收藏本站
《中国科学院研究生院(工程热物理研究所)》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

CO_2捕集能耗最小化机理及煤制天然气动力多联产系统

李胜  
【摘要】:解决能源利用与环境协调相容的难题是二十一世纪能源科学研究的重要课题。为解决传统煤制天然气系统的能量利用难点以及目前能源动力系统CO2捕集能耗高、成本高的普遍难题,本学位论文在工程热物理与化工学科交叉层面,开展了能源系统化学能梯级利用和CO2分离的耦合机理研究,煤制天然气动力多联产系统集成研究以及成本潜力分析。 在机理层面,从燃料转化过程中吉布斯自由能利用思路出发,探索了燃料转化过程中吉布斯自由能损失规律与C02的富集机制,建立并阐明了吉布斯自由能利用和CO2分离能耗之间的耦合关系,进而揭示了利用吉布斯自由能实现CO2捕集能耗最小化的机理。研究表明,通过燃料的适度转化,可避免燃料转化过程过高的吉布斯自由能损失,并且能够富集C02,实现燃料化学能梯级利用和降低CO2分离功的双重目的。 基于CO2捕集能耗最小化机理,提出了回收CO2的化工未反应气适度循环型煤制天然气化工动力联产系统,分析了联产系统的热力性能、节能机理以及特性规律。结果表明,相对于IGCC+CC和SNG分产系统,回收CO2的天然气动力联产系统具有良好的节能效果,在设计条件下系统能源利用效率59.7%,相对节能率19.5%;系统最佳效率可达62.0%,相对节能率最高达21.5%。通过适度循环,回收CO2的联产系统能够避免SNG化工合成能耗随转化率急剧上升的现象,并能够实现C02的富集,在燃料化学能梯级利用的同时能够低能耗的捕集CO2,且存在最佳化工循环倍率,使得联产系统热力性能最佳。联产系统相对于IGCC和SNG分产系统的吉布斯自由能收益可弥补C02的分离功,甚至负能耗代价捕集CO2。与回收C02的甲醇电力多联产系统相比,回收CO2的天然气动力多联产系统C02分离前浓度约高5个百分点,CO2的单位捕集能耗更小。 围绕多联产系统,分析了回收CO2联产系统的成本下降潜力,揭示了国产化、效率提升、装机规模对成本下降潜力的贡献。目前,联产系统的比投资约为1700$/kW,空分系统、煤气化系统和联合循环系统的投资成本占联产系统总投资的60%以上,尤其是煤气化系统的投资,超过系统总投资的30%。联产系统的折合SNG生产成本为0.18~0.36$/Nm3。与IGCC+CC系统和SNG单产系统相比,在产品输出相同的情况下,联产系统的总投资比分产系统略高,年总成本比分产系统约低3.8%;与IGCC和SNG单产系统比,联产系统CO2捕集成本约为7.9$/t,能够实现低成本的CO2捕集。当前,通过国产化措施,联产系统的比投资可下降约29.4%,大型气化技术、SNG合成技术和高性能燃气轮机技术的国产化程度相对偏低,是未来国产化的关键。联产系统总规模、技术进一步国产化和系统效率的提升将对联产系统成本下降起重要作用,通过成本学习,联产系统的比投资可下降到700~1100$/kW,低于IGCC+CC系统,甚至能够低于PC+CC系统。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ546

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈光文,李淑莲,袁权,焦凤君;钾助剂对Rh/Al_2O_3催化富氢条件下CO选择氧化反应性能的影响[J];催化学报;2005年09期
2 江琦,邓国才,陈荣悌,黄仲涛;二氧化碳甲烷化催化剂研究Ⅱ.制备条件及助剂对催化剂性能的影响[J];催化学报;1997年01期
3 李新春;孙永斌;;二氧化碳捕集现状和展望[J];能源技术经济;2010年04期
4 金碚;资源与环境约束下的中国工业发展[J];中国工业经济;2005年04期
5 殷亚宁;;燃煤电站富氧燃烧及二氧化碳捕集技术研究现状及发展[J];锅炉制造;2010年06期
6 秦旭东;李正西;宋洪强;吴锡章;;浅谈低温甲醇洗和NHD工艺技术经济指标对比[J];化工技术与开发;2007年04期
7 王松岭;张学镭;陈海平;周兰欣;;基于深冷技术的空气分离系统仿真研究[J];华北电力大学学报;2006年01期
8 李丽波,徐国林;二氧化碳甲烷化催化剂制备方法的研究[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2003年03期
9 张宗飞;汤连英;吕庆元;章卫星;何正兆;毕东煌;;基于Aspen Plus的粉煤气化模拟[J];化肥设计;2008年03期
