个损失总和。
[0026]
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
[0027]
一种能效估计系统，包括：采用上述任一项方案的一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法。
[0028]
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
[0029]
一种气化合成低碳醇系统，包括：采用上述方案的一种能效估计系统。
[0030]
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
[0031]
图1为本发明的实施例提供的一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法的
流程示意图；
[0032]
图2为本发明的实施例提供的一种低质生物质气化合成低碳醇集成系统的结构框图。
具体实施方式
[0033]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0034]
如图1所示，为本发明实施例提供的一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法，包括：
[0035]
需要说明的是，在某一实施例中，如图2所示，低质生物质气化合成低碳醇的过程可以包括：一种低质生物质气化合成低碳醇集成系统，所述系统包括烘焙单元、气化单元、合成气净化与调变单元、醇合成单元以及生化发酵单元；
[0036]
烘焙单元用于在低质生物质原料经过预处理，将成型生物质送入烘焙绞龙，目的在于将生物质原料中的原生水分烘出，提高系统热效率。
[0037]
气化单元用于烘干后的成型生物质送入双循环流化床进行气化。
[0038]
合成气净化与调变单元由ch4干气重整炉、焦油重整炉和水煤气变换反应器组成。
[0039]
醇合成单元由醇合成器以及醇分离塔组成。
[0040]
生化发酵单元包括1个1m3发酵罐以及精馏塔。
[0041]
s1，根据低质生物质气化合成低碳醇的过程，分别计算低质生物质气化合成低碳醇的过程中的烘培单元、气化单元、合成气净化与调变单元、醇合成与精制单元、乙醇蒸馏塔的能量损失和损失，获得多个能量损失和多个损失；
[0042]
在某一实施例中，可以包括：
[0043]
确定生物质原料种类，获取生物质工业分析、元素分析数据，采集烘焙单元烘焙绞龙入口空气湿度，出口温度以及排气湿度，计算烘焙单元能量损失和损失。
[0044]
所述烘焙单元能量损失计算式如下：
[0045]qbloss
＝w
e-qw；
[0046]
其中，q
bloss
为烘焙单元热量损失，kj/h；we为烘焙绞龙提供的热量即设备每小时耗电量kw；qw为水分蒸发所需热量，kj/h。
[0047]
上述水分蒸发所需热量计算如下：
[0048]qw
＝mb×
(w
b1-w
b2
)
×
(t
1-t0)
×cp
；
[0049]
其中，mb为入口生物质质量，kg/h；w
b1
、w
b2
为进出口生物质含水量，wt.％；t1、t0为物料进出入烘焙单元温度，℃；c
p
为水的比热容，kj/kg*℃。
[0050]
所述烘焙单元损失计算式如下：
[0051]ibloss
＝eb+ea+e
w-e
fw-e
db-e
p
；
[0052]
其中，i
bloss
为烘焙单元损失，kj/h；eb为湿生物质值，kj/kg；ea为烘焙空气值，ew为空气中湿蒸汽值，e
fw
为冷凝饱和水值，e
db
为烘焙后生物质值，e
p
为出口尾气值。
[0053]
上述湿生物质和干燥生物质值计算如下：
[0054]
eb＝βb(lhv+ω
whw
)+9683ωs+e
ash
ω
ash
+ewωw；
[0055]edb
＝βb(lhv+ω
whw
)+9683ωs+e
ash
ω
ash
；
[0056][0057]
其中，βb为修正系数；h、o、c、n分别代表氢、氧、碳、氮在生物质的元素分析的质量分数，wt.％；lhv代表生物质的低位发热量，kj/kg；ωs、ωw和ω
ash
分别代表硫、水、灰分的工业分析质量分数，wt.％；hw为水的蒸发焓，kj/kg；e
