基本信息
- 項目名稱：
- 以CO2為氣化劑的煤氣化新工藝及新型煤資源運輸利用模型的研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本文提出了以CO2替代水蒸氣作為煤氣化氣化劑的新工藝，利用煤氣化過程將CO2轉化為CO，并結合我國煤資源運輸和利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出了新型煤炭運輸和利用模型，解決我國煤炭利用及運輸中的問題。
- 詳細介紹：
- CO2作為全球溫室氣體的主要成分之一，排放量越來越大，針對CO2難處理、難利用的特點，本發(fā)明提出了以CO2替代水蒸氣作為煤氣化氣化劑的新工藝，利用煤氣化過程將CO2轉化為CO，并結合我國煤資源運輸和利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出了新型煤炭運輸和利用模型，解決我國煤炭利用及運輸中的問題。本文通過實驗驗證了高溫條件下CO2替代水蒸氣作為煤氣化氣化劑的動力學可行性，運用Aspen Plus進行了熱力學平衡模擬、驗證并論證了CO2資源化利用，CO2減排和節(jié)水的經(jīng)濟和環(huán)境效益。新型煤炭利用模型提出在西部產(chǎn)煤地進行大規(guī)模氣化生產(chǎn)，通過管道運輸合成氣至需煤地區(qū)，進行發(fā)電和化工生產(chǎn)。這一構想優(yōu)化了我國的能源產(chǎn)業(yè)結構，減輕了鐵路運輸壓力，減少了用煤帶來的污染，提升了煤炭資源的能源利用率，并實現(xiàn)了系統(tǒng)內燃合成氣發(fā)電廠的CO2零排放。
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作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 發(fā)明的目的： 1.實現(xiàn)CO2資源化利用。 2.基于煤氣化新工藝提出煤資源運輸和利用新模型，減輕鐵路運煤負擔，減輕用煤對環(huán)境造成的污染。 發(fā)明的基本思路： 1.通過實驗驗證新工藝的動力學可行性，得出用CO2取代水蒸氣作為氣化劑在高溫的條件下動力學上可行。 2.利用Aspen Plus進行模擬計算，驗證了新工藝的熱力學可行性。 3.結合我國能源分布利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出新型煤資源運輸和利用模型，并對其進行計算和分析。 發(fā)明的創(chuàng)新點： 1.本發(fā)明中研究了高溫下（1300-1500℃）反應的動力學特征（傳統(tǒng)1200℃以下）。本發(fā)明首次利用Aspen plus模擬了以CO2為氣化劑時的煤氣化平衡結果。 2.本發(fā)明提出了一種實現(xiàn)零排放的燃氣發(fā)電廠方案，實現(xiàn)了CO2的轉化，突破了現(xiàn)有IGCC零排放模型中只能實現(xiàn)CO2的分離和儲存的瓶頸。 3.本發(fā)明設計了新型煤資源運輸利用模型，解決了目前煤炭運輸和利用中的存在的諸多問題。 技術關鍵： 1.在1300-1500℃CO2為氣化劑煤氣化的實驗研究。 2.在模擬中對Gibbs反應器進行平衡限定校正。 3.煤資源運輸和利用模型中的物料守衡，熱量守衡。 主要技術指標： 1.新工藝下氣化，燃氣發(fā)電，整體發(fā)電效率47% 2.氣化1噸煤轉化CO2 1.3 噸，生產(chǎn)合成氣2.55噸 3.新工藝冷煤氣效率86.5% 4.新工藝合成氣CO含量78.75% 5.新工藝氣化中節(jié)水600kg/t煤
科學性、先進性
- 1.新工藝輸送合成氣進行發(fā)電，發(fā)電效率提高到47%，相比普通的燃煤發(fā)電效率33-34%，提高12%。 2.新工藝循環(huán)利用CO2作為氣化劑，實現(xiàn)了CO2的減排，采用CO2作為氣化劑氣化1噸煤可利用1.3t左右CO2，有效地實現(xiàn)了CO2的減排。目前國際上CO2的利用途徑不能從根本上實現(xiàn)CO2的減排。 3.新工藝采用CO2替代水蒸氣作為氣化劑，實現(xiàn)了節(jié)約用水，節(jié)約資源的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)煤氣化工藝以水蒸氣為氣化劑進行反應，氣化1噸煤耗水近600kg，但水資源的缺乏限制了目前煤氣化在西部產(chǎn)煤地的發(fā)展。CO2取代水蒸氣作為氣化劑后，使煤氣化反應過程中不再耗水。 