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《北京化工大学》 2008年
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天然气制乙炔工艺的氢能利用与多联产系统

王志方  
【摘要】: 高效、多功能的多联产系统作为可持续发展能源利用技术,是缓解日益严重的资源、能源和环境等多方面的压力,提高能源利用率,建立资源节约型社会的重要手段。 本文依托国家自然科学基金重大研究计划资助,开展天然气基乙炔化工与动力系统集成整合原则和有效途径的研究,旨在揭示氢能转化对包含氢工艺的天然气基多联产系统的作用规律,提出相应的能量集成方法,开拓新颖氢燃料热力循环系统,以及天然气基乙炔与氢能动力有机整合的多联产系统。本文主要研究内容如下: 首先,研究了天然气基乙炔动力多联产系统能量集成的策略,并以逆变换反应这一关键过程研究为基础,提出了氢能间接发电的氢能利用途径。研究了逆变换反应中反应条件对氢气的转化率和吸收所需能量品位的影响规律。提出提高逆变换反应中CO_2与氢气的物质量比,不但可以降低逆变换反应热源的温度,吸收更多的低品位热,而且可以提高氢气的转化率,提高CO的生成量,从而提高系统的能量利用效率。因为在相同的条件下,CO气体比H_2气体燃烧时能够释放出更多的热量。相对于直接利用H_2的动力转化过程,这是间接转化与利用H_2的一种方法。研究认为有效转化和利用天然气基乙炔工艺副产的富氢合成气,是天然气基乙炔动力多联产系统创新的重要途径,也是核心的系统能量集成原则。 提出了一种新的图式热力学分析和集成工具,及其系统能量分析与集成的启示性准则。以氢作为关键化学品,关联氢与多联产系统目的化学品的转化速率以及过程的(火用)变,提出了流量—(火用)变图FED(Flowrate Exergy Diagram),并提出了使用FED进行含氢工艺的天然气基多联产系统能量分析与集成的一系列启示性准则。该方法直观、简明地描述复杂系统中氢或含氢化学品量改变所引起的热力学代价,便于指出能量转换的薄弱环节,提出工艺改进和系统能量集成的方法。 然后,以氢能直接动力转化与间接转化两种途径,开展了下述三个天然气基乙炔动力多联产系统创新: (1)天然气基乙炔工艺与燃料电池多联产系统(氢能直接动力转化)。基于对天然气部分氧化制乙炔工艺和天然气水蒸汽重整制H_2及燃料电池PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)工艺的FED分析和比较,提出了一个新颖的天然气基乙炔与PEMFC多联产系统。新系统将传统合成乙炔工艺中的副产H_2作为PEMFC的H_2源,通过水气变换反应提高H_2产率,并采用催化燃烧和余热锅炉系统回收PEMFC尾气余热。研究了该多联产系统的热力学性能,并利用图式分析工具FED,研究了多联产系统的的物质和能量转化规律,揭示出天然气基乙炔与PEMFC集成的多联产系统氢能转化与能量转换利用之间的集成整合。 (2)天然气基乙炔工艺与氢氧联合循环多联产系统(氢能直接动力转化)。基于对天然气水蒸汽重整制H_2及氢氧联合循环系统的分析研究,应用FED启示性准则和多联产系统集成方法,构思并设计了一种天然气基乙炔与氢氧联合循环多联产系统。研究了该多联产系统的能量转化特性和系统效率,利用FED研究了天然气基乙炔与氢氧联合循环多联产系统的氢能转化和能量集成作用。 (3)天然气基乙炔工艺与逆变换化学回热循环多联产系统(氢能间接动力转化)。构思了一种由氢气CO_3逆变换化学回热、余热制冷和进气冷却构成的新型氢能间接动力转化热力循环。研究了该循环的发电效率等能量转化特性和该循环的热力学性能及其影响参数,并考察了循环压比对系统循环的影响规律,说明新循环实现了氢能的间接高效利用。进而基于对该循环的分析和天然气基乙炔动力多联产的系统能量集成原则,构思并集成了一种新型的天然气基乙炔与逆变换化学回热动力多联产系统,并研究了该多联产系统的能量转化特性和系统能量转换效率。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TQ116.2

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 耿东森,岳瑞娟,李培金;操作条件对质子交换膜燃料电池性能的影响[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年04期
2 陈彬剑,方肇洪;燃料电池技术的发展现状[J];节能与环保;2004年08期
3 麻林巍,倪维斗,李政,任挺进;以煤气化为核心的甲醇、电的多联产系统分析(上)[J];动力工程;2004年03期
4 麻林巍,倪维斗,李政,任挺进;以煤气化为核心的甲醇、电的多联产系统分析(下)[J];动力工程;2004年04期
5 张向荣;高林;金红光;蔡睿贤;;煤基氨-动力多联产系统的设计和分析[J];动力工程;2006年02期