ash
和ew分别代表灰分和水分的化学kj/kg。
[0058]
上述干燥空气计算如下：
[0059]
ea＝(0.8-ωw)
×
[h
a1-h
a0-t0(s
a1-s
a0
)]；
[0060]
其中，t0为环境温度，℃；h
a1
、s
a1
分别为烘焙温度下空气焓值熵值；h
a0
、s
a0
分别为常温常压下空气焓值熵值。
[0061]
上述入口空气中湿蒸汽计算如下：
[0062]ew
＝mw×
[h
w1-h
w0-t0(s
w1-s
w0
)]；
[0063]
其中，mw为入口空气中单位空气包含的单位蒸汽质量，kg/kg；h
w1
、s
w1
分别为烘焙温度下蒸汽焓值熵值；h
w0
、s
w0
分别为常温常压下蒸汽焓值熵值。
[0064]
上述出口尾气值计算如下：
[0065][0066]
其中，ωo为出口尾气中单位蒸汽质量，kg/kg；h
pw1
、s
pw1
分别为烘焙温度下蒸汽焓值熵值；h
a0
、s
a0
分别为常温常压下空气焓值熵值。
[0067]
上述出口冷凝饱和水值计算如下：
[0068][0069]
其中，m
fw
为进入烘焙绞龙的单位质量生物质产生的蒸汽量，kg/kg；h
fw1
、s
fw1
分别为冷凝蒸汽在其温度下的焓值熵值；h
fw0
、s
fw0
分别为冷凝蒸汽在常温常压下的焓值熵值。
[0070]
采集气化单元气化炉出口气体成分，浓度以及排烟尾气温度，计算气化单元能量损失和损失。
[0071]
所述气化单元能量损失计算式如下：
[0072]qgloss
＝lhv
biomass
+w
eo
+w
eh
+q
gheat-q
syngas
；
[0073]
其中，q
gloss
为气化单元能量损失，kj/h；w
eo
为氧气槽车每小时耗电量，kw；w
eh
为蒸汽发生器每小时耗电量，kw；q
syngas
为合成气热值，即q
syngas
＝∑x
ihi
，xi为燃气占合成气体积分率，hi为燃气热值，q
gheat
为外部热源供热量，即
[0074][0075]
qg为气化炉加热量，kj/kg。
[0076]
所述气化单元损失计算式如下：
[0077]igloss
＝e
db
+ew+eo+e
heat-e
syngas
；
[0078]
其中，i
gloss
为气化单元损失，e
db
为干燥后生物质值，ew、eo为气化介质水蒸气和氧气，e
heat
为外部热源供热e
syngas
为出口尾气值。
[0079]
上述水蒸气、氧气值计算如下：
[0080][0081]eo
＝mo×
[h
o1-h
o0-t0(s
o1-s
o0
)]；
[0082]
其中，m
gw
、mo为进入气化炉的单位水蒸气和氧气量，kg；h
gw1
、h
o1
、s
gw1
、s
o1
分别为水蒸汽和氧气在气化温度下的焓值熵值；h
gw0
、h
o0
、s
gw0
、s
o0
分别为水蒸汽和氧气在常温常压下的焓值熵值。
[0083]
上述外部热源供热计算如下：
[0084][0085]
其中，tg为气化炉温度，℃，qg为气化炉加热量，kj/kg。
[0086]
上述合成气值计算如下：
[0087][0088]
其中，ni为气化单元出口组分气体质量分数，％；为该组分气体标准化学kj/kmol；h
i1
、s
i0
分别为该组分在气化温度下的焓值熵值；h
i0
、s
i0
分别为该组分在常温常压下的焓值熵值；r为理想气体常数，j/mol*k。
[0089]
采集合成气净化与调变单元出入口气体温度压力、组分浓度以及冷却器进出口冷却介质温度压力。计算合成气净化与调变单元能量损失和损失。
[0090]
上述合成气净化与调变单元能量损失计算如下：
[0091]qrloss
＝q
syngas
+q
cooler1
+q
rheat
+w
t-q
cleangas
；
[0092]
其中，q
rloss
为合成气净化调变单元能量损失，kj/h；q
cooler1
为冷却器换热量，kj/h；q
rheat
为重整炉、水汽变换反应器总供热量，kj/h；w
t
为压缩机输入功，kw；q
cleangas
为合成器净化与调变单元出口气体热值，kj/h；
[0093]
上述冷却器换热量q
cooler1
计算如下：
[0094]
dq
cooler1
＝hg(t
g-tw)da；
[0095]