10 晏双华;双建永;胡四斌;;煤制合成天然气工艺中甲烷化合成技术[J];化肥设计;2010年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘卫东;朱艳;;循环经济理论与我国产业结构调整[J];北方论丛;2007年05期
2 顾光临;邹海魁;马乐;初广文;付纪文;陈建峰;;乙醇胺为主体的CO_2吸收剂的复配研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2010年03期
3 张春子;王卫泽;涂善东;;水煤浆喷嘴温度场和应力场分析及涂层材料应用[J];中国表面工程;2010年04期
4 金碚;;From Concept to Implementation:A Scientific Concept of Development[J];China Economist;2007年01期
5 陈志;;Current Picture for China's Mineral Resource Availability[J];China Economist;2008年02期
6 马煜;;国际资源环境新变化及中国的发展模式转变[J];中国城市经济;2011年24期
7 王芳;吕功煊;;Na-Rh/γ-Al_2O_3催化剂的表征及其对CO选择氧化的催化性能[J];催化学报;2007年01期
8 李霞;杨霞珍;唐浩东;刘化章;;载体对合成气制甲烷镍基催化剂性能的影响[J];催化学报;2011年08期
9 孙立成;周德群;胡荣华;;区域FEEEP系统协调发展研究——基于DEA方法的实证分析[J];财经研究;2008年02期
10 李钢;陈志;金碚;;“资源约束下经济增长”的经济学解释[J];财贸经济;2007年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘滔;顾恺成;李进科;王兴军;于广锁;王辅臣;;沉淀法制备Cu-Co基甲烷化催化剂的实验研究[A];上海市化学化工学会2011年度学术年会论文集[C];2011年
2 晏水平;陈竞翱;艾平;王媛媛;张衍林;;基于新型膜CO_2吸收技术的沼气净化实验研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
3 王建武;;Aspen Plus平台气化模拟简介[A];巨化集团公司化工学会论文集(九)[C];2011年
4 李忠正;;造纸工业循环经济与节能、减排、降耗[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
5 裴婷;王宁波;高俊文;;煤制天然气催化剂研究进展[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
6 杨艳琳;许淑嫦;;中部崛起中的产业转型分析[A];科技支撑 科学发展——2009年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛文集[C];2009年
7 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
8 李莹;王从厚;党延斋;曹忠民;;膜分离集成工艺在天然气脱碳中的应用[A];第四届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2010年
9 赵伟杰;许正宇;王渊;;循环流化床过程的流程模拟[A];以石油焦/煤为燃料的大型CFB锅炉优化与环保技术研讨会论文集[C];2005年
10 朱玲;王金渠;樊栓狮;;水合物膜法捕集烟道气中CO_2新技术[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 石金明;典型煤种热解气化特性研究[D];华中科技大学;2010年
2 鞠付栋;煤的气化反应行为及气化为基础的先进能源动力系统研究[D];华中科技大学;2010年
3 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年
4 刘亚敏;新型固体胺吸附分离烟气中二氧化碳[D];浙江大学;2011年
5 郑皎;生活垃圾流化床气化特性的实验研究与模型预测[D];浙江大学;2009年
6 许慎启;煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究[D];华东理工大学;2011年
7 闫正兵;内部热耦合空分塔的建模与优化研究[D];浙江大学;2010年
8 黄蕙萍;提升企业可持续竞争力的产业环境规制研究[D];武汉理工大学;2010年
9 严晓建;江苏省沿海潮间带风电产业综合评价研究[D];中国地质大学(北京);2011年
