煤炭能源及太阳能

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1、煤炭能源及太阳能煤炭能源及太阳能本文由 lfbdiy 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。煤炭能源利用技术报告人：郭占成北京科技大学特聘教授 中国科学院过程工程研究所研究员我国能源情况简介Background比例 Ratio 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1850 天然气 NG 核能 nuclear 太阳能 solar 2050 2100 year 年份wood 木材煤炭 coaloil 石油NG-hydrate 水合物coal oil NG Coal chemistry oil chemistry NG chemistryco

2、al：H/C 0.8/1 oil ： H/C 2/1NG： H/C = 4/1190019502000Natural gas will be main energy resource in the future世界人均能源消费能源消费水平 （吨标煤/人年） 中国： 世界： 美国： OECD： 中国 一次能源效率 1.0 2.1 11.7 6.8 33%发达国 43%按目前的技术水平和产业结构发展，人均 万美元时 万美元时，按目前的技术水平和产业结构发展，人均 1 万美元时， 能源缺口20 亿吨标煤 能源缺口 亿吨标煤 亿吨 能源供应已成为国民经济发展的瓶颈“节能优先” 能源供应已成为国民经济发

3、展的瓶颈“节能优先” 能源结构特征水电 天然气 9% 7% 石油 20%煤炭是中国能源的主导2004 年：19 亿吨， 67% 2020 年：25 亿吨， 60%我国以煤为主的能源结构 长期不会改变煤 64%2010 年 2010 年 一次能源构成70.0% 60.0%能源结构 Percent50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0% 0.0%石油 oil天然气 NG煤炭 水 / 核电 coal othersworldChina5中国工业能源消费情况工业能源消费占总能源消费的 70%左右 左右 工业能源消费占总能源消费的 冶金、化工、 冶金、化工、建材是节能减排的重点30.4%

4、 23.5%10% 钢 铁10.6% 6%冶金化工交通建材能源 开采国家需求（1） 国家需求（80%的煤直接燃烧 80%的煤直接燃烧提高能效 要求 降低污染70的烟尘、90的 SO2， 67的 NOX，82酸雨 污染造成的经济（健康） 损失占 GDP 的 7左右能源效率低、 能源效率低、环境污染重阻碍着我国经济的可持续发展 7国家需求（2） 国家需求（石油依赖进口33%2003 年，30左右 2020 年：60-70能源供给安全隐患中国原油生产与消费量迫切要求解决石油缺口和能源安全保障问题 8国家需求（3） 国家需求（电力供应紧张预计 2020 年我国用电量增加到 48000 亿度， 需要年增

5、长 56% 虽然水电、核电、风力发电总量在增加， 但火力发电也需持续增加，75%左右的电力要燃煤火电厂提供， 电力结构不会发生根本性转变。9煤的多联产是解决我国能源问题的最佳技术途径满足能源需求： 满足能源需求：油、电 提高能源效率 煤的多联产 降低环境污染、减少 CO2 排放 降低环境污染、减少 提高经济效益没有任何一个单一过程可同时满足煤炭的高效、 没有任何一个单一过程可同时满足煤炭的高效、 洁净和经济利用 10做什么样的多联产？ 做什么样的多联产？出发点共性：高效、洁净出发点国情1. 重要产品需求：液态燃料、电 2. 煤种可获得性及煤种多样性 3. 技术经济性 4. 为氢能制备留有发展余

6、地 5. 为 CO2 处理留有发展余地11现有单元技术能否满足多联产？ 技术 可以 技术经济性差 经济 不满足需要符合多联产要求的单元技术12煤炭直接燃烧技术链条炉锅炉块煤，原料价格高，转换效率低煤粉炉锅炉粉煤，磨粉成本高，转换效率高循环流化床锅炉原煤，原料成本低，转换效率高、污染小煤化工 液体燃料合成技术） （液体燃料合成技术）直接液化制氢煤碳液化煤炭液化分离蒸馏 油品加工油品 间接液化 煤炭气化变换净化 合成液体燃料 甲醇、二甲醚、油品直接液化煤种适应性 反应条件 油品特点 设备材料要求 技术成熟度 工业化情况 差 435445oC 杂链烃为主 材料要求高 设备需进口 小规模试验 小规模试

7、验间接液化强 250350oC 直链烃为主 材料要求低 设备可国产 工业性试验 国内技术：K 吨级 国外技术：工业生产煤化工主工产品合成气甲醇 H 2 /CO=2二甲醚 H 2 /CO=2液体燃料 H 2 /CO=2乙烯 H 2 /CO=2乙醛 H 2 /CO=2醋酸 H 2 /CO=1乙二醇 H 2 /CO=1.5各产品对应的适宜合成气组成 20煤制合成气1.煤的入口；2. 煤的闭锁室；3. 在冷却水套 发生的蒸汽的出口；4. 配煤器驱动装置； 5. 配煤器；6. 煤气出口；7. 洗涤冷却器； 8. 清洗后的煤气出口；9. 配煤叶片；10. 旋转 炉排；11. 旋转炉排的驱动装置；12. 冷