其中，hg为冷却器器对流换热系数，w/(m2*k)；tg为气体进入冷却器时温度，k；tw为冷却温度，k；a为换热壁面积，m2；
[0096]
上述合成气净化与调变单元损失计算如下：
[0097]irloss
＝e
syngas
+e
rheat
+w
t
+e
cooling1-e
cleangas
；
[0098]
其中，i
rloss
为合成气净化与调变单元损失，e
rheat
为重整炉、水汽变换反应器供热e
cooling1
为换热器冷量e
cleangas
为调变后净合成气
[0099]
上述反应器供热计算如下：
[0100][0101]
其中，q
reac
为反应器加热量，kj/kg；ti为物料进入反应器前温度，℃；tj为反应器温度，℃；
[0102]
上述换热器冷计算如下：
[0103][0104]
其中，t
in
、t
out
分别为冷却介质进出口温度，℃；
[0105]
上述调变后合成气值e
cleangas
计算方法与一致。
[0106]
采集醇合成与精制单元出入口物料温度压力、组份浓度，蒸馏塔塔顶产品质量、回流比以及塔顶产品焓值冷凝潜热。计算醇合成与精制单元能量损失和损失。
[0107]
上述醇合成与精制单元能量损失计算如下：
[0108]qaloss
＝q
cleangas
+q
heater1
+q
aheat
+q
dis-q
mixedalcohol
；
[0109]
其中，q
aloss
为醇合成与精制单元能量损失，kj/h；q
heater1
为预热器换热量，kj/h；q
aheat
为醇合成反应器总供热量，kj/h；q
dis
为蒸馏塔输入总热量，kj/h；q
mixedalcohol
为醇合成与精制单元出口物料热量，kj/h；
[0110]
上述预热器换热量q
heater1
计算方法与冷却器计算一致；
[0111]
上述醇反应器总供热量计算方法与气化单元中计算方法一致；
[0112]
上述蒸馏塔输入总热量计算如下：
[0113]qdis
＝m
t
(r+1)(h
t
+c
t
)；
[0114]
其中，m
t
为塔顶产品质量，kg；r为回流比；h
t
为塔顶气相焓值，kj/kg；c
t
为塔顶气相冷凝潜热，kj/kg。
[0115]
上述醇合成与精制单元损失计算如下：
[0116]ialoss
＝e
cleangas
+e
aheat
+e
heater1-e
mixedalcohol
；
[0117]
其中，i
aloss
为醇合成与精制单元损失，e
aheat
为醇合成反应器供热e
heater1
为换热器热量；e
mixedalcohol
为分离后的混合醇
[0118]
上述反应器供热计算如下：
[0119][0120]
其中，q
reac
为反应器加热量，kj/kg；ti为物料进入反应器前温度，℃；tj为反应器温度，℃；
[0121]
上述换热器热计算如下：
[0122][0123]
其中，t
in
、t
out
分别为预热介质进出口温度，℃；
[0124][0125]
采集发酵液温度、乙醇蒸馏塔塔顶产品质量、回流比，获取塔顶气相焓值以及冷凝潜热。计算发酵单元能量损失和损失。
[0126]
上述发酵单元能量损失计算如下：
[0127]qfloss
＝q
unreac
+q
fl
+q
fheat
+q
z-q
c2oh
；
[0128]
其中，q
floss
为发酵单元能量损失，kj/h；q
unreac
为醇合成单元未反应完全合成气热量，kj/h；q
fheat
为发酵罐维持室温所需耗热量，kj/h；q
fl
为发酵液热量，kj/h；qz为乙醇蒸馏塔热负荷，kj/h；q
c2oh
为发酵单元出口发酵液热量，kj/h；
[0129]
上述发酵罐所需耗热量计算如下：
[0130]qfheat
＝m
lcl
(t
f-t
l
)；
[0131]
其中，m
l
为发酵液进料量，kg/h；c
l
为发酵原料比热容，kj/(kg*k)；tf为厌氧发酵温度，℃；t
l
为发酵液初温，℃；
[0132]
上述乙醇蒸馏塔热负荷计算方法与醇合成与精制单元中计算方法一致；
[0133]
上述生化发酵单元损失计算如下：
[0134]ifloss
＝e
unreac
+e
fheat-e
c2oh
；
[0135]
其中，i
floss
为发酵单元损失，e
