双气头互补的多联产系统集成机理与特性规律

化工动力多联产系统是通过系统集成把化工生产过程和热力循环有机地整合在一起,在完成发电等热工功能的同时,生产化工产品,从而同时实现多领域功能与性能目标。文章从多能源互补与多种产品联产系统的本质特征和能的综合梯级利用思路出发,研究双气头互补的多联产系统集成机理与方法,关注焦炉煤气富氢和气化煤气富炭的特点,借助双气头混合互补手段优化C/H比组分的调整,实现低能耗共制合成气。在系统集成机理研究基础上进行两类(双气头重整和无重整)典型联产系统概念性设计,通过模拟分析揭示了双气头互补的联产系统特性规律,还借助于平衡分析和EUD方法揭示了联产系统节能本质和关键因素。     

太阳能高温热化学与甲烷互补的多联产系统

本文基于高温太阳能热化学等温法循环分解H_2O或CO_2制备H_2或CO,通过在其下游加入甲烷进行重整及部分氧化反应,在进行余热余气回收的同时实现了甲醇动力多联产,提出三种系统方案并进行了能耗及效率分析。结果表明,等温法同时分解水和CO_2的甲醇动力多联产系统,可以取消水煤气变换反应及CO_2的分离单元,进行合理的热回收后达到太阳能甲醇转换效率为30.52%,制取甲醇的净太阳能能耗为65.25 GJ/t,甲烷单耗为25.74 GJ/t。采用甲烷互补的甲醇动力多联产可取代超高温换热器以及甲醇合成过程的自备电厂,与仅有太阳能作为输入的高温太阳能热化学双温法制取甲醇相比,效率可提升两倍。     

近零排放双燃料多功能系统特性规律分析及优化

本文对煤/天然气双燃料氢电联产多功能系统进行了特性规律分析.从燃料互补和能量综合梯级利用角度,分析了重整条件、氢气分离率对系统节能率的影响,以及多功能系统特征参数的变化规律,得到了新系统可以提高燃料化学能利用效率,同时可以降低CO2分离能耗的结论.在能量利用上的优势和对CO2的有效控制,使得新系统相对参考系统可以实现低能耗分CO2.     

焦炭和甲醇/动力多联产系统集成与特性

本文提出了一个新型的焦炭和甲醇/动力多联产系统,新系统在焦炉子系统中采用煤炭燃烧替代焦炉煤气燃烧;在合成气制备过程采用焦炉煤气与气化煤气共制合成气,取消了重整反应和变换反应;在合成单元中采用了部分未反应气再循环方式.新型联产系统具有较高的热力性能,系统节能率高达22%.对新系统的(火用)分析结果表明:采用煤炭燃烧替代焦炉煤气燃烧,取消重整单元,以及合成煤气与焦炉煤气共制合成气是系统性能提升的关键所在.总之,新系统进一步拓展了煤基多联产,将为洁净煤技术指引一个新的方向.     

中温太阳能驱动甲烷化学链重整冷热电系统及性能研究

针对高温太阳能与天然气热化学互补分布式能源系统存在聚光比高、互补反应温度高、变工况性能不稳定的技术瓶颈,本文探索了一种能实现主动调控的中温太阳能与天然气互补的化学链重整冷热电联产系统。利用约500℃太阳热能驱动天然气基-氧化镍化学链重整,生成合成气太阳能燃料,通过燃气轮机冷热电联产系统,实现中温太阳能与天然气综合梯级利用.研究结果表明:在设计点工况条件下,系统的总能效率可达到80.9%,太阳能集热面积节约率达到53.2%,太阳能净发电效率可达27.3%.分析了关键参数如NiO和甲烷摩尔比(Ni/C)和太阳辐照强度(DNI)对系统热力学性能的影响。     

太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统

基于不同用能系统整合和能的综合梯级利用思路,研究提出一种新颖的太阳能甲醇重整制氢-发电联产系统.将太阳能甲醇重整制氢与发电有机整合,不仅合理地利用中低温太阳能,同时实现甲醇重整制氢弛放气的综合利用.新的联产系统具有优良的热力性能,化石能源的相对节能率达到29%,制氢单位能耗降低为0.85 GJ/GJ-H2.研究表明,减小能量转化传递过程的品位差和合理利用太阳能热是系统节能的关键所在.研究成果将为太阳能多功能能源系统发展提供新方案与新思路.     

