基本信息
- 项目名称：
- 以CO2为气化剂的煤气化新工艺及新型煤资源运输利用模型的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本文提出了以CO2替代水蒸气作为煤气化气化剂的新工艺，利用煤气化过程将CO2转化为CO，并结合我国煤资源运输和利用的现状及发展趋势，提出了新型煤炭运输和利用模型，解决我国煤炭利用及运输中的问题。
- 详细介绍：
- CO2作为全球温室气体的主要成分之一，排放量越来越大，针对CO2难处理、难利用的特点，本发明提出了以CO2替代水蒸气作为煤气化气化剂的新工艺，利用煤气化过程将CO2转化为CO，并结合我国煤资源运输和利用的现状及发展趋势，提出了新型煤炭运输和利用模型，解决我国煤炭利用及运输中的问题。本文通过实验验证了高温条件下CO2替代水蒸气作为煤气化气化剂的动力学可行性，运用Aspen Plus进行了热力学平衡模拟、验证并论证了CO2资源化利用，CO2减排和节水的经济和环境效益。新型煤炭利用模型提出在西部产煤地进行大规模气化生产，通过管道运输合成气至需煤地区，进行发电和化工生产。这一构想优化了我国的能源产业结构，减轻了铁路运输压力，减少了用煤带来的污染，提升了煤炭资源的能源利用率，并实现了系统内燃合成气发电厂的CO2零排放。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的目的： 1.实现CO2资源化利用。 2.基于煤气化新工艺提出煤资源运输和利用新模型，减轻铁路运煤负担，减轻用煤对环境造成的污染。 发明的基本思路： 1.通过实验验证新工艺的动力学可行性，得出用CO2取代水蒸气作为气化剂在高温的条件下动力学上可行。 2.利用Aspen Plus进行模拟计算，验证了新工艺的热力学可行性。 3.结合我国能源分布利用现状及发展趋势，提出新型煤资源运输和利用模型，并对其进行计算和分析。 发明的创新点： 1.本发明中研究了高温下（1300-1500℃）反应的动力学特征（传统1200℃以下）。本发明首次利用Aspen plus模拟了以CO2为气化剂时的煤气化平衡结果。 2.本发明提出了一种实现零排放的燃气发电厂方案，实现了CO2的转化，突破了现有IGCC零排放模型中只能实现CO2的分离和储存的瓶颈。 3.本发明设计了新型煤资源运输利用模型，解决了目前煤炭运输和利用中的存在的诸多问题。 技术关键： 1.在1300-1500℃CO2为气化剂煤气化的实验研究。 2.在模拟中对Gibbs反应器进行平衡限定校正。 3.煤资源运输和利用模型中的物料守衡，热量守衡。 主要技术指标： 1.新工艺下气化，燃气发电，整体发电效率47% 2.气化1吨煤转化CO2 1.3 吨，生产合成气2.55吨 3.新工艺冷煤气效率86.5% 4.新工艺合成气CO含量78.75% 5.新工艺气化中节水600kg/t煤
科学性、先进性
- 1.新工艺输送合成气进行发电，发电效率提高到47%，相比普通的燃煤发电效率33-34%，提高12%。 2.新工艺循环利用CO2作为气化剂，实现了CO2的减排，采用CO2作为气化剂气化1吨煤可利用1.3t左右CO2，有效地实现了CO2的减排。目前国际上CO2的利用途径不能从根本上实现CO2的减排。 3.新工艺采用CO2替代水蒸气作为气化剂，实现了节约用水，节约资源的经济效益。传统煤气化工艺以水蒸气为气化剂进行反应，气化1吨煤耗水近600kg，但水资源的缺乏限制了目前煤气化在西部产煤地的发展。CO2取代水蒸气作为气化剂后，使煤气化反应过程中不再耗水。 4.新工艺设计了一种零排放燃气发电厂的设计方案，并实现了将CO2转变为CO的资源化利用。IGCC现有的零排放模型主要可分为五种，但都只是实现了CO2的分离和储存，没有实现将CO2转化为CO的资源化利用。