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对于CO_2捕集能耗最小化机理与煤制天然气动力多联产系统学士

收藏本文 2024-04-09 点赞:6528 浏览:16142 作者:网友投稿原创标记本站原创

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探讨的重要课题。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分离的耦合机理探讨,煤制天然气动力多联产系统集成探讨以及成本潜力浅析。在机理层面,以燃料转化历程中吉布斯自由能利用思路出发,探讨了燃料转化历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联系,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。探讨表明,通过燃料的适度转化,可避开燃料转化历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,浅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的联产系统能够避开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,且有着最佳化工循环倍率,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,浅析了回收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。关键词:燃料化学能与物理能综合梯级利用论文CO_2捕集论文多联产论文SNG论文学习曲线论文

    摘要5-7

    Abstract7-12

    第一章 绪论12-31

    1.1 课题探讨背景及作用12-13

    1.2 能源动力系统CO_2捕集/分离技术国内外探讨进展13-21

    1.3 煤制替代天然气探讨进展21-29

    1.3.1 甲烷化技术探讨进展综述浅析21-26

    1.3.2 国内外煤制天然气项目进展26-28

    1.3.3 煤制天然气联产系统探讨进展综述浅析28-29

    1.4 本论文的探讨目的和内容29-31

    第二章 燃料化学能梯级利用与低能耗捕集CO_2机理31-57

    2.1 低能耗捕集CO_2的基本原则和思路31-34

    2.1.1 当前能源利用技术和CO_2制约所有着的不足和潜力31-33

    2.1.2 利用吉布斯自由能低能耗捕集CO_2的基本思路33-34

    2.2 燃料□、热□、吉布斯自由能与CO_2分离功的基本关联与品位方程34-35

    2.3 吉布斯自由能变化与CO_2分离功的耦合机理35-39

    2.4 典型燃料转化历程的吉布斯自由能损失规律39-43

    2.4.1 燃料转化历程口损失与CO_2生成、定向迁移、扩散历程□损失的关联联系39-41

    2.4.2 CO_2生成历程吉布斯自由能损失的基本规律41-42

    2.4.3 CO_2定向迁移历程吉布斯自由能损失的基本规律42

    2.4.4 CO_2扩散历程吉布斯自由能损失的基本规律42-43

    2.5 典型燃料转化历程的吉布斯自由能损失和CO_2分离功耦合规律43-49

    2.5.1 CO_2生成阶段吉布斯自由能损失和CO_2分离功耦合规律44-46

    2.5.2 CO_2定向迁移阶吉布斯自由能损失和CO_2分离功耦合规律46-49

    2.6 多联产系统CO_2捕集能耗规律浅析49-56

    2.6.1 联产系统CO_2捕集能耗方程49-50

    2.6.2 联产系统CO_2捕集能耗规律浅析50-56

    2.7 小结56-57

    第三章 适度循环型煤基天然气动力多联产系统57-93

    3.1 煤制天然气单产系统的能量利用难点58-60

    3.2 全调整适度循环型多联产系统60-80

    3.2.1 系统集成思路及流程描述60-61

    3.2.2 各单元数学模型及其验证61-67

    3.2.3 系统热力性能及节能机理67-77

    3.2.4 系统性能特性规律浅析77-80

    3.3 无调整适度循环型多联产系统80-90

    3.3.1 系统集成思路与流程描述80

    3.3.2 联产系统热力性能及节能机理80-84

    3.3.3 无调整适度循环型联产系统特性规律84-90

    3.4 天然气动力联产系统与甲醇动力联产系统性能比较90-92

    3.5 小结92-93

    第四章 回收CO_2的煤基天然气动力多联产系统93-112

    4.1 回收CO_2的适度循环型天然气动力多联产系统集成原则93-94

    4.2 回收CO_2的天然气动力联产系统热力性能及节能机理94-105

    4.2.1 典型参比系统介绍及系统评价指标94-95

    4.2.2 回收CO_2的联产系统热力性能浅析95-99

    4.2.3 联产系统口平衡及节能机理99-101

    4.2.4 联产系统特性规律浅析101-105

    4.3 天然气动力多联产系统CO_2富集机制和捕集能耗浅析105-111

    4.3.1 联产系统化工合成历程吉布斯自由能损失规律和CO_2富集规律105-106

    4.3.2 天然气动力多联产系统CO_2捕集能耗浅析106-108

    4.3.3 天然气动力联产系统CO_2捕集能耗与醇电联产系统CO_2捕集能耗比较108-111

    4.4 小结111-112

    第五章 联产系统经济性能及成本下降潜力浅析112-140

    5.1 成本浅析要素及策略112-115

    5.2 回收CO_2的联产系统经济性能及关键设备国产化程度115-124

    5.2.1 经济性基本检测设115-116

    5.2.2 联产系统经济性能与分产系统经济性能比较浅析116-122

    5.2.3 联产系统国内外经济性比较及关键设备国产化程度122-124

    5.3 回收CO_2的联产系统成本学习机制及下降潜力浅析124-139

    5.3.1 联产系统成本学习机制124-132

    5.3.2 联产系统成本下降潜力132-136

    5.3.3 国产化、效率提升对成本下降的作用136-139

    5.4 小结139-140

    第六章 结论140-142

    6.1 论文的主要成果140-141

    6.2 论文的主要革新之处141-142

    主要符号表142-143

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