当前位置: 首页 > 学术论文 > 燃气能 > 正文

天然气制乙炔工艺的氢能利用与多联产系统

关注热度:267   来源:新能源学术论文  作者:王志方
相似论文 相关推荐 你可能关注 点击排行 我要评论

【摘要】: 高效、多功能的多联产系统作为可持续发展能源利用技术,是缓解日益严重的资源、能源和环境等多方面的压力,提高能源利用率,建立资源节约型社会的重要手段。 本文依托国家自然科学基金重大研究计划资助,开展天然气基乙炔化工与动力系统集成整合原则和有效途径的研究,旨在揭示氢能转化对包含氢工艺的天然气基多联产系统的作用规律,提出相应的能量集成方法,开拓新颖氢燃料热力循环系统,以及天然气基乙炔与氢能动力有机整合的多联产系统。本文主要研究内容如下: 首先,研究了天然气基乙炔动力多联产系统能量集成的策略,并以逆变换反应这一关键过程研究为基础,提出了氢能间接发电的氢能利用途径。研究了逆变换反应中反应条件对氢气的转化率和吸收所需能量品位的影响规律。提出提高逆变换反应中CO_2与氢气的物质量比,不但可以降低逆变换反应热源的温度,吸收更多的低品位热,而且可以提高氢气的转化率,提高CO的生成量,从而提高系统的能量利用效率。因为在相同的条件下,CO气体比H_2气体燃烧时能够释放出更多的热量。相对于直接利用H_2的动力转化过程,这是间接转化与利用H_2的一种方法。研究认为有效转化和利用天然气基乙炔工艺副产的富氢合成气,是天然气基乙炔动力多联产系统创新的重要途径,也是核心的系统能量集成原则。 提出了一种新的图式热力学分析和集成工具,及其系统能量分析与集成的启示性准则。以氢作为关键化学品,关联氢与多联产系统目的化学品的转化速率以及过程的(火用)变,提出了流量—(火用)变图FED(Flowrate Exergy Diagram),并提出了使用FED进行含氢工艺的天然气基多联产系统能量分析与集成的一系列启示性准则。该方法直观、简明地描述复杂系统中氢或含氢化学品量改变所引起的热力学代价,便于指出能量转换的薄弱环节,提出工艺改进和系统能量集成的方法。 然后,以氢能直接动力转化与间接转化两种途径,开展了下述三个天然气基乙炔动力多联产系统创新: (1)天然气基乙炔工艺与燃料电池多联产系统(氢能直接动力转化)。基于对天然气部分氧化制乙炔工艺和天然气水蒸汽重整制H_2及燃料电池PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)工艺的FED分析和比较,提出了一个新颖的天然气基乙炔与PEMFC多联产系统。新系统将传统合成乙炔工艺中的副产H_2作为PEMFC的H_2源,通过水气变换反应提高H_2产率,并采用催化燃烧和余热锅炉系统回收PEMFC尾气余热。研究了该多联产系统的热力学性能,并利用图式分析工具FED,研究了多联产系统的的物质和能量转化规律,揭示出天然气基乙炔与PEMFC集成的多联产系统氢能转化与能量转换利用之间的集成整合。 (2)天然气基乙炔工艺与氢氧联合循环多联产系统(氢能直接动力转化)。基于对天然气水蒸汽重整制H_2及氢氧联合循环系统的分析研究,应用FED启示性准则和多联产系统集成方法,构思并设计了一种天然气基乙炔与氢氧联合循环多联产系统。研究了该多联产系统的能量转化特性和系统效率,利用FED研究了天然气基乙炔与氢氧联合循环多联产系统的氢能转化和能量集成作用。 (3)天然气基乙炔工艺与逆变换化学回热循环多联产系统(氢能间接动力转化)。构思了一种由氢气CO_3逆变换化学回热、余热制冷和进气冷却构成的新型氢能间接动力转化热力循环。研究了该循环的发电效率等能量转化特性和该循环的热力学性能及其影响参数,并考察了循环压比对系统循环的影响规律,说明新循环实现了氢能的间接高效利用。进而基于对该循环的分析和天然气基乙炔动力多联产的系统能量集成原则,构思并集成了一种新型的天然气基乙炔与逆变换化学回热动力多联产系统,并研究了该多联产系统的能量转化特性和系统能量转换效率。
【关键词】:多联产 乙炔 系统能量集成 热力学分析
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TQ116.2