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月，第九届“奋进杯”大学生科技学术作品竞赛一等奖 2011年6月，第十二届上海市大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型 图纸 磁盘 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 1.产煤地建立以CO2为气化剂的煤气化中心。 2.铺设输送合成气体的管道和CO2回输管道。 3.在需煤地建设以合成气为燃料的零排放燃气发电厂。 技术特点和优势： 1.CO2代替水蒸气作为煤气化剂，既实现了CO2的大规模资源化利用又提升了煤气化的冷煤气效率。 2.基于新工艺设计出的煤资源运输和利用模型可以实现燃气电厂的零排放。 3.新型煤资源运输和利用模型解决了目前煤炭运输和利用中的存在的诸多问题。 市场分析及经济效益预测： 1.新工艺开发煤炭清洁转化、开创碳循环利用新科学，符合“十二五”规划的相关要求，具有政策优势。 2.新工艺采用电厂烟道气中的CO2为气化剂，降低了合成气的成本。发电效率高出燃煤发电14%左右，将产生直接经济效益。 3.基于新工艺的新型煤资源输送和利用模型，用输送合成气来部分取代运煤，将铁路原有的运力用于运输运价率高的物资，具有潜在的经济效益。 4.用清洁的合成气取代用煤，从源头上实现了煤的清洁利用，减少了废气处理费用。
同类课题研究水平概述
- 1.基于煤气化的CO2减排研究现状 CO2减排已成为了全球公共关注的重大问题。目前主要通过提升燃料利用效率，改变燃烧过程，CO2富集后注入深海、油井填埋等措施来实现CO2减排。以上措施能耗巨大，对CO2浓度要求高，技术不成熟，短期内不可能实现。因此，基于煤气化的CO2减排是目前公认的一种有效的CO2减排途径。目前基于煤气化的CO2减排的研究，主要分为基于IGCC的零排放煤基能源系统，以CO2接受体气化法为基础的零排放系统和化学链式煤气化零排放煤基能源系统三种模式。 以上所有系统仅仅解决了CO2的分离问题，分离后的CO2处理形式均为暂时封存，并没有实现CO2的资源化利用。 2. 以CO2为气化剂的煤气化研究现状 2.1以CO2为气化剂的煤气化实验室研究现状 目前，以CO2为气化剂的煤气化技术已经有了系统的实验室研究，并有很多学者对反应过程建立了可靠的反应动力学模型。目前国内外存在九种反应动力学模型，其中被广泛接受的是由PIERO SALATINO提出的孔隙性反应模型，从微孔渗透的角度对反应动力学过程进行研究，得出C与CO2的反应在较低温度（<1000℃）下，气体反应通常处于动力学区，而在高温条件下反应处于扩散区，反应速率有明显上升。 2.2以CO2为气化剂的煤气化装置研究现状 完全使用CO2取代水蒸气作为煤气化气化剂，目前还没有工业应用，但已经有CO2取代N2作为煤粉输送气，CO2部分取代水蒸气作为气化剂的工业应用实例，河南省中原大化集团以CO2作气化剂，在壳牌煤气化装置实现平稳运行，并可增产甲醇200吨。混入CO2的煤的富氧燃烧研究，在美国EERC and ANL,、加拿大CANMET、日本IHI等都已经有中试装置，并取得了很好的实验结果，这些实验结果也可以间接指导和解释煤气化工艺过程。 3.我国煤炭运输及管道输气现状概述 很多学者分析我国铁路、公路、水路和管道等运煤方式的基础上，提出应在进一步完善铁路和公路运煤通道建设的同时，大力提高水路煤炭运输能力，并从长远考虑重视发展煤炭管道运输。将煤加水制成煤浆进行运输，我国已有一条此煤运输管道即山西娄烦尖山煤矿一太（原）钢管道，另一条孟(县)一潍(坊)一青(岛)输煤管道已获国家批准立项。
