应用天然气重整技术的新型动力系统研究

【摘要】：我国的能源结构以煤为主,煤的消耗占我国一次能源生产的70%左右,但我国对煤炭的利用效率较低,并且带来了严重的空气污染。另外,我国天然气消费量在能源消费结构中比例也将大幅度上升,它将在改善我国能源结构、满足能源需求和环境保护等方面发挥重要的作用。针对我国的能源现状和发展趋势,本论文研究将煤和天然气两种能源的利用通过天然气蒸汽重整结合起来,组成天然气/煤双燃料重整联合循环动力系统:煤燃烧提供天然气蒸汽重整所需要的热量,重整生成合成气,由此将煤的化学能转化到合成燃料中去。论文主要研究内容如下: 采用ASPEN PLUS模拟软件,选择合适的模块对天然气蒸汽重整进行了全面模拟,根据已有的工程数据对模型进行了验证,进一步探讨了天然气蒸汽重整应用于动力系统的潜力:动力系统中(火用)损比例最大的是燃烧过程,而通过天然气蒸汽重整可以实现化学能间接释放,减小燃烧过程的(火用)损失。 分析了双燃料动力系统的特性:甲烷水蒸汽重整是一个高温强吸热的过程,在化工生产过程中通过燃料天然气的燃烧为甲烷重整过程提供反应热,在双燃料动力系统中煤燃烧提供甲烷蒸汽重整反应的反应热,煤的化学能转化到合成燃料中去了,合成燃料再进入动力系统发电,通过系统性能分析发现高重整温度与低水碳比有利于提高双燃料系统的性能。 在双燃料系统研究的基础上分析了控制CO_2排放的双燃料动力系统,对产生的CO_2采取两种不同的方式回收:天然气重整得到的合成燃料中CO_2的浓度和分压较高,因此采用Selexol吸收法分离;对于煤燃烧尾气中的CO_2则采用MEA吸收法进行分离,并对系统性能进行了分析。 【关键词】：天然气 蒸汽重整 双燃料 CO_2分离
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（工程热物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TK16;TK17
【目录】：

• 第一章 绪论8-21
• 1．1 课题背景及意义8-9
• 1．2 应用天然气蒸汽重整的动力系统研究概况9-18
• 1．2．1 应用天然气重整的燃料电池及联合循环10-14
• 1．2．2 应用化学回热的燃气轮机循环14-16
• 1．2．3 利用蒸汽重整的太阳能—天然气互补动力系统16-18
• 1．3 本文的研究内容18-21
• 第二章 天然气蒸汽重整过程模拟与分析21-41
• 2．1 概述21
• 2．2 天然气重整方式及特点21-27
• 2．2．1 天然气蒸汽重整21-23
• 2．2．2 天然气其它重整方式特点概述23-25
• 2．2．3 重整方式比较25-27
• 2．3 天然气蒸汽重整反应的模拟27-33
• 2．3．1 工程实际工艺介绍27-28
• 2．3．2 蒸汽重整模拟28-33
• 2．4 天然气蒸汽重整应用于动力系统的机理33-41
• 2．4．1 图象(火用)分析简介34
• 2．4．2 化学能间接释放过程34-38
• 2．4．2 蒸汽重整过程中化学能梯级利用过程38-41
• 第三章 天然气重整与煤燃烧结合的双燃料动力系统41-62
• 3．1 引言41-42
• 3．2 系统构思42-45
• 3．2．1 煤间接气化的概念42-43
• 3．2．2 天然气重整与煤燃烧结合的双燃料动力系统43-45
• 3．3 系统模拟45-55
• 3．3．1 系统评价指标45-46
• 3．3．2 热力性能模拟46-50
• 3．3．3 双燃料系统集成机理50-55
• 3．4 系统性能分析55-61
• 3．4．1 燃气动力参数对系统性能的影响55-57
• 3．4．2 重整参数对系统性能的影响57-61
• 3．5 小结61-62
• 第四章 控制CO_2排放的双燃料重整联合循环系统62-77
• 4．1 引言62-64
• 4．2 系统集成构思64-70
• 4．2．1 CO_2吸收分离技术比较64-65
• 4．2．2 双燃料重整联合循环系统分离CO_265-68
• 4．2．3 控制CO_2排放的双燃料重整联合循环系统68-70
• 4．3 系统模拟与分析70-76
• 4．3．1 评价方法70
• 4．3．2 系统模拟70-75
• 4．3．3 结果讨论75-76
• 4．4 小结76-77
• 第五章 结论77-80
• 符号说明80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表论文目录86-87
• 致谢87

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