不同煤气化过程的FT合成油-电多联产模拟计算

设计并模拟了以Shell, GSP, Texaco煤气化为气头的FT合成油-电多联产系统,考察了三者的系统特性. 结果表明,在入炉煤量为1000 t/h的条件下,其合成油(包括柴油、石脑油和LPG)产量分别为318.56, 318.42和285.79 t/h,但FT合成96%的CO转化率使其发电量均不足以满足系统自身的用电,尾气发电仅相当于回收了原料煤热值近2%的能量. 以Shell技术为气头的多联产系统具有最高的系统热效率(47.65%),Texaco技术为气头的多联产系统具有最低的系统热效率,比前者低6.5%左右. 3种方案捕获的CO2分别相当于回收了进入系统全部碳含量的58.69%, 58.65%, 59.55%.     

基于CO_2捕集的煤基费托合成油-动力多联产系统分析

为了研究多联产在节能和减排方面的表现,应用Aspen模拟软件设计并模拟了3个不同工艺路线多联产系统。运用有效能理论计算并分析了各多联产系统总效率及各子系统损失,同时计算了碳捕集率和排放率。得出当化工端合成气分流比分别为25%(案例-1)、75%(案例-2)、100%(案例-3)时,费托(FT)合成油的值分别为1039.02MW、2928.91MW以及3905.22MW,发电的值分别为2596.1MW、1235.4MW以及476.4MW,系统总效率分别为42.80%、49.87%以及52.46%。多联产系统的损失主要分布在伴随着化学转化的气化过程、FT合成过程和分离过程。随着化工端合成气分流比的增加,二氧化碳的捕集率从79.36%减少到52.98%,而排放的碳单质也从占输入系统总碳量的5.32%下降到3.01%。结果表明:系统总效率随着合成气的化学转化程度增大而增大,化工端比动力端对系统效率有更大影响;串联型多联产与并联型多联产相比能够更加高效、合理地利用能量;随着合成气用于化工端的比例增加,碳排放随之减少。     

费托合成油驰放气利用方案技术经济分析

利用Aspen Plus流程模拟软件模拟了300万t规模合成油项目驰放气制备LNG(液化天然气)及LNG-合成氨联产流程,在此基础上分析了两种方案的技术经济指标.结果表明,LNG单产项目温室气体CO2的排放量比LNG-合成氨联产项目少4.94万t/a,能源利用效率比联产项目高22.2%,利润少164万元/a～165万元/a.综合比较了CO2排放量、能效及利润,得出LNG单产项目技术经济指标优于LNG-合成氨联产项目.     

以Shell气化为气头的二甲醚-电多联产系统分析

设计了以Shell气化为气头的两步法生产二甲醚(DME)、联合循环发电的多联产系统,并对带尾气循环和一次通过的2个案例进行了模拟计算.结果表明,带尾气循环使煤化学能的60.87%用以生产DME,具有较高的热效率,但发电量低,不能满足系统自身的用电需求;一次通过以发电为主,煤化学能的24.93%转化为电能,DME产量低,热效率较带尾气循环的方案低5.24%.可以通过调节尾气循环比在生产DME和发电之间取得平衡.2种方案可捕获CO2 1682.26 t/h,占进入系统总碳量的57.82%.     

浅议煤基多联产

对煤基多联产总汇、并联型IGCC与甲醇多联产、串联型IGCC与甲醇多联产和串并联型IGCC与甲醇多联产的技术方案与特点进行了比较。认为“十二五”期间,在我国建设大型IGCC与甲醇多联产装置示范工程已具备了充足的条件。     

浅议煤基多联产

对煤基多联产总汇、并联型IGCC与甲醇多联产、串联型IGCC与甲醇多联产和串并联型IGCC与甲醇多联产的技术方案与特点进行了比较。认为“十二五”期间，在我国建设大型IGCC与甲醇多联产装置示范工程已具备了充足的条件。     

煤基液体燃料-电多联产系统元素利用与节能性分析

煤基液体燃料与电力生产的集成是实现煤炭利用与洁净化生产的可行方案之一。本文通过计算两种不同集成特征的煤基液体燃料-电多联产系统的碳、氢元素利用率以及节能率,分析了多联产系统的元素利用和能量转换规律。结果表明,元素利用率和节能率均随循环比r的增加而增大。未反应气体循环可以有效提高元素利用率,同时使节能性增强。采用水煤气变换的循环串联多联产系统具有最佳的节能效率和元素利用率,最大节能率达19.45%,比无水煤气变换过程的循环串联多联产系统最大节能率高5.62%。且在化动比λ为3.89时,碳、氢利用率分别达到峰值,为29.08%以及37.89%。但当0.52≤λ≤1.94时,两种多联产系统具有相近的碳利用率,此时无变换多联产系统能达到最优的氢利用率为32.97%,比相同条件下有变换多联产系统高3.50%。     

浅议煤气化技术的选择

原化集团有限责任公司在已有80kt/a合成氨和40kt/a串联醇及60kt/a并联醇的基础上，计划再上一套100kt/a低压并联醇项目。为使低压并联醇项目达到高技术水平，拟采用4．5～5MPa压力等级，接在高压机4段出口，既降低原料气压缩机能耗，又降低循环机能耗。由于甲醇生产要求造气供含氮很低的水煤气(最好CO≥40％，H2≥50％)，     