新型甲醇重整–化学链氢电联产系统热力学分析

本文提出了一种新颖的甲醇重整–化学链发电制氢联产系统。该系统利用化学链燃烧氧化反应的显热给甲醇重整制氢部分提供反应热,充分利用了甲醇重整制氢的驰放气,同时实现了Fe_2O_3高温热的合理利用,使新系统内部能量品位的匹配变得更加合理。重整反应部分温度为250℃左右时,该新型联产系统的效率达到了61.8%,展现出了良好的热力学性能。本文对该系统进行了分析,并以常规制氢和化学链燃烧耦合发电系统为参照进行了对比,研究了其性能。新系统的效率较高,同时实现了CO_2的无能耗分离。     

生物质气化-天然气重整-甲醇动力多联产系统特性分析

本文根据生物质能源具有的自身特点,提出一个适合生物质能源利用的新型多联产系统.在原有天然气基甲醇生产系统中增加生物质气化子系统,充分利用天然气-水蒸气重整与生物质气化制取合成气中碳氢有效成分互补的特点,通过合理配气满足最佳的甲醇合成要求,因此屏蔽掉了变换,补碳,脱碳等分产必需的工艺过程,同时借助动力系统实现未反应气的合理利用,在满足较高的甲醇产率前提下降低了化工产品能耗,动力系统借助化工过程克服燃料燃烧过程品位损失过大的难题,是组分对口分级转化能量梯级利用的本质体现.针对不同天然气生物质输入比情况下合成气一次性通过,以及最佳输入比情况下未反应气适度循环两种方案,本文分别进行了深入分析,具有8%～14%的节能潜力.为生物质能的高效应用以及缓解能源危机提供了一条有效的途径.     

甲醇--动力联产系统热功转换过程分析

在联产系统能量和物质转换过程模拟和分析的基础上,重点研究了热功转换过程及其与甲醇合成过程的相互影响.得到部分联产率对系统输出功、甲醇合成压缩机耗功、甲醇产量、合成塔副产蒸汽的影响.并对比了动力独立生产系统和部分联产系统供电效率.     

煤与天然气适度转化的甲醇-动力联产系统

本文开拓性地提出了一个新型煤和天然气综合利用、甲醇和电力联产的能源动力系统。新系统采用了燃料化学能适度转化的方法,煤先和纯氧与蒸汽发生部分气化反应,适度转化成合成气和半焦,碳转化率约为50%;半焦在天然气/水蒸气重整反应器中燃烧,为重整反应提供反应热;将甲醇生产系统与联合循环发电系统有机整合,来自煤和天然气的合成气先用于甲醇生产,未反应合成气用作发电燃料。研究表明在相同产出条件下,多功能系统比分产系统少消耗10%左右的化石燃料。本文工作为煤和天然气综合高效利用提供了新途径。     

生物质基甲醇动力多联产系统(火用)分析

本文提出一个基于生物质气化的甲醇-动力多联产系统.该系统突出特色在于取消了变换过程,取消重整过程,并且适度循环未反应合成气,通过耦合化工与动力过程实现化学能的组分对口、分级转化以及物理能梯级利用原则.通过对系统分析(火用)结果表明,该系统与分产系统(独立甲醇生产系统,生物质气化联合循环)相比,节能高达10个百分点,该系统为生物质未来应用提供一个新的途径.     

二甲醚/动力多联产系统初步研究

本文针对两步法二甲醚/动力多联产系统进行了研究。通过对两步法二甲醚生产和动力两个系统的分析整合,使用ASPEN对流程进行了模拟计算,考察了两步法DME和IGCC联产系统的特性。发现两步法DME-IGCC联产与两步法:DME和IGCC分产相比,折合热转功效率提高了5.66个百分点,折合合成能耗下降了26.05％,相对节能率为8.46％。     

天然气水蒸气重整甲醇动力串联型多联产系统性能分析与优化

本文重点对一个基于天然气的甲醇与动力联产系统的关键参数进行了系统性能影响性、规律性分析研究.在之前的研究工作中,根据化学能、物理梯级利用原理,提出了基于天然气部分重整的化工动力多联产系统,相比独立的分产化工与动力系统,可以节省10%左右的原料输入,相应的研究成果发表在2007年的Energy杂志上面(2007,33:2...     

中低温太阳能-甲醇重整互补供能系统动力学提升与系统优化

本文考察了中低温-甲醇重整互补制氢及其与高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)结合的中低温太阳能-甲醇重整互补发电系统,并分析、优化了两供能系统的性能。从动力学性能优化角度,研发了一种适用于甲醇重整制氢反应的新型复合金属氧化物纳米催化剂,并测试了不同反应物体积流量与反应温度下的催化剂性能。基于动力学实验结果,模拟了太阳能-甲醇重整互补供能系统的性能。模拟结果显示,在太阳直射辐照强度为1000 W·m^-2、反应物体积流量为1.70 mL·min^-1时,采用新型纳米催化剂的互补制氢系统太阳能制氢效率与能量利用总效率分别为52.5%与87.5%,比采用铜锌铝商业催化剂的系统提高了12.4个百分点和3.3个百分点。如将重整产物气用于高温质子交换膜燃料电池发电,则太阳直射辐照强度为10000 W·m^-2、反应物体积流量为1.75 mL·min^-1时,中低温太阳能-甲醇重整互补发电系统太阳能净发电效率(40.9%)比应用商业催化剂的系统提高10.4个百分点。     