【目录】:
  • 摘要4-7
  • ABSTRACT7-18
  • 第一章 绪论18-35
  • 1.1 研究背景与意义18-19
  • 1.2 国内外研究进展19-33
  • 1.2.1 天然气制乙炔工艺19-22
  • 1.2.2 氢能与化学回热技术22-28
  • 1.2.3 多联产系统28-31
  • 1.2.4 图式热力学分析方法31-33
  • 1.3 研究内容与目标33-35
  • 第二章 多联产系统中氢能利用理论与方法的初步研究35-52
  • 2.1 多联产系统与氢能利用35-38
  • 2.1.1 多联产系统中的氢工艺35-36
  • 2.1.2 多联产系统中的氢能利用策略36-38
  • 2.2 逆变换反应与氢转换38-41
  • 2.3 多联产系统氢工艺的能量集成41-51
  • 2.3.1 热力学分析和能量集成的理论基础41-43
  • 2.3.2 流量—(火用)变图(FED)43-48
  • 2.3.3 能量集成的启示性准则48-49
  • 2.3.4 FED图式分析法49-51
  • 2.4 小结51-52
  • 第三章 天然气基乙炔与燃料电池多联产系统52-80
  • 3.1 天然气部分氧化法制乙炔工艺模拟及分析52-65
  • 3.1.1 乙炔工艺流程53-55
  • 3.1.2 乙炔工艺模拟55-56
  • 3.1.3 模拟结果与分析56-65
  • 3.2 大然气水蒸汽重整制 H_2与燃料电池工艺模拟及分析65-69
  • 3.2.1 天然气水蒸汽重整制 H_2与燃料电池工艺的模拟65-68
  • 3.2.2 天然气制氢和燃料电池系统的 FED分析68-69
  • 3.3 天然气基乙炔与燃料电池多联产系统69-78
  • 3.3.1 乙炔工艺与燃料电池工艺的能量集成69-70
  • 3.3.2 多联产系统描述与特征70-73
  • 3.3.3 模拟结果和分析73-76
  • 3.3.4 多联产系统的FED的表述76-77
  • 3.3.5 多联产系统与分产系统的比较77-78
  • 3.4 小结78-80
  • 第四章 天然气基乙炔与氢氧联合循环多联产系统80-92
  • 4.1 氢氧联合循环系统模拟及分析80-84
  • 4.1.1 氢氧联合循环系统的模拟80-83
  • 4.1.2 氢氧联合循环系统的FED分析83-84
  • 4.2 天然气基乙炔与氢氧联合循环多联产系统84-91
  • 4.2.1 乙炔工艺与氢氧联合循环的能量集成84-85
  • 4.2.2 多联产系统流程描述与特征85-86
  • 4.2.3 模拟结果和分析86-89
  • 4.2.4 多联产系统的FED的表述89
  • 4.2.5 多联产系统与分产系统的比较89-91
  • 4.3 小结91-92
  • 第五章 天然气基乙炔与逆变换化学回热动力多联产系统92-108
  • 5.1 逆变换化学回热热力循环92-101
  • 5.1.1 新循环构思与流程描述93-94
  • 5.1.2 新循环模拟94-95
  • 5.1.3 模拟结果与分析95-98
  • 5.1.4 新循环热力性能分析98-101
  • 5.2 天然气基乙炔与逆变换化学回热多联产系统101-106
  • 5.2.1 多联产系统流程描述与特征101-104
  • 5.2.2 模拟结果与分析104-106
  • 5.3 小结106-108
  • 第六章 结论108-111
  • 参考文献111-118
  • 附录118-131
  • 附录1 天然气部分氧化法制乙炔工艺文献流程图118-120
  • 附录2 天然气部分氧化法制乙炔工艺基础数据值120-124
  • 附录3 天然气部分氧化法制乙炔热力学分析124-131
  • 致谢131-132
  • 研究成果及发表的学术论文132-133
  • 作者和导师简介133-134
  • 论文答辩委员会决议书134-135


