工程熱物理所化工動力多聯(lián)產(chǎn)與溫室氣體減排研究獲進(jìn)展
作者： 日期：2016-08-18 來源： 關(guān)注：562
中國科學(xué)院工程熱物理研究所分布式供能研究團(tuán)隊(duì)在煤基化工-動力多聯(lián)產(chǎn)節(jié)能機(jī)理、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及系統(tǒng)集成與優(yōu)化等方面開展了相關(guān)工作，進(jìn)展如下：
一、機(jī)理研究層面
采用
分析方法，研究了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的
損失分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)并揭示了化工合成過程
損失在高化工轉(zhuǎn)化率時的“能耗拐點(diǎn)現(xiàn)象”。
針對聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)CO2捕集，從燃料轉(zhuǎn)化過程中吉布斯自由能轉(zhuǎn)化利用思路出發(fā)，探索了燃料轉(zhuǎn)化過程中吉布斯自由能損失規(guī)律與CO2的富集機(jī)制，闡明了吉布斯自由能利用和CO2分離能耗之間的耦合關(guān)系，進(jìn)而揭示聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)CO2捕集能耗最小化機(jī)理。研究機(jī)理表明，通過燃料的適度轉(zhuǎn)化，可避免燃料轉(zhuǎn)化過程中過高的吉布斯自由能損失，實(shí)現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)化反應(yīng)的吉布斯自由能利用并富集CO2，能夠達(dá)到能源系統(tǒng)化學(xué)能梯級利用和降低CO2分離功的雙重目的，實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)耦合。
二、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)
開展三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)：關(guān)鍵化工合成過程的催化劑及工藝研發(fā)、低能耗CO2分離技術(shù)、新型煤氣化技術(shù)。
針對多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中涉及到的合成反應(yīng)，開發(fā)了用于甲烷化的鎳基催化劑。甲烷化反應(yīng)的溫度區(qū)間為350～700℃，該催化劑在此溫度區(qū)間內(nèi)能夠保持良好的催化活性、熱穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度等。
開發(fā)了
利用碳酸鉀溶液結(jié)晶法脫除CO2的工藝。對于傳統(tǒng)的碳酸鉀溶液吸收工藝，由于富液中含有大量水分（一般約60%～70%），溶液再生時需要消耗大量的熱量用以水分蒸發(fā)，導(dǎo)致CO2再生能耗高。而碳酸鉀溶液結(jié)晶法吸收工藝?yán)锰妓徕浀慕Y(jié)晶特性，將碳酸鉀富液結(jié)晶濃縮后再送入再生塔，大幅降低了再生塔由于水分蒸發(fā)而帶來的熱量浪費(fèi)，該工藝可使CO2再生能耗低到傳統(tǒng)工藝的40%～60%。
另外，還開展了“煤炭碳?xì)浣M分分級氣化”新型煤氣化技術(shù)的研發(fā)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該技術(shù)已經(jīng)完成了部分煤種測試及反應(yīng)條件測試。目前，正在搭建小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)裝置，有望在數(shù)月內(nèi)完成小規(guī)模調(diào)試?！ ?/p>
三、系統(tǒng)集成與創(chuàng)新
通過流程創(chuàng)新，提出了化工未反應(yīng)氣適度循環(huán)型、無調(diào)整適度循環(huán)型，以及回收CO2的多個聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。研究表明，相對于帶CO2捕集的IGCC 和化工單產(chǎn)系統(tǒng)，回收CO2 的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果，在設(shè)計(jì)條件下系統(tǒng)相對節(jié)能率可達(dá)14%～21%。通過化工未反應(yīng)氣適度循環(huán)，回收CO2 的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠避免化工合成單元能耗隨轉(zhuǎn)化率急劇上升的現(xiàn)象（“拐點(diǎn)現(xiàn)象”），同時實(shí)現(xiàn)CO2的富集，存在最佳化工循環(huán)倍率，使得聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱力性能最佳。聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相對于IGCC和SNG分產(chǎn)系統(tǒng)的吉布斯自由能收益可抵消CO2的分離功，實(shí)現(xiàn)負(fù)能耗代價捕集CO2。
目前相關(guān)工作已獲得多項(xiàng)授權(quán)專利，研究成果已在Environmental Science and Technology, Applied Energy, ASME Transactions等多個國內(nèi)外期刊上發(fā)表。