fheat
为发酵罐供热e
c2oh
为分离后的乙醇
[0136]
上述反应器供热计算如下：
[0137][0138]
其中，q
reac
为发酵罐加热量，kj/kg；ti为发酵液进入反应器前温度，℃；tj为发酵温度，℃；
[0139]
上述分离后乙醇值e
mixedalcohol
计算方法与一致。
[0140]
s2，根据每个能量损失和多个能量损失总和计算每个能量损失系数，根据每个损失和多个损失总和计算每个损失系数；
[0141]
s3，根据每个能量损失系数和每个损失系数获得目标工况；其中，目标工况可以表示各单元最小损失系数和最小能损失系数所对应的最佳工况。
[0142]
s4，在目标工况下，根据每个能量损失系数和每个损失系数，获得最大能量损失和最大损失的单元及所述单元下最大能量损失和最大损失的部位；
[0143]
s5，根据最大能量损失和最大损失的单元，结合所述部位对所述低质生物质气
化合成低碳醇的过程进行优化。
[0144]
根据本方案的能效估计方法，进行低质生物质气化合成低碳醇工艺或其他低质生物质气化合成低碳醇工艺的能效评估，根据评估结果对低质生物质气化合成低碳醇的过程进行优化，提供的系统提高了能量利用率，将未完全反应的气体用生物发酵的方法提高产品产率，填补了生物质气化合成低碳醇系统能效评估的技术空白，为该系统在工业上的应用提供定量的能效分析，有效降低能损损。
[0145]
优选地，在上述任意实施例中，还包括：根据烘焙单元的烘焙绞龙入口空气的湿度、烘焙绞龙入口空气的温度、出口尾气的湿度和出口尾气的温度，计算所述烘培单元的能量损失和损失。
[0146]
在某一实施例中，以150kg/h进料量的玉米秸秆为生物质原料，元素分析以及工业分析数据如下：
[0147][0148][0149]
所述烘焙单元能量损失计算式如下：
[0150]qbloss
＝w
e-qw；
[0151]
其中，q
bloss
为烘焙单元热量损失，kj/h；we为烘焙绞龙提供的热量即设备每小时耗电量kw；qw为水分蒸发所需热量，kj/h。
[0152]
上述水分蒸发所需热量计算如下：
[0153]qw
＝mb×
(w
b1-w
b2
)
×
(t
1-t0)
×cp
；
[0154]
其中，mb为入口生物质质量，kg/h；w
b1
、w
b2
为进出口生物质含水量，wt.％；t1、t0为物料进出入烘焙单元温度，℃；c
p
为水的比热容，kj/kg*℃。
[0155]
所述烘焙单元损失计算式如下：
[0156]ibloss
＝eb+ea+e
w-e
fw-e
db-e
p
；
[0157]
其中，i
bloss
为烘焙单元损失，kj/h；eb为湿生物质值，kj/kg；ea为烘焙空气值，ew为空气中湿蒸汽值，e
fw
为冷凝饱和水值，e
db
为烘焙后生物质值，e
p
为出口尾气值。
[0158]
上述湿生物质和干燥生物质值计算如下：
[0159]
eb＝βb(lhv+ω
whw
)+9683ωs+e
ash
ω
ash
+ewωw；
[0160]edb
＝βb(lhv+ω
whw
)+9683ωs+e
ash
ω
ash
；
[0161][0162]
其中，βb为修正系数；h、o、c、n分别代表氢、氧、碳、氮在生物质的元素分析的质量分数，wt.％；lhv代表生物质的低位发热量，kj/kg；ωs、ωw和ω
ash
分别代表硫、水、灰分的工业分析质量分数，wt.％；hw为水的蒸发焓，kj/kg；e
ash
和ew分别代表灰分和水分的化学kj/kg。
[0163]
上述干燥空气计算如下
[0164]
ea＝(0.8-ωw)
×
[h
a1-h
a0-t0(s
a1-s
a0
)]；
[0165]
其中，t0为环境温度，℃；h
a1
、s
a1
分别为烘焙温度下空气焓值熵值；h
a0
、s
a0
分别为常温常压下空气焓值熵值。
[0166]
上述入口空气中湿蒸汽计算如下：
[0167]ew
＝mw×
[h
w1-h
w0-t0(s
w1-s
w0
)]；
[0168]
其中，mw为入口空气中单位空气包含的单位蒸汽质量，kg/kg；h
w1
、s
w1
分别为烘焙温度下蒸汽焓值熵值；h
w0
、s
w0
分别为常温常压下蒸汽焓值熵值。
[0169]
上述出口尾气值计算如下：
[0170][0171]
