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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
300MW燃煤電廠煙道氣中1200000NM3/hCO2 捕集及利用系統(tǒng)
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
針對(duì)燃煤電廠排放煙氣中CO2引起的溫室效應(yīng)環(huán)境問(wèn)題，本設(shè)計(jì)提出并設(shè)計(jì)了CO2捕集及利用系統(tǒng)，并進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查、可行性分析、設(shè)計(jì)，最終得到可行性分析報(bào)告、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及附錄、圖紙、廠區(qū)3D效果圖以及廠區(qū)漫游。創(chuàng)新點(diǎn)在于用先進(jìn)的膜吸收技術(shù)以及催化重整技術(shù)對(duì)現(xiàn)有中型燃煤電廠煙氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集及再利用，在解決了現(xiàn)有環(huán)境問(wèn)題的基礎(chǔ)上達(dá)到了CO2的資源化利用，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，設(shè)計(jì)成果有望在宜賓落地。
詳細(xì)介紹：
當(dāng)前，由溫室效應(yīng)導(dǎo)致的氣候變暖已是一個(gè)全球性環(huán)境問(wèn)題，溫室氣體中對(duì)氣候變化影響最大的是CO2，而以化石燃料為主要能源的燃煤電廠是一個(gè)CO2集中排放源，其排放煙氣中CO2排放量在工業(yè)CO2排放總量中占了相當(dāng)大比例。實(shí)現(xiàn)燃煤電廠CO2的捕集及資源化技術(shù)，對(duì)于控制和減少溫室氣體的排放，應(yīng)對(duì)溫室效應(yīng)、全球變暖問(wèn)題具有重要意義。發(fā)展可靠技術(shù)、減少CO2排放的碳捕集、封存及利用系統(tǒng)（CCS&U）將是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)依托300MW燃煤電廠，采用技術(shù)先進(jìn)、效率較高、綠色無(wú)污染的膜吸收分離法對(duì)電廠煙氣中CO2進(jìn)行捕集，得到純度較高的CO2再與甲烷和氧氣在列管式固定床中進(jìn)行催化重整，生產(chǎn)工藝用途很廣的合成氣，在達(dá)到CO2減排要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2的資源化利用，并且?guī)?lái)很好的經(jīng)濟(jì)收益。設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)7.2×108Nm3合成氣，廠址建在四川省達(dá)州市宣漢縣普光工業(yè)園區(qū)。本設(shè)計(jì)采用膜接觸器來(lái)分離、回收燃煤煙氣中的CO2技術(shù)工藝。燃煤鍋爐的煙氣經(jīng)電除塵器除塵、濕法脫硫裝置脫硫后變成40~50 ℃的潔凈煙氣(不經(jīng)再熱器)送入中空纖維微孔膜接觸器) ，煙氣在中空纖維微孔膜元件間流動(dòng)，在微孔膜元件中的吸收液與煙氣中CO2 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成一種弱聯(lián)結(jié)的化合物。合成工段將處理后得到的高純度CO2與CH4和O2進(jìn)行催化三重整。通過(guò)電阻絲對(duì)列管式固定床中列管進(jìn)行加熱，在列管中填充13%Ni?13%La2O3/γ-Al2O3催化劑，在700℃、常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)，制備體積比為1.05的合成氣。同時(shí)本項(xiàng)目考慮了能源的合理利用，合理利用能源既是提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑之一，也是項(xiàng)目發(fā)展的重要保證。本項(xiàng)目中結(jié)合工藝物流的自身特點(diǎn)，在確保穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，使用了Aspen Energy Analyzer軟件對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，盡可能在冷熱工藝流體之間進(jìn)行熱量交換，回收余熱，降低公用工程的消耗。廠址選擇在普光工業(yè)園區(qū)，此園區(qū)具備豐富的原料氣資源，使本項(xiàng)目可以就地取材，大大節(jié)約成本，其便利的交通為運(yùn)輸提供了良好條件；產(chǎn)品可就近銷(xiāo)往達(dá)州化工園區(qū)以及其他地方，減輕了產(chǎn)品運(yùn)輸壓力；強(qiáng)大的技術(shù)后盾（專(zhuān)業(yè)院校和研究院的專(zhuān)家加入）為該園區(qū)項(xiàng)目的建設(shè)提供專(zhuān)業(yè)、權(quán)威的技術(shù)保障；政府積極出臺(tái)的工業(yè)發(fā)展政策以及高度重視為本項(xiàng)目的建設(shè)提供了保障。社會(huì)效益評(píng)價(jià)分析表明，投資總額為103098.66萬(wàn)元，達(dá)產(chǎn)后年經(jīng)營(yíng)成本為29671.53萬(wàn)元，投資年收益率為56.78%，投資回收期為2.48年（其中建設(shè)期1年）。本設(shè)計(jì)小組最終完成了可行性報(bào)告、工藝路線論證、Aspen Plus流程設(shè)計(jì)模擬、物熱衡算、Aspen Energy Analyzer熱集成、設(shè)備選型與設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、工藝流程圖（PFD）、帶控制點(diǎn)工藝流程圖（PCD）、工業(yè)管道及儀表流程圖（PID）、總廠布置圖、車(chē)間布置圖、工廠3D設(shè)計(jì)、Smart3D管道設(shè)計(jì)等工作，還對(duì)了職業(yè)衛(wèi)生與安全、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)核算與評(píng)估、維修和儲(chǔ)運(yùn)、自動(dòng)控制、供電及電訊、通風(fēng)采暖和供熱、公用工程、消防、土建和給排水等輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與討論，最終根據(jù)《化工工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定》編寫(xiě)了《項(xiàng)目可行性分析報(bào)告》和《項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》，并繪制了相關(guān)的圖紙。經(jīng)過(guò)綜合分析與設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目具有良好的可行性，有望在宜賓當(dāng)?shù)芈涞?，并可能將在全?guó)示范推廣，將為國(guó)計(jì)民生、低碳經(jīng)濟(jì)等做出很好的貢獻(xiàn)，同時(shí)提高了我們化工專(zhuān)業(yè)知識(shí)的實(shí)踐能力。

