基于MDEA的烟气SO2捕集过程工艺参数和能量集成分析

有机胺吸收法是一种高效环保型烟气脱硫技术,而从系统工程的角度对烟气SO₂捕集工艺的分析、优化和能耗评估尚未有详细报道。对N-甲基二乙醇胺（MDEA）为吸收剂的烟气SO₂捕集过程工艺进行研究,考察了MDEA浓度、温度、SO₂解吸率对捕集效果的影响规律。结果显示,MDEA溶液浓度为30%（质量）、烟气温度不高于45℃、回流贫液温度不高于41℃时,SO₂吸收效果较好;增加SO₂解吸率是以降低解吸气中SO₂纯度和增大再沸器负荷为代价,水分汽化是再生能耗增高的主要原因。针对吸收剂再生过程能耗大的问题,采用热泵辅助精馏对解吸过程进行能量集成,吸收剂再生能耗可降低47%,年度总费用（TAC）可降低9.93%。本研究对有机胺体系的SO₂捕集系统工业化应用具有重要的指导作用。     

绿氢重构的粉煤气化煤制甲醇近零碳排放工艺研究

在“碳达峰、碳中和”的背景下，传统煤制甲醇工艺存在CO₂排放强度大、能耗高等问题成为制约煤制甲醇工艺发展的瓶颈问题。本研究基于外源性的绿氢，重构粉煤气化煤制甲醇工艺，省掉了空分单元、变换单元，开发了短流程低温甲醇洗单元，提出了粉煤气化集成绿氢的近零碳排放煤制甲醇新工艺。从碳元素利用率、CO₂排放、成本分析等角度对新工艺进行了评价。结果表明，与传统煤制甲醇工艺相比，新工艺碳元素利用率从41.50%提高到95.77%，CO₂直接排放量由1.939降低至0.035 t·(t MeOH)^-1，通过分析H₂价格与碳税对产品成本的影响发现，当氢气价格和碳税分别为10.36 CNY·(kg H₂)^-1和223.3 CNY·(t CO₂)^-1时，两种工艺的产品成本相当。新工艺不仅减少了煤制甲醇过程碳排放，而且可以提高可再生能源就地消纳能力，具有良好的应用前景。     

化学链空分联合化学链制氢的煤制甲醇过程参数优化与分析

我国能源结构决定了以煤为主的甲醇生产路线。传统煤制甲醇过程主要存在过程能量效率低、CO₂捕集能耗高等问题。本文提出了一种化学链空分联合化学链制氢的煤制甲醇新过程，以降低能耗、二氧化碳排放及提高能源效率。化学链空分技术的集成可以替代传统煤制甲醇过程的空气分离单元，并在一定程度上降低能耗。化学链制氢技术的集成，一方面可以替代水煤气变换装置，并且可以极大程度降低二氧化碳捕集能耗；另一方面，化学链制氢技术还可生产用于调整合成气氢与碳比的氢。本文对新过程的核心单元进行了参数优化以及全流程的模拟，基于模拟对新过程的性能进行了分析，结果表明新过程与传统的煤制甲醇过程相比，空分和二氧化碳捕集能耗分别降低了41%和89%。同时，新过程的能量效率提高了18%，二氧化碳排放量降低了45%。     

膜分离捕集燃煤电厂烟气CO2过程优化设计

全球CO₂的排放量不断升高,导致气候问题频发。“双碳”目标下,如何高效、低成本地捕集燃煤电厂烟气CO₂已经成为迫在眉睫的问题。传统的化学吸收法由于能耗高、成本高、溶剂易挥发等问题严重制约了其发展,而膜法碳捕集因为其操作简单、能耗低、环境污染小等优势被认为是最有前景的捕集方式。本文以PI中空纤维膜为分离膜,建立和求解了气体分离膜模型。并以燃煤电厂烟气CO₂为捕集目标,利用多岛遗传算法求解了膜分离捕集CO₂工艺的不同配置,并优化了分离过程中的关键参数(膜面积、操作压力)。结果显示：在二级膜分离工艺中,二级一段膜分离工艺的第一级膜和第二级膜操作压力分别为5.8 bar和7.1 bar,第一级膜和第二级膜的面积分别为448000 m²和180000 m²时,单位捕集成本为27.36 USD/t CO₂。与二级二段膜分离以及其他几种传统的CO₂捕集方法(MEA法、相变吸收法)相比,二级一段膜分离捕集CO₂的捕集成本和能耗均最小。本研究将为CO₂捕集实现低能耗和低成本化提供依据。     

油页岩与煤路线制油的技术经济分析和比较

液体燃料广泛应用于交通、物流和生活等行业,然而液体燃料的生产严重依赖石油。我国石油资源相对贫乏,石油对外依存度高达60%。为减少对石油的依赖,我国正积极开发石油替代资源,特别是油页岩和煤炭。但迄今少有文献报道对油页岩与煤路线生产液体燃料过程进行全面的技术经济分析和比较。本文通过对油页岩制油和煤制油分别进行建模和模拟,根据模拟从能效、投资和成本等方面对这两种路线进行分析和比较。结果表明油页岩制油的能效比煤制油低5个百分点,因为油页岩制油的原料利用率低,产品收率低。经济方面,油页岩制油的固定投资为63.34元/GJ,相比煤制油节省70%,因为油页岩制油流程短,设备结构简单。但油页岩制油的原料消耗大,生产1t液体燃料消耗24.5t油页岩,所以其成本相比煤制油仅节省6%。     