4.新工藝設計了一種零排放燃氣發(fā)電廠的設計方案，并實現(xiàn)了將CO2轉變?yōu)镃O的資源化利用。IGCC現(xiàn)有的零排放模型主要可分為五種，但都只是實現(xiàn)了CO2的分離和儲存，沒有實現(xiàn)將CO2轉化為CO的資源化利用。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年4月，第九屆“奮進杯”大學生科技學術作品競賽一等獎 2011年6月，第十二屆上海市大學生課外學術科技作品競賽二等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 磁盤 圖片 錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 1.產(chǎn)煤地建立以CO2為氣化劑的煤氣化中心。 2.鋪設輸送合成氣體的管道和CO2回輸管道。 3.在需煤地建設以合成氣為燃料的零排放燃氣發(fā)電廠。 技術特點和優(yōu)勢： 1.CO2代替水蒸氣作為煤氣化劑，既實現(xiàn)了CO2的大規(guī)模資源化利用又提升了煤氣化的冷煤氣效率。 2.基于新工藝設計出的煤資源運輸和利用模型可以實現(xiàn)燃氣電廠的零排放。 3.新型煤資源運輸和利用模型解決了目前煤炭運輸和利用中的存在的諸多問題。 市場分析及經(jīng)濟效益預測： 1.新工藝開發(fā)煤炭清潔轉化、開創(chuàng)碳循環(huán)利用新科學，符合“十二五”規(guī)劃的相關要求，具有政策優(yōu)勢。 2.新工藝采用電廠煙道氣中的CO2為氣化劑，降低了合成氣的成本。發(fā)電效率高出燃煤發(fā)電14%左右，將產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益。 3.基于新工藝的新型煤資源輸送和利用模型，用輸送合成氣來部分取代運煤，將鐵路原有的運力用于運輸運價率高的物資，具有潛在的經(jīng)濟效益。 4.用清潔的合成氣取代用煤，從源頭上實現(xiàn)了煤的清潔利用，減少了廢氣處理費用。
同類課題研究水平概述
- 1.基于煤氣化的CO2減排研究現(xiàn)狀 CO2減排已成為了全球公共關注的重大問題。目前主要通過提升燃料利用效率，改變燃燒過程，CO2富集后注入深海、油井填埋等措施來實現(xiàn)CO2減排。以上措施能耗巨大，對CO2濃度要求高，技術不成熟，短期內不可能實現(xiàn)。因此，基于煤氣化的CO2減排是目前公認的一種有效的CO2減排途徑。目前基于煤氣化的CO2減排的研究，主要分為基于IGCC的零排放煤基能源系統(tǒng)，以CO2接受體氣化法為基礎的零排放系統(tǒng)和化學鏈式煤氣化零排放煤基能源系統(tǒng)三種模式。 以上所有系統(tǒng)僅僅解決了CO2的分離問題，分離后的CO2處理形式均為暫時封存，并沒有實現(xiàn)CO2的資源化利用。 2. 以CO2為氣化劑的煤氣化研究現(xiàn)狀 2.1以CO2為氣化劑的煤氣化實驗室研究現(xiàn)狀 目前，以CO2為氣化劑的煤氣化技術已經(jīng)有了系統(tǒng)的實驗室研究，并有很多學者對反應過程建立了可靠的反應動力學模型。目前國內外存在九種反應動力學模型，其中被廣泛接受的是由PIERO SALATINO提出的孔隙性反應模型，從微孔滲透的角度對反應動力學過程進行研究，得出C與CO2的反應在較低溫度（<1000℃）下，氣體反應通常處于動力學區(qū)，而在高溫條件下反應處于擴散區(qū)，反應速率有明顯上升。 2.2以CO2為氣化劑的煤氣化裝置研究現(xiàn)狀 完全使用CO2取代水蒸氣作為煤氣化氣化劑，目前還沒有工業(yè)應用，但已經(jīng)有CO2取代N2作為煤粉輸送氣，CO2部分取代水蒸氣作為氣化劑的工業(yè)應用實例，河南省中原大化集團以CO2作氣化劑，在殼牌煤氣化裝置實現(xiàn)平穩(wěn)運行，并可增產(chǎn)甲醇200噸?；烊隒O2的煤的富氧燃燒研究，在美國EERC and ANL,、加拿大CANMET、日本IHI等都已經(jīng)有中試裝置，并取得了很好的實驗結果，這些實驗結果也可以間接指導和解釋煤氣化工藝過程。 3.我國煤炭運輸及管道輸氣現(xiàn)狀概述 很多學者分析我國鐵路、公路、水路和管道等運煤方式的基礎上，提出應在進一步完善鐵路和公路運煤通道建設的同時，大力提高水路煤炭運輸能力，并從長遠考慮重視發(fā)展煤炭管道運輸。將煤加水制成煤漿進行運輸，我國已有一條此煤運輸管道即山西婁煩尖山煤礦一太（原）鋼管道，另一條孟(縣)一濰(坊)一青(島)輸煤管道已獲國家批準立項。