其中，ωo为出口尾气中单位蒸汽质量，kg/kg；h
pw1
、s
pw1
分别为烘焙温度下蒸汽焓值熵值；h
a0
、s
a0
分别为常温常0压下空气焓值熵值。
[0172]
上述出口冷凝饱和水值计算如下：
[0173][0174]
其中，m
fw
为进入烘焙绞龙的单位质量生物质产生的蒸汽量，kg；h
fw1
、s
fw1
分别为冷凝蒸汽在其温度下的焓值熵值；h
fw0
、s
fw0
分别为冷凝蒸汽在常温常压下的焓值熵值。
[0175]
计算得到q
bloss
＝54.2mj/h，i
bloss
＝89.45mj/h。
[0176]
优选地，在上述任意实施例中，还包括：根据气化单元气化炉出口气体的成分、浓度和温度，计算所述气化单元的能量损失和损失。
[0177]
在某一实施例中，采集气化单元烘气化炉出口气体成分，浓度以及排烟尾气温度，计算气化单元能量损失和损失。
[0178]
所述气化单元能量损失计算式如下：
[0179]qgloss
＝lhv
biomass
+w
eo
+w
eh
+q
gheat-q
syngas
；
[0180]
其中，q
gloss
为气化单元能量损失，kj/h；w
eo
为氧气槽车每小时耗电量，kw；w
eh
为蒸汽发生器每小时耗电量，kw；q
syngas
为合成气热值，即q
sygas
＝∑x
ihi
，xi为燃气占合成气体积分率，hi为燃气热值，q
gheat
为外部热源供热量，即qg为气化炉加热量，kj/kg。
[0181]
所述气化单元损失计算式如下：
[0182]igloss
＝e
db
+ew+eo+e
heat-e
syngas
；
[0183]
其中，i
gloss
为气化单元损失，e
db
为干燥后生物质值，ew、eo为气化介质水蒸气和氧气，e
heat
为外部热源供热e
syngas
为出口尾气值。
[0184]
上述水蒸气、氧气值计算如下：
[0185][0186]eo
＝mo×
[h
o1-h
o0-t0(s
o1-s
o0
)]；
[0187]
其中，m
gw
、mo为进入气化炉的水蒸气和氧气量，kg；h
gw1
、h
o1
、s
gw1
、s
o1
分别为水蒸汽和氧气在气化温度下的焓值熵值；h
gw0
、h
o0
、s
gw0
、s
o0
分别为水蒸汽和氧气在常温常压下的焓值熵值。
[0188]
上述外部热源供热计算如下：
[0189][0190]
其中，tg为气化炉温度，℃，qg为气化炉加热量，kj/kg。
[0191][0192]
其中，ni为气化单元出口组分气体质量分数，％；为该组分气体标准化学kj/kmol；h
i1
、s
i1
分别为该组分在气化温度下的焓值熵值；h
i0
、s
i0
分别为该组分在常温常压下的焓值熵值；r为理想气体常数，j/mol*k。
[0193]
计算得到q
gloss
＝174.37mj/h，i
gloss
＝139.1mj/h。
[0194]
优选地，在上述任意实施例中，还包括：根据采集的合成气净化与调变单元出口和入口的气体温度、气体压力和气体组分浓度，以及冷却器进出口冷却介质的温度和压力，来计算所述合成气净化与调变单元的能量损失和损失。
[0195]
在某一实施例中，采集合成气净化与调变单元出入口气体温度压力、组分浓度以及冷却器进出口冷却介质温度压力。计算合成气净化与调变单元能量损失和损失。
[0196]
上述合成气净化与调变单元能量损失计算如下：
[0197]qrloss
＝q
syngas
+q
cooler1
+q
rheat
+w
t-q
cleangas
；
[0198]
其中，q
rloss
为合成气净化调变单元能量损失，kj/h；q
cooler1
为冷却器换热量，kj/h；q
rheat
为重整炉、水汽变换反应器总供热量，kj/h；w
t
为压缩机输入功，kw；q
cleangas
为合成器净化与调变单元出口气体热值，kj/h；
[0199]
上述冷却器换热量q
cooler1
计算如下：
[0200]
dq
cooler1
＝hg(t
g-tw)da；
[0201]
其中，hg为冷却器器对流换热系数，w/(m2*k)；tg为气体进入冷却器时温度，k；tw为冷却温度，k；a为换热壁面积，m2；
[0202]
上述合成气净化与调变单元损失计算如下：
[0203]irloss