添加聚乙烯的煤部分气化电-气联产系统分析

设计并模拟了以循环流化床技术为龙头的煤部分气化电-气并联型联产系统,研究了不同聚乙烯添加比例、不同分流比的系统特性。结果表明,随着聚乙烯占比的增大,煤炭相对节省率相应提高,而整体多联产系统的热效率则在聚乙烯占比约为25%时达到最大值59.5%;随着气电分流比的增大,系统的热效率也增大,在聚乙烯占比为25%的系统中,气电分流比为0∶1时,系统热效率高出传统的IGCC系统2%。     

基于水蒸气气化的天然气动力多联产系统热力性能分析

我国能源结构呈现"富煤缺油少气"的特点,以煤气化技术为核心的天然气动力多联产系统在我国有广泛的应用前景。然而目前基于传统气化技术构建的煤基多联产系统在能源利用效率进一步提升方面存在限制。以水蒸气气化工艺为核心,集成了带有热化学回热单元的、高效的串并联综合型天然气动力多联产系统,并在Aspen Plus中搭建了系统模型,基于热效率、相对节能率和■效率等指标分析了该系统的能量利用特性。结果表明,与基于传统气化的天然气动力多联产系统相比,新系统的热效率和■效率分别提升了5.5%、5.8%。同时,对于不同的分流比存在最佳的化工岛未反应气循环倍率使系统热力性能最优,分流比为0.5、0.7、0.9、1.0时,对应的最佳循环倍率分别是4.8、4.4、4.3、4.0;串联型多联产较串并联综合型多联产系统能更合理地利用能量,串联型多联产系统在最佳循环倍率时的热效率、相对节能率和■效率分别达到68.06%、20.24%、69.43%;■分析表明,该系统■损失最大的部分主要分布在气化单元和联合循环单元,两项损失分别为17.0%、6.3%,占比分别达到总■损失的49.4%、18.3%。基于热化学回热型水蒸气气化技术的多联产系统,具有较高的能量利用效率和碳减排效果,可以为煤的高效低碳利用提供一种有效的节能方式。     

Process analysis for polygeneration of Fischer-Tropsch liquids and power with CO2 capture based on coal gasification

This paper designs four cases to investigate the performances of the polygeneration processes, which depend on the commercially ready technology to convert coal to liquid fuels (CTL) and electricity with CO₂ sequestration. With Excel-Aspen Plus based models, mass and energy conversion are calculated in detail. The simulation shows that the thermal efficiency is down with the synfuels yield decrease though the electricity generation is increased. It also suggests that the largest low heat value (LHV) loss of coal occurs in the gasification unit. From the comparison of the four cases, prominent differences of coal energy transition appear in water-gas shift (WGS) units, Fischer-Tropsch (FT) synthesis and combined cycle processes. CO₂ capture and vent are discussed and the results show that the vent amount of CO₂ increases with the increase of percentage of the syngas going to produce electricity. The results also show that the ratio of carbon captured to total carbon increases from 58% to 93% which is an important contribution to cutting down the greenhouse gas vent.     

一种煤基多联产碳循环系统的设计及评价

将高密度三塔式循环流化床(TBCFB)应用于串并联综合型多联产系统,提出一种基于碳循环的流程与参数共优化的煤基多联产系统,促进低阶煤资源的高质高效转化。碳循环体现在两方面,一是系统以热解煤气循环作为热解气氛,提高了焦油产率,实现低阶煤高质化转化;二是在TBCFB使用富氧燃烧,提高了烟气中二氧化碳浓度,将烟气替代氮气直接用于燃气轮机发电工质,减少了氮气消耗。利用Aspen Plus对全系统进行模拟,对多联产系统进行物料、能量和?衡算,研究未反应合成气循环比和烟气注入量对过程的影响;以能量利用效率为优化目标,对煤基多联产碳循环系统的操作条件寻优。结果表明,动力单元注入气体使用烟气时,煤基多联产碳循环系统的能量利用效率达49.7%,高于用氮气作为热解气氛的传统煤基多联产系统,相比传统的单产系统,煤基多联产系统的能量可节约13%,对于年处理30万吨煤的系统,折合减少二氧化碳排放量为14.9万吨/年。     

炭黑/P123双重模板体系原位组装梯度孔材料

采用炭黑/P123(聚环氧乙烯醚 聚环氧丙烯醚 聚环氧乙烯醚三嵌段聚合物,即EO_20O₇₀EO₂₀,平均相对分子质量5800)双重模板剂,对Y型分子筛前驱体进行组装合成了具有原位梯度孔及高水热稳定性的材料。FT-IR结果表明,组装过程将Y型分子筛的初级和次级结构单元引入分子筛的孔壁之中。BET和TEM结果表明,材料具有相互贯通的梯度孔道(0.39 nm-3.8 nm-6.5 nm-19.9 nm),比表面积693 m²·g^-1,孔容1.89ml·g^-1。在800℃、100％水蒸气处理2 h和4 h后,比表面积保留率分别为80.1%和35.1%,孔容保留率分别为45.0%和25.4%。为重油大分子的催化裂化提供了一种具有潜在应用价值的材料。     