10 张琳;中国能源消费与经济增长关系的实证研究[D];西北大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谷小虎;义马煤气化反应性研究[D];河南理工大学;2010年
2 洪惠芬;石化多相流管道系统冲蚀预测及应用软件开发[D];浙江理工大学;2010年
3 刘文燕;煤气甲烷化催化剂的研究[D];华东理工大学;2011年
4 吴颜;炼油厂含油污泥与高硫石油焦混合制浆共气化的研究[D];华东理工大学;2011年
5 战书鹏;水蒸汽和氢气气氛下褐煤固定床催化气化实验研究[D];华东理工大学;2011年
6 卢珊珊;气流床煤气化灰渣的特性研究[D];华东理工大学;2011年
7 胡贤辉;合成气制天然气镍基催化剂的研究[D];华东理工大学;2011年
8 詹雪新;合成气甲烷化反应器及其回路的模拟[D];华东理工大学;2011年
9 徐超;基于J-103H催化剂的合成气甲烷化研究[D];华东理工大学;2011年
10 张宁;二氧化碳在有机胺中吸收及解吸动力学研究[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 辛勤,张慧,薛俊,郭燮贤;CO在Pt/Al_2O_3催化剂上歧化的研究[J];催化学报;1981年02期
2 胡泽善,张量渠,郭慎独;La_2O_3对天然气蒸汽转化Ni/α-Al_2O_3催化剂性能的影响[J];催化学报;1992年02期
3 李增喜,陈霄榕;贵金属铂对镍基催化剂上萘转化性能的影响[J];催化学报;2003年04期
4 王爱菊,钟顺和;La_2O_3对NiCu/MgSiO催化剂的甲烷部分氧化制氢反应性能的影响[J];催化学报;2004年02期
5 唐晓兰,张保才,李勇,辛勤,申文杰;用于CO选择氧化反应的新型Pt-Fe/Al_2O_3催化剂(英文)[J];催化学报;2005年01期
6 王松蕊;林伟;朱月香;谢有畅;陈经广;;单层分散型Pt/Ni双金属催化剂的制备及其C=C和C=O催化加氢性能[J];催化学报;2006年04期
7 宋焕玲;杨建;赵军;丑凌军;;CO_2在高分散Ni/La_2O_3催化剂上的甲烷化[J];催化学报;2010年01期
8 江琦,邓国才,陈荣悌,黄仲涛;二氧化碳甲烷化催化剂研究Ⅰ.担载型Ⅷ族金属催化剂的性能[J];催化学报;1997年01期
9 江琦,邓国才,陈荣悌,黄仲涛;二氧化碳甲烷化催化剂研究Ⅱ.制备条件及助剂对催化剂性能的影响[J];催化学报;1997年01期
10 刘源,钟炳,彭少逸,秦永宁;钾助剂对Cu/ZrO_2合成甲醇催化剂活性的影响[J];催化学报;1998年02期
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 本报记者 于猛;[N];人民日报;2005年
2 国土资源部信息中心 阎卫东 丁晓红;[N];中国黄金报;2005年
3 安邦集团研究总部;[N];中国经营报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 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
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 钟战铁;有机胺溶液吸收二氧化碳基础研究[D];浙江大学;2002年
2 王建强;300MW电站锅炉富氧燃烧的数值模拟与分析[D];华北电力大学(河北);2008年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 刘洁,段远源,文盖雄;二甲醚多联产系统的能量分析[J];燃气轮机技术;2005年02期
7 冷雪峰;潘卫国;王文欢;沈敏强;顾先青;章玲;胡深亚;;煤气化及其多联产系统技术的发展现状[J];上海电力学院学报;2009年02期
8 张爱英;;现代煤化工发展模式的选择[J];河北化工;2011年05期
9 梁浩楣;;多联产系统研究进展[J];广东化工;2010年08期
10 张勇,倪维斗,李政;钢铁工业绿色能源系统研究[J];冶金能源;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 晋国栋;杨宁;姚建中;李静海;;煤炭多联产系统气化炉流场数值模拟[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
2 马晓迅;;以“煤催化热分解—煤焦气化耦合技术”为核心的煤炭多联产系统[A];第三届全国化学工程与生物化工年会邀请报告[C];2006年
3 倪维斗;;以煤气化为核心的多联产系统[A];《中国的绿色的发展道路——节能、减排、循环经济》专家论坛论文集[C];2009年