作品圖片

  • 300MW燃煤電廠煙道氣中1200000NM3/hCO2 捕集及利用系統(tǒng)
  • 300MW燃煤電廠煙道氣中1200000NM3/hCO2 捕集及利用系統(tǒng)
  • 300MW燃煤電廠煙道氣中1200000NM3/hCO2 捕集及利用系統(tǒng)
  • 300MW燃煤電廠煙道氣中1200000NM3/hCO2 捕集及利用系統(tǒng)

作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本設(shè)計(jì)的主要目的是將CO2的最大排放源——燃煤電廠中的CO2進(jìn)行捕集并盡量利用，儲(chǔ)存不是目的，最終需要實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用，變廢為寶，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，緩解環(huán)境、資源等方面壓力，并且項(xiàng)目一旦建成實(shí)施要有一定的推廣示范作用。 基本思路則是采用現(xiàn)有的較為成熟的化工技術(shù)實(shí)現(xiàn)捕集和利用，在能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)上力求創(chuàng)新，將捕集下的CO2進(jìn)一步資源化利用，與CH4重整制備化工中間產(chǎn)品合成氣，合成氣具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值且符合可持續(xù)發(fā)展觀念，切實(shí)降低了CO2減排的經(jīng)濟(jì)成本。 創(chuàng)新點(diǎn)主要在于將溫室氣體CO2利用化工技術(shù)進(jìn)行捕集和利用實(shí)現(xiàn)其資源化再利用，并且在工藝路線、設(shè)備設(shè)計(jì)、熱集成、水集成和控制策略中有著不同程度的創(chuàng)新。 技術(shù)關(guān)鍵是捕集及利用技術(shù)，捕集二氧化碳階段用到了膜吸收技術(shù)與現(xiàn)有的溶劑吸收法、吸附法、膜分離法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其捕集效率高，捕集到的二氧化碳純度高，條件溫和，以及反應(yīng)易操作，技術(shù)清潔，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，且在長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 主要技術(shù)指標(biāo)要求CO2的捕集率不低于95%，聯(lián)產(chǎn)具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值和符合可持續(xù)發(fā)展觀念的化工產(chǎn)品，降低電廠實(shí)施CO2減排的經(jīng)濟(jì)成本，促進(jìn)CO2捕集、存儲(chǔ)及利用技術(shù)的推廣應(yīng)用，若聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)盈利則要求發(fā)電成本上浮不超過(guò)30%，并盡量采取措施減少本設(shè)計(jì)工藝系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的不利影響，并對(duì)排出的污染物提出合理的治理方案，不能出現(xiàn)二次污染，要讓綠色環(huán)保設(shè)計(jì)本身環(huán)保綠色且符合生態(tài)發(fā)展。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本項(xiàng)目CO2捕集工藝采用膜吸收技術(shù)，主要是將吸收法和膜分離技術(shù)相結(jié)合而出現(xiàn)的一種新型技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了吸收技術(shù)和膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。吸收劑選擇一乙醇胺，吸收速率快，價(jià)格便宜，對(duì)碳?xì)浠衔镂諛O少。