油页岩开发利用技术及系统集成的研究进展

油页岩作为一种非常规能源,储量巨大,是最具潜力的石油替代资源之一。将油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电、页岩油气提质、灰渣生产建材和化工品等工艺技术进行集成,可提升能效、改善经济效益,符合我国能源发展战略需求,具有广阔应用前景。本文专题论述在油页岩开发利用过程中主要关键单元技术,系统集成技术的现状及研究进展。为深入研究和高效环保开发利用油页岩资源提供理论和技术基础。     

煤热解制油和油页岩制油技术评述与比较分析

近年来，以煤热解为龙头制燃料油和油页岩制燃料油作为战略储备能源生产路线得到了快速的发展。评述和比较了典型煤热解制油与油页岩制油技术。对比分析表明：生产每吨燃料油，需消耗11.4 t低阶煤或24.5 t油页岩。煤热解制油水耗是油页岩制油的1.4倍。经济方面，煤热解制油和油页岩制油投资分别为6510和5716元/吨燃料油；生产成本分别为3887和4217元/吨燃料油；通过计算不同原料价格下相对于国际原油价格的盈亏平衡点，得出煤热解制油和油页岩制油的盈亏平衡点分别在59~68 USD·bbl^-1和71~76 USD·bbl^-1之间变化。煤热解制油和油页岩制油路线各有优劣，仍需完善相关技术和延伸产业链，可从干馏炉、系统集成、综合利用、多联产等方面寻求突破。     

基于酸度系数（pKa）模型的胺法SO2捕集过程多目标效能分析

筛选高SO₂吸收容量、低解吸能耗的吸收剂是提高胺基烟气SO₂捕集工艺应用潜力的重要途径。本研究采用SMD连续溶剂化模型和密度泛函理论在M05-2X/6-31G*基组水平上预测了5种有机二胺类物质的pK_a,基于预测的pK_a建立起吸收剂对SO₂吸收容量和解吸反应热的数学模型,以探讨有机二胺-酸-水三元体系吸收剂捕集SO₂过程中的效能关系。结果表明,数学模型符合工程精度要求。二胺的SO₂吸收容量和脱质子反应焓都随pK_a增大而增加,筛选有机胺吸收剂展现出对SO₂吸收容量和反应焓的多目标矛盾性特征;量化了5种二胺的SO₂循环吸收容量和解吸反应热的数值关系,在相同SO₂循环容量条件下,5种二胺中羟乙基哌嗪（HEP）的解吸热最小,HEP为有机二胺-酸-水三元体系中的一种潜力二胺类吸收剂。     

不同CO2捕集技术的CO2耦合绿氢制甲醇工艺研究

大量的化石燃料燃烧导致温室气体排放增加,全球气候变暖。世界各国以全球协约的方式减排CO₂,我国也由此提出“碳达峰·碳中和”目标。CO₂捕集以及转化制液体燃料和化学品是双碳目标下行之有效的碳减排措施之一,不仅可以实现CO₂的资源化利用,同时也缓解了国家能源安全问题。本文以燃煤电厂烟气CO₂捕集和CO₂合成甲醇为研究对象,分析了基于四种不同CO₂捕集技术的CO₂耦合绿氢制甲醇工艺。对四种不同CO₂捕集技术的CO₂制甲醇工艺进行了严格的稳态建模和模拟,分析和比较了不同CO₂捕集技术情景下的CO₂制甲醇工艺的技术和经济性能。结果表明,MEA、PCS、DMC和GMS情景的单位甲醇能耗分别是7.81、5.48、5.91和4.66 GJ/ t CH₃OH,GMS情景的单位能耗最低,其次是PCS情景,但随着更高效相变吸收剂的开发,PCS情景的单位甲醇产品的能耗将降低至2.29~2.58 GJ/t CH₃OH。四种情景的总生产成本分别是4314、4204、4279和4367 CNY/ t CH₃OH,PCS情景的成本最低,更具有经济优势。综合分析表明PCS情景的性能表现最好,为可用于燃煤电厂最佳的碳捕集技术,为CO₂高效合成燃料化学品提供方向,缓解化石燃料短缺和环境污染问题。     

油页岩炼制过程技术经济分析

我国油页岩资源储量大, 开发油页岩可以缓解我国石油短缺问题。但迄今少有研究对现有的油页岩炼制的能量利用情况和经济效益进行系统量化分析。本文以油页岩典型炼制工艺:抚顺炉工艺和瓦斯全循环炉工艺为案例, 对两种工艺建模和模拟, 根据模拟结果分析两种工艺物流和(火用)流情况, 分析单元中质量损失和(火用)损失的组成和主要因素。基于物流和能流对两种工艺进行经济性能分析。结果表明:以油页岩处理量为418t/h为基准规模, 抚顺炉工艺的(火用)损失比瓦斯全循环炉工艺的(火用)损失高出19.5%;经济方面, 瓦斯全循环炉工艺投资费用为16.9亿元, 较抚顺炉工艺的投资费用高5.1亿元, 但是瓦斯全循环炉工艺多生产5.4t/h页岩油和84.8MW电力, 所以其投资利润率为18.6%, 较后者提高了10个百分点。