8、却水 套；13. 气化剂入口；14. 渣的闭锁室；15. 渣 的排出口1. 煤的闭锁斗；2. 配煤器与搅动器；3. 隔 热衬套：4. 水套：5. 压力壳；6. 渣的淬冷 器；7. 渣的闭锁斗；8. 循环的淬冷用水；9. 渣口；10. 风口；11. 蒸汽/O2 的入口； 12. 煤气出口；13. 煤气淬冷器；14. 驱动 器固态排渣 Lurgi 炉液态排渣 Lurgi 炉21煤制合成气德士古水煤浆气化炉煤粉循环流化床气化炉22天然气制合成气工艺天然气 水蒸汽 燃料天然气 燃料 天然气火焰转化 反应管 合成气管式炉结构示意图23煤与天然气共气化制合成气Synthesizing liquid fue

9、lCoalInvestment: 60-65% Production cost: -50% CO2 emission factor: 0.64 (Shell process) Gasification Reforming Shift conversionNatural gasInvestment: -50% Production cost: 60-65% CO2 emission factor: 0.42 (steam reforming)Synthesis gas (CO+H2) Liquid fuelTheoretic BaseNatural gas reforming CH4+H2O =

10、 CO+3H2 H2/CO=3 (higher) 1000m3 Input heat 3500 MJ H2 Coal gasification C10H8+5O2 = 10CO+4H2 H2/CO=0.4 (lower) 1000m3 Output heat 3000 MJHeatcouplingDirect to syn-gas H2/CO=1-2 adjustableAuto-thermal conversion: coal gasification with natural gasEnergy consumption by different waywayNatural Gas Refo

11、rming Cons. for 1000m3 (CO+H2) Raw materials natural gas: 420 steam: 240 kg m3 13 GJ Energy Comp. of syngasH2: 72.4% CO: 23.5% CH4: 3.1% CO2: 0.5% N2: 0.4% H2: 30.1% CO: 60.2% CH4: 0.1% CO2: 1.6% N2: 3.6% H2: 51.6% CO: 43.4% CH4: 1.0% CO2: 1.0% N2: 2.0%H2/COCO2 emission factor3.10.42Coal Gasificatio

12、n(Shell process)coal: 520 kg oxygen: 300 m3 steam: 14 kg 200 kg 220 m3 220 m3 190 kg18 GJ0.50.64coal: Coal and natural gas: Natural Gas oxygen: Co-conversion steam:14 GJ1.20.31How to co-converseRaw syngasTechnology 1 by Fluidized Bedbeing developed by ICC, CASCoalAir Natural gas Air+SteamAshTechnolo

13、gy 2 by Blast Furnacebeing developed by IPE, CASResult of Co-gasification by 20m3/h demonstration100 2.4H2+CO2.2 90 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0Composition(Vol.%)80H2/CO of Cal.60 8 6 4 2 0 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8H2/COCH40.8 0.62.0CH4/O2(H2O/O2=0.17)H2/CO70anthracite coal lean coal fat coal cokeCoal and

14、natural gas co-conversion is a possible wayLow investment by shorting of process Low cost of syn-gas by less NG consumption Save energy by thermo-coupling Reduce CO2 emission Avoid lack of natural gas in China COG, CBG also be used instead of NG燃料合成气相产品水蒸气. . . . . . . . . . . . .浆态床 锅炉进水 石蜡（液相产品） 气

15、体分配器合成气入口固定床反应器示意图浆态床反应器示意图 3031.32.33煤转化过程分析 1、煤发电的效率分析 、煤发电方式 主要能级转化途径 效率煤 蒸汽轮机电 化学能热能电能 40 煤IGCC化学能、 电 化学能 化学能、热能 电 化学能 化学能电能 45 煤多联产电能60 煤中的化学能转化为电能的过程中，能量转化的方式不同， 煤中的化学能转化为电能的过程中，能量转化的方式不同， 其效率不同。热能效率最低，化学能效率最高。 其效率不同。热能效率最低，化学能效率最高。34煤转化过程分析 2、单一 FT（煤的间接液化）过程的能量损失 、单一 （煤的间接液化） 热值 理论 实际 煤（7000k

16、cal/kg） ） 1.5kg 煤 4.5kg 煤 3kg 煤 3、化学合成选择性 、 达不到100 达不到 油（11000kcal/kg） ） 1kg 油 1kg 油 热 动力消耗 多联产系统合理利用 未转化合成气或副产物利用多联产使煤的能源利用效率更具科学合理性 35经济性3.36 3.06 2.44 12 美分/ 12 美分/升 美分2.441.5电1.5电1.5电 热 热I G C C 热 电 联 供甲 醇7 美分/升 美分/电1.5热煤 粉 炉 发 电 工 业 锅 炉 供 热 煤 粉 炉甲 热 醇IGCC 热电与 IGCC 热电与 甲醇三联产热 电 联 供27 甲 醇 生 产40%(单位：美分/GJ) 单位：美分/多联产有显著的经济效益36环境CO21000 SOx10 NOx 悬浮颗粒3.0 1.8 4.5 0.4火电厂 多联供6.0 1.0 5.1 0.10.02.0排放量（1000t/a）4.06.08.