确定多联产能量系统产品火用成本的能质因数法

根据"优质优价"原则,提出多联产能量系统产品的单位火用成本Ui与该产品火用的"能质因数"λi的关系为Ui=λieλi;改进完善了多联产能量系统产品的单位火用成本分析的矩阵模式。通过实例计算得到了多联产能量系统产品电、热的单位火用成本,与单产电、单产热的单位火用成本对比,与产品等价分配得到的单位火用成本对比,发现根据"能质因数"确定产品的单位火用成本较为合适。     

利用间冷的甲醇重整制氢-发电联产系统

基于能的梯级利用的思路,本文提出了一种新颖的制氢-发电联产系统.新系统利用空气压缩的间冷热提供甲醇重整反应热,不仅合理地利用低温间冷热,同时实现了甲醇重整制氢弛放气的综合利用.新的联产系统具有优良的热力件能,相对节能率达到4.8%.根据图像(火用)分析方法,阐明了利用间冷热甲醇重整制氰过程删损失减少和间冷热品位提升的机理.本文对新循环进行了分析,并以制氢和发电的分产系统为参照,研究了其性能规律.     

一种新型分布式冷热电联产系统热力学分析

本文对一个多能源互补功冷并供的分布式能源系统进行了热力学性能分析。该系统通过太阳能和甲醇热化学互补以及余热驱动的功冷并供,实现了燃料化学能与物理能的综合梯级利用。对系统及其参比系统进行了品位分析,结果表明系统化石能源相对节能率为35.2%,比参比的常规分布式能源系统提高13.5个百分点。本文提出的新型分布式冷热电联产系统,为多能源互补和梯级利用的能源系统集成提供了新方法。     

太阳能膜反应器燃料制取及联合循环效率分析

膜反应器是一种可在等温条件下连续运行的高效热化学反应器。基于膜反应器的甲烷重整吸热反应可利用太阳能作为热源制备更高热值的合成气,并可作为燃料提供给下游的联合循环进行发电,实现太阳能与化石能源的互补利用。本文对基于透氧膜的太阳能制取合成气系统建立理论研究模型,首先研究制取合成气的效率在不同热回收效率下随H_2O/CO_2比率变化的规律,然后讨论上游膜反应器的合成气产物热回收效率对于系统总发电效率的影响,并得到系统总效率的变化规律。膜反应器与常规甲烷重整反应系统相比,甲烷转化率和产气纯度更高,且燃料产物便于储存和运输。系统总发电效率为39.3%(太阳能聚光温度1200℃),具有实际应用潜力。     

中低温太阳能品位间接提升及系统集成

本文提出了中低温太阳热能品位间接提升的概念、方法和系统集成,其核心是热集成和热化学转换的有机结合。在所提出的太阳能和化石能源综合互补的化学回热循环系统(SOLRGT)中,中低温太阳热能首先提供蒸汽蒸发潜热从而转化为蒸汽内能;其次通过蒸汽参与重整反应进一步转化为合成气化学能,实现品位提升;最后得以在高效的燃气轮机系统中实现热功转换。由于太阳能的引入,燃气轮机透平排气余热回收部分的热匹配得到极大改善,并减少了化石能源消耗;同时,蒸汽产率的增加有助于增进系统化学回热和物理回热收益。系统中太阳能热转功净效率可达26.5%;和常规化学回热循环相比,化石能源节约率可达20%～30%,实现相应数量的CO_2减排,系统中实现了中低温太阳能的高效热功转换和与化石燃料的梯级互补。     

多种金属掺杂的镍基催化剂用于中温重整生物油制氢的设计

一种新的由共沉淀法合成的多种金属(铜、镁、铈)掺杂的镍基混合氧化物催化剂,在250～500 oC用于生物油高效重整制氢. 摩尔比为Ni:Cu:Mg:Ce:Al=5.6:1.1:1.9:1.0:9.9的催化剂表现出较高的催化重整活性,在传统的水蒸气重整模式和500 oC条件下,氢产率达82.8%;电催化重整模式中,在400 oC 和3.1 A,氢产率达91.1%.ECR模式中重整温度和通过催化剂电流促进生物油的重整和热裂解.另外催化剂在300～600 oC显示出较高的水煤气变化反应活性,生物油重整过程中催化剂性质的变化利用ICP、XRD、XPS和BET进行了表征. 生物油重整机理基于基元反应、催化剂表征进行了讨论.