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

操作条件对质子交换膜燃料电池性能的影响    耿东森,岳瑞娟,李培金

燃料电池技术的发展现状    陈彬剑,方肇洪

以煤气化为核心的甲醇、电的多联产系统分析(上)    麻林巍,倪维斗,李政,任挺进

以煤气化为核心的甲醇、电的多联产系统分析(下)    麻林巍,倪维斗,李政,任挺进

煤基氨-动力多联产系统的设计和分析    张向荣;高林;金红光;蔡睿贤;

新型二甲醚-发电多功能系统的设计与分析    刘广建;刘宇;李政;倪维斗;徐恒泳;

水煤气变换反应对多联产系统能源转换效率与温室气体排放的影响    张勇;倪维斗;李政;

甲醇/电多联产系统变工况特性的研究    刘培;高健;李政;

以煤气化为核心的多联产能源系统——资源/能源/环境整体优化与可持续发展    倪维斗,李政,薛元

改进型氢氧联合循环及其性能初步分析    王逊,张世铮,蔡睿贤

煤基多联产系统中动力生产过程的分析    李现勇

煤基能化联产系统集成优化与评价方法    徐振刚

煤基化工—动力多联产系统开拓研究    高林

天然气化工的应用研究进展    朱德春;

质子交换膜燃料电池的研究进展    朱红,许韵华,李战国

应用于质子交换膜燃料电池的数值优化方法    张竹茜;贾力;张欣欣;

二甲醚经济与中国的能源和环境    倪维斗,靳晖,李政,郑洪弢

氢发动机发展现状与展望    王文浅;

质子交换膜燃料电池及其在电动汽车上的应用    范韬;

燃料电池的可视化数值模拟方法应用    单长吉,卓小军,刘祖萍

燃料电池及其相关技术在汽车领域的应用研究    刘翔海

推进电动汽车产业化 实现我国汽车工业跨越式发展    寇发荣,杨英

天然气一段转化催化剂的研究现状及延长其使用寿命的要点    谢天;张务实;

中国煤化工生态工业系统优化与分析    胡山鹰;周丽;金涌;

我国燃料电池技术发展现状概述    余沛亮;

制氢原料完全气体化    刘赟;

家用天然气燃料电池的应用    李帆;

逆水煤气变换反应催化剂的研究进展    张少星;刘全生;王路辉;

碳纤维缠绕铝合金内衬复合材料储氢容器力学分析    郑传祥;雷绍辉;孟剑;

生物质制氢与燃料电池整合系统研究    张晓东;陈雷;孟祥梅;孙立;

生物质直接气化转化可以替代天然气工艺研究    朱波;陈汉平;鞠付栋;王贤华;杨海平;

氢燃料电池电动汽车关键技术研究    张炳力;徐德胜;方运舟;

我国能源及新能源利用现状及发展趋势    朱国才;

燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究    穆勇

新型溶剂高效吸收净化高酸性石油天然气技术开发研究    章建华

基于Zn/ZnO的两步式热化学准循环制氢系统基础性研究    吕明

磷改性催化剂一步合成二甲醚研究    陈樑

晶格氧部分氧化甲烷制取合成气的基础研究    魏永刚

固体氧化物燃料电池钙钛矿型复合氧化物阴极材料的研究    于洁

基于汽车产业的新能源多层次发展研究    杨宇

直接乙醇燃料电池新型阳极催化剂的研究    张新卫

燃料电池用碳气凝胶载铂基催化剂的制备与表征    郭志军

用于直接甲醇燃料电池的新型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备与性能研究    张杨

新型1H-1, 2,3三氮唑类化合物的合成研究    程康

化学回热循环与水系统仿真研究    杨仁

燃气轮机化学回热循环燃料转化技术研究    徐长松

氢氧联合循环动力装置涡轮导叶的流动与冷却数值研究    唐祖定

化学回热器结构设计及性能分析    许亮

双燃料喷嘴设计与燃烧流场数值模拟    杨洪磊

燃气轮机化学回热实验台双燃料控制系统研究    王涛

氧化物掺杂Ce_(0.9)RE_(0.1)O_(2-δ)(RE=Sm,Gd)陶瓷材料结构与电性能研究    宁德争

Aspen软件在天然气净化过程中的模拟与优化    谢书圣

UDS溶剂脱除天然气中CO_2和H_2S及抗发泡性能研究    刘露

天然气化工的现状和发展前景    郑俐

煤的超清洁利用──多联产系统    倪维斗,李政

分布式供电和冷热电联产的前景    徐建中

二甲醚经济与中国的能源和环境    倪维斗,靳晖,李政,郑洪弢

重稀土助剂改善甲烷水蒸汽转化催化剂抗析炭性能的机理研究    刘光明,邱发礼,郭慎独

Ni/Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气    路勇,邓存,丁雪加,沈师孔

微波诱导甲烷在活性炭/碳化硅上直接转化制C_2烃    张劲松,曹丽华,杨永进

开发陶瓷膜燃料电池(CMFC)大有可为    孟广耀

加快燃料电池产业化进程的建议    沈培康

GTI燃料电池的发展进程    范钦柏

东胜—神府煤的煤质特征与转化特性    李文华

IGCC系统全工况特性与设计优化以及新系统开拓研究    段立强

煤基化工—动力多联产系统开拓研究    高林

南钢富余焦炉煤气提纯制氢-电力多联产综合利用    刘飞;熊源泉;