CO2利用則采用CO2與CH4、O2進(jìn)行催化重整，此技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷探索已得到最佳工藝條件并經(jīng)過(guò)中試放大試驗(yàn)，可在工業(yè)上推廣應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)將膜吸收技術(shù)與催化重整技術(shù)聯(lián)合在一起組成CO2的捕集及利用工藝具有良好的科學(xué)性和先進(jìn)性。另外,本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)查以及精確計(jì)算，該項(xiàng)目投資總額為約10億元，達(dá)產(chǎn)后年經(jīng)營(yíng)成本約3億元，投資年收益率超過(guò)50%，投資回收期約3-5年。整個(gè)項(xiàng)目在節(jié)能、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、就業(yè)、國(guó)防及工業(yè)配置等方面都產(chǎn)生了積極的社會(huì)效益，有利于社會(huì)和地區(qū)的發(fā)展。 [1]丁民丞，吳纓。談捕集和儲(chǔ)存技術(shù)（CCS）的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]。中國(guó)電力企業(yè)管理，2009，11：1-4 [2]許世森，郝時(shí)旺。燃煤電廠二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)[J]。上海節(jié)能，2009，9：8-13。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本作品的部分內(nèi)容在中國(guó)化工學(xué)會(huì)主辦的第四屆全國(guó)“三井化學(xué)杯”化工設(shè)計(jì)大賽中得到評(píng)審、鑒定以及評(píng)比，并進(jìn)入全國(guó)總決賽，獲全國(guó)二等獎(jiǎng)。提交至挑戰(zhàn)杯的作品經(jīng)過(guò)了進(jìn)一步的完善，并對(duì)參加三井杯的作品主體工藝技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，并且結(jié)合宜賓地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，整個(gè)技術(shù)作品已有望在宜賓當(dāng)?shù)芈涞亍?/dd>

作品所處階段

設(shè)計(jì)已完成，有望在宜賓本地實(shí)施，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作開(kāi)發(fā)研究

作品可展示的形式

PPT、工藝圖紙

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本項(xiàng)目選用的捕集及利用技術(shù)均為科學(xué)性和先進(jìn)性較為良好的國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，能夠良好的完成燃煤電廠煙氣中CO2的捕集及利用。 設(shè)計(jì)成果適用于大中型規(guī)模的燃煤電廠煙氣中CO2的捕集及利用，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。 項(xiàng)目投資總額約10億元，建設(shè)期約1年，試運(yùn)行期0.5年，達(dá)產(chǎn)后年經(jīng)營(yíng)成本約3億元，年投資收益率超過(guò)50%，投資回收期約3-5年。 整個(gè)項(xiàng)目在節(jié)能、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、就業(yè)、國(guó)防及工業(yè)配置等方面都產(chǎn)生了積極的社會(huì)效益，有利于社會(huì)和地區(qū)的發(fā)展。 本設(shè)計(jì)有望在全國(guó)的煤電廠進(jìn)行示范推廣，一旦實(shí)施將對(duì)整個(gè)煤電廠實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，大大的降低CO2的排放量，產(chǎn)生良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