6 刘广建;刘宇;李政;倪维斗;徐恒泳;;新型二甲醚-发电多功能系统的设计与分析[J];动力工程;2006年02期
7 张勇;倪维斗;李政;;水煤气变换反应对多联产系统能源转换效率与温室气体排放的影响[J];动力工程;2006年03期
8 刘培;高健;李政;;甲醇/电多联产系统变工况特性的研究[J];动力工程;2006年04期
9 倪维斗,李政,薛元;以煤气化为核心的多联产能源系统——资源/能源/环境整体优化与可持续发展[J];中国工程科学;2000年08期
10 王逊,张世铮,蔡睿贤;改进型氢氧联合循环及其性能初步分析[J];工程热物理学报;1997年05期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李现勇;煤基多联产系统中动力生产过程的分析[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2003年
2 徐振刚;煤基能化联产系统集成优化与评价方法[D];煤炭科学研究总院;2004年
3 高林;煤基化工—动力多联产系统开拓研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱德春;;天然气化工的应用研究进展[J];安徽化工;2007年02期
2 朱红,许韵华,李战国;质子交换膜燃料电池的研究进展[J];北方交通大学学报;2003年06期
3 张竹茜;贾力;张欣欣;;应用于质子交换膜燃料电池的数值优化方法[J];北京交通大学学报;2010年03期
4 倪维斗,靳晖,李政,郑洪弢;二甲醚经济与中国的能源和环境[J];节能与环保;2002年06期
5 王文浅;;氢发动机发展现状与展望[J];北京汽车;2007年01期
6 范韬;;质子交换膜燃料电池及其在电动汽车上的应用[J];北京汽车;2009年04期
7 单长吉,卓小军,刘祖萍;燃料电池的可视化数值模拟方法应用[J];四川职业技术学院学报;2003年01期
8 刘翔海;燃料电池及其相关技术在汽车领域的应用研究[J];汽车工业研究;2001年09期
9 寇发荣,杨英;推进电动汽车产业化 实现我国汽车工业跨越式发展[J];汽车工业研究;2002年06期
10 谢天;张务实;;天然气一段转化催化剂的研究现状及延长其使用寿命的要点[J];川化;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡山鹰;周丽;金涌;;中国煤化工生态工业系统优化与分析[A];第十三届中国科协年会第7分会场-实现“2020年单位GDP二氧化碳排放强度下降40-45%”的途径研讨会论文集[C];2011年
2 余沛亮;;我国燃料电池技术发展现状概述[A];中国电池行业二十年发展历程[C];2009年
3 刘赟;;制氢原料完全气体化[A];炼厂制氢、废氢回收与氢气管理学术交流会论文集[C];2008年
4 李帆;;家用天然气燃料电池的应用[A];炼厂制氢、废氢回收与氢气管理学术交流会论文集[C];2008年
5 张少星;刘全生;王路辉;;逆水煤气变换反应催化剂的研究进展[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
6 郑传祥;雷绍辉;孟剑;;碳纤维缠绕铝合金内衬复合材料储氢容器力学分析[A];第七届全国氢能学术会议专辑[C];2006年
7 张晓东;陈雷;孟祥梅;孙立;;生物质制氢与燃料电池整合系统研究[A];第七届全国氢能学术会议专辑[C];2006年
8 朱波;陈汉平;鞠付栋;王贤华;杨海平;;生物质直接气化转化可以替代天然气工艺研究[A];“两区”同建与科学发展——武汉市第四届学术年会论文集[C];2010年
9 张炳力;徐德胜;方运舟;;氢燃料电池电动汽车关键技术研究[A];2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2009年
10 朱国才;;我国能源及新能源利用现状及发展趋势[A];2005年中国镁盐生产节能降耗、利用新能源高峰研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 章建华;新型溶剂高效吸收净化高酸性石油天然气技术开发研究[D];华东理工大学;2011年
3 吕明;基于Zn/ZnO的两步式热化学准循环制氢系统基础性研究[D];浙江大学;2009年
4 陈樑;磷改性催化剂一步合成二甲醚研究[D];昆明理工大学;2008年
5 魏永刚;晶格氧部分氧化甲烷制取合成气的基础研究[D];昆明理工大学;2008年
6 于洁;固体氧化物燃料电池钙钛矿型复合氧化物阴极材料的研究[D];昆明理工大学;2009年
7 杨宇;基于汽车产业的新能源多层次发展研究[D];中国地质大学(北京);2011年
8 张新卫;直接乙醇燃料电池新型阳极催化剂的研究[D];北京交通大学;2011年
9 郭志军;燃料电池用碳气凝胶载铂基催化剂的制备与表征[D];北京交通大学;2011年