乙烯装置的乙炔脱除技术    杨春生

煤气化多联产    邓剑;

C2选择加氢催化剂LY-C2-02低空速下的运行性能    赵育榕;景喜林;车春霞;谭都平;陈吉祥;

天然气等离子体法制氢技术    李言浩,马沛生,阎振华,郝树仁

煤制甲醇燃料矿井到油箱的生命周期评价    张寒,王淑娟,李政,倪维斗

多联产能源系统工程研究方法论框架探讨    刘宇;倪维斗;李政;黄河;

煤气化多联产系统研究现状与进展    徐昕;罗方涛;路学红;

“双气头”多联产系统基础研究——焦炉煤气制备合成气    谢克昌;张永发;赵炜;

煤电化一体化及IGCC多联产主流产品分析    李琳;李妍;

氢气在单壁碳纳米管中吸附的计算机模拟    顾冲;高光华;于养信;毛宗强;

氢气在单壁碳纳米管中及附的计算机模拟    顾冲;高光华;于养信;毛宗强;

高通量筛选技术在氨分解制不含CO_x氢中的应用    刘红超;王华;沈江汉;孙颖;刘中民;

介孔纳米二氧化钛光解水性能研究    易华兵;彭天右;宋海波;赵德;昝菱;

氢气在汽车燃油替代能源方面的应用    王红民;

VPSA技术在干气回收氢气的应用    薛重阳;

乙酸水蒸汽重整制氢催化剂的研究    胡勋;吕功煊;

碳酸钡及其负载催化剂上甲烷氧化偶联反应制C_2烃和氢气    马媛媛;张建生;王瑞燕;庞志成;高志明;

乙苯脱氢中氢气的选择性氧化技术研究进展    马春景;卢立义;李应成;

浅论淀粉的能源转化技术    张品;王艳丽;刘钟栋;韩杰;白红超;

中变气脱碳提氢技术 成功应用    记者 何俊

俄研制出从混合气体中分离出氢气的装置    亿牧

氢气金属化能源潜力无限    本报记者 覃泽文

BP与GE联合开发氢气发电    周勇刚

加强我市充灌氢气球安全 管理 保护人民生命安全    曹亚杰

不能忽视庆典安全    朱凯

可产生大量氢气的绿藻问世    记者 顾钢

能源巨头竞相研究氢能应用    金秋

“火山口”上的铿锵玫瑰    记者 潘国良 通讯员 赵海晶

用玉米和氢气开汽车    记者 李安定

天然气制乙炔工艺的氢能利用与多联产系统    王志方

等离子体热解煤制乙炔及热力学和动力学分析    吕永康

氢气生物学效应系列研究    孙强

基质隔离—红外光谱和量化计算研究金属原子与甲醇及乙炔的反应    黄正国

超声速燃烧室中凹腔上游横向喷注燃料的流动、混合与燃烧特性研究    耿辉

煤的化学族组成初步研究及其在煤等离子体热解制乙炔中的应用    田原宇

以煤层气为冷却剂的等离子体裂解煤制乙炔方案研究    李明东

光合产氢菌群的筛选及其利用猪粪污水产氢因素的研究    尤希凤

焦炉煤气与气化煤气基焦炭、化工与动力多联产系统及集成机理    孙士恩

多联产CCS的全生命周期综合评价与系统集成研究    林湖

长周期光纤光栅氢气传感器研究    季海焦

天然气蒸汽转化—PSA联合制氢中转化反应器模型研究及系统开发应用    贺学文

LaNi_5和活性炭混合物储氢研究    杨志冠

超临界水中生物质气化制氢实验研究    苑塔亮

柴油机掺氢关键技术及实验研究    王斌

变压吸附法净化氢气的研究    陈惊波

气敏传感器用于变压器油中溶解气体在线监测系统的研究    张挺

氢气振荡操作制备宽峰聚乙烯的研究    濮亚俊

柴油机燃用乳化油节油新途径的实验研究    刘闯

热等离子体裂解天然气制纳米炭黑和乙炔的机理研究    罗义文

 
关键词: 多联产

[ 学术论文搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 
相关学术论文推荐
 
0条 [查看全部]  相关评论
 
推荐论文
智能推荐
 
网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言