同類(lèi)課題研究水平概述

溫室氣體與氣候變化是當(dāng)前全球研究的核心問(wèn)題之一。作為溫室氣體主要成分的CO2在大氣中穩(wěn)定存在。根據(jù)美國(guó)能源部的預(yù)測(cè)，在全球范圍內(nèi)必須減少60%的CO2排放才能真正防到期是CO2止氣候變化。 目前要求我國(guó)減排CO2的國(guó)際壓力和環(huán)境壓力越來(lái)越大，且溫室氣體的減排直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此我國(guó)必須保持適當(dāng)?shù)臏p排率，以技術(shù)創(chuàng)新控制CO2的排放。而燃煤電廠煙道氣是CO2長(zhǎng)期穩(wěn)定集中的排放源，由燃煤電廠煙道氣中捕集回收CO2不僅是緩解CO2排放危機(jī)的最直接有效的手段，還能通過(guò)副產(chǎn)CO2降低減排成本。因此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)CCS&U系統(tǒng)迫在眉睫，也勢(shì)在必行。 針對(duì)主要由燃煤電廠煙氣引起的CO2排放，從能源利用和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，提出CO2捕集及利用的方案和具體設(shè)計(jì)，以達(dá)到在節(jié)能減排的同時(shí)，發(fā)展CO2工業(yè)的目的。由溫室效應(yīng)導(dǎo)致的氣候變暖已經(jīng)是一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題，其中CO2占溫室氣體總量的三分之二，而以化石燃料為主要能源的火電廠是一個(gè)集中排放源，因此研究并實(shí)現(xiàn)火電廠CO2的捕集及資源化技術(shù)，對(duì)于控制和減少溫室氣體的排放，應(yīng)對(duì)溫室效應(yīng)、全球變暖問(wèn)題具有重要意義。 發(fā)展可靠技術(shù)、減少CO2排放的碳捕集、封存及利用系統(tǒng)（CCS&U）將是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 CO2是地球上最豐富的碳資源，若能實(shí)現(xiàn)資源化，成為巨大的可再生資源，不僅能大大減小溫室效應(yīng)，還能緩解世界能源危機(jī)，為人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展尋求一條新出路。 本項(xiàng)目產(chǎn)品合成氣是用于制合成石油、合成氨、合成甲醇和合成其他有機(jī)化工產(chǎn)品所需的、含有一定比例一氧化碳和氫為主要組分的混合原料氣。合成氣中除含有一氧化碳和氫以外，還含有一定量的甲烷、二氧化碳、硫化氫、氧和有機(jī)硫等，需經(jīng)過(guò)一系列凈化、精制過(guò)程，才能用于合成產(chǎn)品。目前主要從烴類(lèi)生產(chǎn)合成氣，所用方法主要有蒸汽轉(zhuǎn)化和部分氧化兩種。合成氣用途廣泛，利用羰基合成（氫甲?；?、羰基化及其它反應(yīng)，制取一系列重要的有機(jī)化工產(chǎn)品和原料，如甲醇、合成氨、甲醛、高級(jí)醇等；合成氣是氫氣的主要來(lái)源之一；合成氣得到的甲醇是重要的有機(jī)原料，由甲醇又可以合成一系列有機(jī)化工產(chǎn)品。通常將含一個(gè)碳源的化合物，如CO、CO2、CH4、HCHO、CH3OH等作為起始原料，合成有機(jī)化工中間體或產(chǎn)品的化學(xué)。
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