不同运行方式对多阳极型微生物燃料电池反硝化及产电性能的影响

利用多阳极型微生物燃料电池（multi-anode microbial fuel cell,MA-MFC）实现生物阴极反硝化过程,分别考察了阴极和多阳极之间不同连接方式、开路或闭路状态、阴极是否存在碳源以及电阻值的大小对MA-MFC的产电性能及反硝化过程的影响。当MA-MFC的阴极存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为64.35%,明显高于开路状态下同样时间内的硝酸盐氮去除率（45.89%）。当MA-MFC的阴极不存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为17.49%,而开路状态下的硝酸盐氮浓度没有变化。此外,MA-MFC采用并联方式运行时的产电性能和硝酸盐氮去除速率比采用串联方式运行时大幅提高。而在外电阻为100Ω时,MA-MFC在串联或并联状态下均能够达到最高的硝酸盐氮去除率及较高的产电性能。综合上述条件,发现当MA-MFC处于闭路状态、采用并联方式运行、阴极无碳源以及外电阻为100Ω时,能够实现最佳的硝酸盐氮去除率和最大输出功率,分别为94.21%、2.07W/m³。     

Simulation of a Lignite‐Based Polygeneration System Coproducing Electricity and Tar with Carbon Capture

Lignite‐based polygeneration systems for coproducing tar and electricity with and without carbon capture and storage (CCS) were proposed and simulated. Predried lignite was pyrolyzed into coal gas, tar, and char. Coal gas was fired in a gas turbine after the cleanup process, while char was combusted in circulating fluidized‐bed (CFB) boilers. The polygeneration plant without CCS turned out to be more efficient than the conventional CFB power plant, suggesting that the former is a promising and efficient option to utilize lignite resources. Moreover, the performance and emissions of polygeneration plants with and without CCS were compared. It was shown that the more CO₂ is captured, the larger energy penalty it will cost. Therefore, a trade‐off should be made between low emissions and high efficiency.     

Modeling and optimization of polygeneration energy systems

The forecasted shortage of fossil fuels and the ever-increasing effect of greenhouse gas (GHG) emissions on global warming and environmental stability are two international problems with major technical, economic and political implications in the 21st century. Therefore, it is urgent to restructure present energy production and utilization systems in order to ensure that fossil fuels are used with high efficiency and low to zero emissions. Polygeneration energy systems combine power generation and chemical fuel synthesis in a single plant (producing both electricity and fuels) and thus provide a promising alternative pathway towards achieving sustainable and flexible economic development. Mixed-Integer programming (MIP) is useful in constructing long-term decision models that are suitable for investment planning and design of polygeneration infrastructure systems. This paper presents a model for the investment planning of a polygeneration energy system and a case study addressing a system for production of methanol and electricity in China during the period from 2010 to 2035. It contains five different feedstocks and twelve polygeneration technologies.     

双气头多联产系统的Aspen Plus实现及工艺过程优化(Ⅱ) 工艺操作参数分析

在所建立的以二甲醚和电力为主要目标产品并副产甲醇的多联产系统流程基础上,以化工产品产率优化及二氧化碳减排为目的,以甲醇当量产率、二甲醚产量和CH4/CO2转化率作为全流程优化的目标函数,对包括CH4/CO2催化重整单元和二甲醚(甲醇)合成单元在内的两个关键单元流程进行整体优化处理,同时分析了一步法二甲醚合成反应体系间的协同作用,得到了重整反应器和合成反应器的优化操作参数和最佳焦炉煤气与气化煤气进料流量比。     

3D-Printed Flexible Piezoresistive Sensors for Stretching and Out-of-Plane Forces

Conductive polymer composites (CPCs) of carbon nanotubes (CNTs) and graphite nanosheet (GNP)-filled thermoplastic polyurethane (TPU) are 3D-printed into flexible piezoresistive sensors via fused filament fabrication. The sensor, with a customized lever-cross structure, allows detection of stretching and out-of-plane forces of different magnitudes and frequencies. The out-of-plane force direction is obtained by combing the relative electrical resistance change in the cross section of the sensor with a force analysis. The 75-CNT/25-GNP sensor (CNT-to-GNP mass ratio of 75%-to-25%) demonstrates excellent sensing performance at a total nanoparticle loading of 3 wt%. The linearity of the 75-CNT/25-GNP sensor is 0.98, while those of the 100-CNT and 50-CNT/50-GNP sensors are 0.93 and 0.86, respectively. The gauge factor of the 75-CNT/25-GNP sensor is 52% higher than that of the 100-CNT sensor, and its sensing strain range is 79% above that of the 50-CNT/50-GNP sensor. Excellent sensing stability is demonstrated for the 75-CNT/25-GNP sensor after 1500 stretching (out-of-plane force) cycles. The synergistic effect of CNTs and GNPs on sensing performance of piezoresistive sensors is clearly shown in this study.