10 张杨;用于直接甲醇燃料电池的新型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 程康;新型1H-1, 2,3三氮唑类化合物的合成研究[D];郑州大学;2010年
2 杨仁;化学回热循环与水系统仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 徐长松;燃气轮机化学回热循环燃料转化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 唐祖定;氢氧联合循环动力装置涡轮导叶的流动与冷却数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 许亮;化学回热器结构设计及性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 杨洪磊;双燃料喷嘴设计与燃烧流场数值模拟[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王涛;燃气轮机化学回热实验台双燃料控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 宁德争;氧化物掺杂Ce_(0.9)RE_(0.1)O_(2-δ)(RE=Sm,Gd)陶瓷材料结构与电性能研究[D];长春工业大学;2010年
9 谢书圣;Aspen软件在天然气净化过程中的模拟与优化[D];华东理工大学;2011年
10 刘露;UDS溶剂脱除天然气中CO_2和H_2S及抗发泡性能研究[D];华东理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑俐;天然气化工的现状和发展前景[J];安徽化工;2004年06期
2 倪维斗,李政;煤的超清洁利用──多联产系统[J];节能与环保;2001年05期
3 徐建中;分布式供电和冷热电联产的前景[J];节能与环保;2002年03期
4 倪维斗,靳晖,李政,郑洪弢;二甲醚经济与中国的能源和环境[J];节能与环保;2002年06期
5 刘光明,邱发礼,郭慎独;重稀土助剂改善甲烷水蒸汽转化催化剂抗析炭性能的机理研究[J];催化学报;1990年01期
6 路勇,邓存,丁雪加,沈师孔;Ni/Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气[J];催化学报;1996年01期
7 张劲松,曹丽华,杨永进;微波诱导甲烷在活性炭/碳化硅上直接转化制C_2烃[J];催化学报;1999年01期
8 孟广耀;开发陶瓷膜燃料电池(CMFC)大有可为[J];电池;2002年03期
9 沈培康;加快燃料电池产业化进程的建议[J];电池;2002年03期
10 范钦柏;GTI燃料电池的发展进程[J];电池;2002年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 李文华;东胜—神府煤的煤质特征与转化特性[D];煤炭科学研究总院;2001年
2 段立强;IGCC系统全工况特性与设计优化以及新系统开拓研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2002年
3 高林;煤基化工—动力多联产系统开拓研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘飞;熊源泉;;南钢富余焦炉煤气提纯制氢-电力多联产综合利用[J];钢铁研究;2009年05期
2 杨春生;乙烯装置的乙炔脱除技术[J];乙烯工业;1996年01期
3 邓剑;;煤气化多联产[J];上海节能;2006年06期
4 赵育榕;景喜林;车春霞;谭都平;陈吉祥;;C2选择加氢催化剂LY-C2-02低空速下的运行性能[J];化学工业与工程技术;2008年03期
5 李言浩,马沛生,阎振华,郝树仁;天然气等离子体法制氢技术[J];天然气化工(C1化学与化工);2003年03期
6 张寒,王淑娟,李政,倪维斗;煤制甲醇燃料矿井到油箱的生命周期评价[J];清华大学学报(自然科学版);2005年11期
7 刘宇;倪维斗;李政;黄河;;多联产能源系统工程研究方法论框架探讨[J];洁净煤技术;2008年02期
8 徐昕;罗方涛;路学红;;煤气化多联产系统研究现状与进展[J];广东化工;2010年07期
9 谢克昌;张永发;赵炜;;“双气头”多联产系统基础研究——焦炉煤气制备合成气[J];山西能源与节能;2008年02期
10 李琳;李妍;;煤电化一体化及IGCC多联产主流产品分析[J];氮肥技术;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 顾冲;高光华;于养信;毛宗强;;氢气在单壁碳纳米管中吸附的计算机模拟[A];第三届全国氢能学术会议论文集[C];2001年