＝e
syngas
+e
rheat
+w
t
+e
cooling1-e
cleangas
；
[0204]
其中，i
rloss
为合成气净化与调变单元损失，e
rheat
为重整炉、水汽变换反应器供热e
cooling1
为换热器冷量e
cleangas
为调变后净合成气e
syngas
；w
t
[0205]
上述反应器供热计算如下：
[0206][0207]
其中，q
reac
为反应器加热量，kj/kg；ti为物料进入反应器前温度，℃；tj为反应器温度，℃；
[0208]
上述换热器冷计算如下：
[0209][0210]
其中，t
in
、t
out
分别为冷却介质进出口温度，℃；
[0211][0212]
计算得到q
rloss
＝251.58mj/h，i
rloss
＝825.23mj/h。
[0213]
优选地，在上述任意实施例中，还包括：根据采集的醇合成与精制单元出入口物料的温度、压力和组份浓度，采集的乙醇蒸馏塔塔顶产品质量、回流比、塔顶产品焓值和塔顶气相冷凝潜热，来计算醇合成与精制单元能量损失和损失。
[0214]
在某一实施例中，采集醇合成与精制单元出入口物料温度压力、组份浓度，蒸馏塔塔顶产品质量、回流比以及塔顶产品焓值冷凝潜热。计算醇合成与精制单元能量损失和损失。
[0215]
上述醇合成与精制单元能量损失计算如下：
[0216]qaloss
＝q
cleangas
+q
heater1
+q
aheat
+q
dis-q
mixedalcohol
；
[0217]
其中，q
aloss
为醇合成与精制单元能量损失，kj/h；q
heater1
为预热器换热量，kj/h；q
heat
为醇合成反应器总供热量，kj/h；q
dis
为蒸馏塔输入总热量，kj/h；q
mixedalcohol
为醇合成与精制单元出口物料热量，kj/h；q
mixedalcohol
；q
cleangas
[0218]
上述预热器换热量q
heater1
计算方法与冷却器计算一致；
[0219]
上述醇反应器总供热量计算方法与气化单元中的计算方法一致；
[0220]
上述蒸馏塔输入总热量计算如下：
[0221]qdis
＝m
t
(r+1)(h
t
+c
t
)；
[0222]
其中，m
t
为塔顶产品质量，kg/h；r为回流比；h
t
为塔顶气相焓值，kj/kg；c
t
为塔顶气相冷凝潜热，kj/kg。
[0223]
上述醇合成与精制单元损失计算如下：
[0224]ialoss
＝e
cleangas
+e
aheat
+e
heater1-e
mixedalcohol
；
[0225]
其中，i
aloss
为醇合成与精制单元损失，e
aheat
为醇合成反应器供热e
heater1
为换热器热量e
mixedalcohol
为分离后的混合醇e
cleangas
[0226]
上述反应器供热计算如下：
[0227][0228]
其中，q
reac
为反应器加热量，kj/kg；ti为物料进入反应器前温度，℃；tj为反应器温度，℃；
[0229]
上述换热器热计算如下：
[0230][0231]
其中，t
in
、t
out
分别为预热介质进出口温度，℃；
[0232][0233]
计算得到q
aloss
＝604.38mj/h，i
aloss
＝263.42mj/h。
[0234]
优选地，在上述任意实施例中，还包括：根据采集的发酵液温度、乙醇蒸馏塔塔顶产品质量、回流比、塔顶气相焓值和塔顶气相冷凝潜热，来计算发酵单元能量损失和损失。
[0235]
在某一实施例中，采集发酵液温度、乙醇蒸馏塔塔顶产品质量、回流比，获取塔顶气相焓值以及冷凝潜热。计算发酵单元能量损失和损失。
[0236]
上述发酵单元能量损失计算如下：
[0237]qfloss
＝q
unreac
+q
fl
+q
fheat
+q
z-q
c2oh
；
[0238]
其中，q
floss
为发酵单元能量损失，kj/h；q
unreac
为醇合成单元未反应完全合成气热量，kj/h；q
fheat
为发酵罐维持室温所需耗热量，kj/h；q
fl
为发酵液热量，kj/h；qz为乙醇蒸馏塔热负荷，kj/h；q
c2oh
为发酵单元出口发酵液热量，kj/h；
[0239]
上述发酵罐所需耗热量计算如下：
[0240]qfheat