4 徐钢;李洪强;韩巍;金红光;;天然气基多联产系统研究进展[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年
5 周丽;胡晓;胡山鹰;金涌;;基于煤气化多联产的生态工业系统探讨[A];生态工业工程与循环经济——第一届循环经济与生态工业学术研讨会论文集[C];2006年
6 颜卓勇;梁钦锋;郭庆华;于广锁;于遵宏;代松涛;李兴龙;;多喷嘴对置式气化炉内温度分布的实验研究[A];上海市化学化工学会2007年度学术年会论文摘要集[C];2007年
7 谢克昌;;煤利用技术研发现状及发展趋势[A];中国煤炭资源现状与勘探开发利用技术进展及环境保护——中国地质学会、中国煤炭学会煤炭田地质专业委员会2004年学术交流会论文集[C];2004年
8 李毛;;认真研究与应用多联产技术 努力探索煤炭企业发展循环经济新模式[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
9 王俊宏;常丽萍;;我国洁净煤节能技术研究进展[A];2006年石油和化工行业节能技术研讨会会议论文集[C];2006年
10 甄恩明;蔡正达;王文红;;浅论生物质气化发电技术及在云南省和东南亚国家的应用潜力[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 关世太 特约记者 金彪;煤炭气化多联产的优势在哪[N];中国化工报;2006年
2 特约记者 石新忠;多联产:推进煤炭高效清洁利用[N];中国化工报;2006年
3 石新忠;多联产格局将延伸山西煤化工产业链[N];中国环境报;2005年
4 石新忠;多联产 煤炭清洁利用的必然选择[N];中国环境报;2006年
5 天歌;崭新的能源蓝图浮出水面[N];山西日报;2005年
6 本报记者 赵国清 通讯员 卞松林;“电力航母”亮相滨水新城[N];沈阳日报;2006年
7 记者 呼跃军 实习记者 吕海波;中外专家力推多种“洗煤”技术[N];中国化工报;2009年
8 本报记者 司建楠;攻关大型综采装备 煤炭业科技投入待提高[N];中国工业报;2007年
9 本报记者 张星宙 陆文辉;长期能源短缺求解 煤气化多联产待推[N];中国电力报;2006年
10 本报记者 刘宝亮;煤的现代化利用很迫切[N];中国经济导报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 张学镭;焦炉煤气合成甲醇和发电系统关键技术研究[D];华北电力大学(河北);2007年
4 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
5 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
6 陈斌;化工动力多联产系统及化学能梯级利用机理研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2007年
7 李洪强;生物质与天然气基及其互补的多联产系统集成开拓研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2009年
8 赵中友;整体煤气化煤气、热、电多联产系统性能分析与优化研究[D];大连理工大学;2008年
9 黄智贤;天然气能源化工产品链的系统分析与评价[D];华南理工大学;2007年
10 张彦威;热化学硫碘开路循环联产氢气和硫酸系统的基础问题研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张晋;以煤气化为核心的多联产系统的能量分析[D];清华大学;2003年
2 王兮璐;煤化工多联产系统优化的遗传算法研究[D];西安科技大学;2009年
3 薛永锋;气化过程对多联产系统能量利用率作用的分析[D];大连理工大学;2006年
4 张向荣;合成氨—动力多联产系统初步研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
5 邢秀峰;驰放气燃烧特性的实验研究[D];太原理工大学;2007年
6 潘健斌;多联产中粗煤气基本燃烧特性的实验研究[D];太原理工大学;2008年
7 乔红飞;多联产中不同成分粗煤气的基本燃烧特性的研究[D];太原理工大学;2007年
8 王进;IGCC多联产系统能量利用的研究[D];太原理工大学;2007年
9 闫江涛;弛放气燃烧特性的实验研究[D];太原理工大学;2008年
10 张夏博;煤多联产能源系统热经济学分析[D];浙江大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026