2 顾冲;高光华;于养信;毛宗强;;氢气在单壁碳纳米管中及附的计算机模拟[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
3 刘红超;王华;沈江汉;孙颖;刘中民;;高通量筛选技术在氨分解制不含CO_x氢中的应用[A];中国化工学会2005年石油化工学术年会论文集[C];2005年
4 易华兵;彭天右;宋海波;赵德;昝菱;;介孔纳米二氧化钛光解水性能研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
5 王红民;;氢气在汽车燃油替代能源方面的应用[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
6 薛重阳;;VPSA技术在干气回收氢气的应用[A];炼厂制氢、废氢回收与氢气管理学术交流会论文集[C];2008年
7 胡勋;吕功煊;;乙酸水蒸汽重整制氢催化剂的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
8 马媛媛;张建生;王瑞燕;庞志成;高志明;;碳酸钡及其负载催化剂上甲烷氧化偶联反应制C_2烃和氢气[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
9 马春景;卢立义;李应成;;乙苯脱氢中氢气的选择性氧化技术研究进展[A];第四届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2007年
10 张品;王艳丽;刘钟栋;韩杰;白红超;;浅论淀粉的能源转化技术[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 何俊;中变气脱碳提氢技术 成功应用[N];中国石化报;2010年
2 亿牧;俄研制出从混合气体中分离出氢气的装置[N];大众科技报;2002年
3 本报记者 覃泽文;氢气金属化能源潜力无限[N];中国能源报;2009年
4 周勇刚;BP与GE联合开发氢气发电[N];中华工商时报;2006年
5 曹亚杰;加强我市充灌氢气球安全 管理 保护人民生命安全[N];辽源日报;2010年
6 朱凯;不能忽视庆典安全[N];中国安全生产报;2006年
7 记者 顾钢;可产生大量氢气的绿藻问世[N];科技日报;2006年
8 金秋;能源巨头竞相研究氢能应用[N];中国化工报;2006年
9 记者 潘国良 通讯员 赵海晶;“火山口”上的铿锵玫瑰[N];中国石油报;2009年
10 记者 李安定;用玉米和氢气开汽车[N];新华每日电讯;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王志方;天然气制乙炔工艺的氢能利用与多联产系统[D];北京化工大学;2008年
2 吕永康;等离子体热解煤制乙炔及热力学和动力学分析[D];太原理工大学;2003年
3 孙强;氢气生物学效应系列研究[D];第二军医大学;2011年
4 黄正国;基质隔离—红外光谱和量化计算研究金属原子与甲醇及乙炔的反应[D];复旦大学;2004年
5 耿辉;超声速燃烧室中凹腔上游横向喷注燃料的流动、混合与燃烧特性研究[D];国防科学技术大学;2007年
6 田原宇;煤的化学族组成初步研究及其在煤等离子体热解制乙炔中的应用[D];太原理工大学;2004年
7 李明东;以煤层气为冷却剂的等离子体裂解煤制乙炔方案研究[D];清华大学;2004年
8 尤希凤;光合产氢菌群的筛选及其利用猪粪污水产氢因素的研究[D];河南农业大学;2005年
9 孙士恩;焦炉煤气与气化煤气基焦炭、化工与动力多联产系统及集成机理[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
10 林湖;多联产CCS的全生命周期综合评价与系统集成研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 季海焦;长周期光纤光栅氢气传感器研究[D];燕山大学;2009年
2 贺学文;天然气蒸汽转化—PSA联合制氢中转化反应器模型研究及系统开发应用[D];北京化工大学;2001年
3 杨志冠;LaNi_5和活性炭混合物储氢研究[D];天津大学;2005年
4 苑塔亮;超临界水中生物质气化制氢实验研究[D];大连理工大学;2006年
5 王斌;柴油机掺氢关键技术及实验研究[D];浙江大学;2008年
6 陈惊波;变压吸附法净化氢气的研究[D];南京工业大学;2005年
7 张挺;气敏传感器用于变压器油中溶解气体在线监测系统的研究[D];华中科技大学;2005年
8 濮亚俊;氢气振荡操作制备宽峰聚乙烯的研究[D];浙江大学;2006年
9 刘闯;柴油机燃用乳化油节油新途径的实验研究[D];清华大学;2006年
10 罗义文;热等离子体裂解天然气制纳米炭黑和乙炔的机理研究[D];四川大学;2002年
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