＝m
lcl
(t
f-t
l
)；
[0241]
其中，m
l
为发酵液进料量，kg；c
l
为发酵原料比热容，kj/(kg*k)；tf为厌氧发酵温度，℃；t
l
为发酵液初温，℃；
[0242]
上述乙醇蒸馏塔热负荷计算方法与醇合成与精制单元的一致；
[0243]
上述生化发酵单元损失计算如下：
[0244]ifloss
＝e
unreac
+e
fheat-e
c2oh
；
[0245]
其中，i
floss
为发酵单元损失，e
fheat
为发酵罐供热e
c2oh
为分离后的乙醇
[0246]
上述反应器供热计算如下：
[0247][0248]
其中，q
reac
为发酵罐加热量，kj/kg；ti为发酵液进入反应器前温度，℃；tj为发酵温度，℃；
[0249][0250]
计算得到q
floss
＝50.04mj/h，i
floss
＝46.37mj/h。
[0251]
优选地，在上述任意实施例中，所述根据每个能量损失和多个能量损失总和计算每个能量损失系数具体包括：
[0252]
根据第一公式结合每个能量损失和多个能量损失总和计算每个能量损失系数，所述第一公式为：
[0253][0254]
其中，αi表示第i单元的能量损失系数；qi表示第i单元能量损失；∑q表示多个能量损失总和。
[0255]
优选地，在上述任意实施例中，所述根据每个损失和多个损失总和计算每个损失系数具体包括：
[0256]
根据第二公式结合每个损失和多个损失总和计算每个损失系数，所述第二公式为：
[0257][0258]
其中，εi表示第i单元的损失系数；ii表示第i单元总损；∑i表示多个损失总和。
[0259]
在某一实施例中，根据前面计算所得的各个单元的能损和损，计算得到各单元能损失系数αi以及损失系数εi。
[0260]
上述能损失系数计算如下：
[0261][0262]
其中，qi为i单元总能损；∑q为系统总能损，即∑q＝q
bloss
+q
gloss
+q
rloss
+q
aloss
+q
floss
。
[0263]
上述损失系数如下：
[0264][0265]
其中，ii为i单元总损；∑i为系统总损，即∑i＝i
bloss
+i
gloss
+i
rloss
+i
aloss
+i
floss
。
[0266]
计算得各单元能损失系数和损失系数如下：
[0267][0268]
在某一实施例中，还包括：对上述各单元进行不同工况的敏感性分析，即设置不同工况的变化所导致的损失系数变化幅度，分析各个因素对损失系数和能损失系数影响程度。其中，需根据各单元能损失系数和损失系数，得到各单元最小损失系数和最小能损失系数所对应的最佳工况。不同工况，包括但不限于：反应器温度、压力、催化剂种类、进料量等。
[0269]
在某一实施例中，还包括：在最佳工况下，计算各单元能损失和损失系数，最大能损失和损失系数对应的单元，得出到最大损、能损部位。针对不同损、能损，给出优化方案，优化方案包括但不限于：添加换热网络、物料循环再利用、改善催化剂等。
[0270]
在某一实施例中，一种能效估计系统，包括：采用上述任一项实施例的一种低质生物质气化合成低碳醇的能效估计方法。
[0271]
在某一实施例中，一种气化合成低碳醇系统，包括：采用上述实施例的一种能效估计系统。
[0272]
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
[0273]
需要说明的是，上述各实施例是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。
[0274]
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0275]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0276]
上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说
对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0277]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。