基于能量流和碳足迹协同分析的煤化工过程集成优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876150
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0601.工程热力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Currently, the global environmental issues of greenhouse effects by fossil fuel burning are becoming increasingly prominent, which urgently needs substantial energy conservation and emission reduction to relieve in the process industries. Therefore it is important to evaluate the processes accurately. The novel concept, carbon footprint, comprehensively reflects the energy efficiency and carbon emission intensity of production processes. The optimization methods based on energy analysis are mature but not well integrated with the carbon footprint analysis. Taking coal chemical industry as the research object, this project aims to discover the source-sink characteristics of energy flows and carbon footprint distribution by establishing the mapping relations between energy characterization and carbon footprint. The proposed synergetic methods between energy analysis and carbon footprint analysis would overcome the limitations of conventional energy analysis on tracing the carbon footprint of technological processes. In the perspective of technological routing, a universal method for tracing the carbon footprint flow is proposed by taking the gasification as the core process to investigate the multi-objective optimization problems and the time accumulation effects of CO2 utilization technologies. In the perspective of industrial chains, the multi-level incidence matrix is established to connect the relations of carbon footprint between single technological routing and the industrial chains on symbiotic coupling production mode on the basis of the cycle cascade utilization of energy and elements. Additionally, the coupling method of carbon footprint and energy with pinch analysis is extended to reveal the internal mechanism between carbon footprint and the layout of coal chemical industry chains and product structures. In this way, it is achieved that high-carbon coal resource could be used by cleaner low-carbon production.
化石能源特别是煤炭利用导致的温室效应问题亟需对工业过程大幅度节能减排。对工艺过程进行碳足迹分析的方法综合反映了工艺过程能源利用率和碳排放强度,但与能量优化分析有机结合不足。本申请拟以煤化工过程为研究对象,揭示能量表征与碳足迹的对应关系,获得碳足迹分布和能量流的空间源阱结构特征,实现能量表征和碳足迹评价的协同分析,突破传统能量分析方法追踪碳足迹的局限性。在工艺流程优化层面,建立以气化炉为核心单元的简化碳足迹追踪普适化方法,探讨不同时间尺度CO2利用技术多目标协同优化和时间累积效应,获得科学衡量CO2利用技术的评价体系。在产业链优化层面,构建多层面碳足迹分析关联矩阵,研究单一工艺流程到多产业链共生耦合的碳足迹映射关系,结合物质和能量梯级循环利用特点构建循环共生耦合生产模式,拓展碳足迹能量夹点耦合分析技术,揭示煤化工产业链和产品结构布局与碳足迹之间的内在机制,助推实现高碳资源利用的低碳清洁生产。

结项摘要

化石能源资源储量有限并且使用过程造成严重污染和温室效应,可再生能源的普及利用尚需时日。国家“双碳”目标的提出,推动煤化工产业向着绿色低碳发展潮流迈进。本基金以典型煤化工过程为研究对象,揭示能量表征与碳足迹的对应关系,获得碳足迹分布和能量流的空间源阱结构特征,实现能量表征和碳足迹评价的协同分析,突破传统能量分析方法追踪碳足迹的局限性。.首先以典型煤制电石乙炔生产工艺为基础,开展了煤基电石-乙炔低碳工艺优化研究,提出了一级碳捕集与固废循环利用耦合的电石-乙炔生产新工艺。开展了一级耦合工艺富余H2、CO尾气化学转化合成清洁燃料低碳醇的工艺设计研究。针对工艺本身产生大量电石渣的实际情况,利用电石渣自身的强碱特性,构建了电石渣矿化吸收一级耦合工艺捕集的CO2富气体的矿化工艺模块,进一步形成了二级碳捕集与固废循环利用耦合的电石-乙炔生产新工艺,确立了更具低碳、洁净、经济循环的煤基电石产业长周期稳定运行的路径。根据非支配排序遗传算法理论,探讨了系统效率、消耗、排放和成本等多目标之间的博弈,从能源和经济角度确定系统的帕累托最优解集,获得了系统综合性能相对最优的折中方案。其次,对煤制甲醇进行了碳足迹、CCS和CCU分析,开发了生物质共气化和太阳能加氢的煤基甲醇和多联产系统的新概念设计,以研究生物质共气化和太阳能加氢的影响,结论表明,在煤基甲醇系统中整合生物质和太阳能氢之前,应在能源效率、温室气体排放和生产成本之间加以权衡。本项目还开发了新型电化学介导胺再生(EMAR)CO2捕集技术,不需要额外的加热和蒸汽,可有效降低CO2解吸过程的能耗和胺的降解,为煤化工大规模减排二氧化碳提供了重要支撑。本研究成果揭示了煤化工产业链和产品结构布局与碳足迹之间的内在机制,助推实现高碳资源利用的低碳清洁生产,为实现煤化工绿色低碳发展提供了重要参考,具有重要的理论意义与应用价值。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(12)
专利数量(3)
Effects of Char and Volatiles Extraction on the Performance of Dual Bed Pyrolysis Gasification System
炭和挥发物萃取对双床热解气化系统性能的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.energyfuels.9b00509
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Energy & Fuels
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Zhen Qin;Sankar Bhattacharya;Maimoona Sharif;Zaoxiao Zhang
  • 通讯作者:
    Zaoxiao Zhang
The polymeric ionic liquids/mesoporous alumina composites: Synthesis, characterization and CO2 capture performance test
聚合物离子液体/介孔氧化铝复合材料:合成、表征及CO2捕获性能测试
  • DOI:
    10.1016/j.polymertesting.2019.106109
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Polymer Testing
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Yingying Zhou;Mingfeng Chang;Xiyu Zang;Lan Zheng;Yuqi Wang;Le Wu;Xiaolong Han;Yuqing Chen;Yunsong Yu;Zaoxiao Zhang
  • 通讯作者:
    Zaoxiao Zhang
Estimation of diffusivity and intermolecular interaction strength of secondary and tertiary amine for CO2 absorption process by molecular dynamic simulation
通过分子动力学模拟估算CO2吸收过程中仲胺和叔胺的扩散率和分子间相互作用强度
  • DOI:
    10.1080/08927022.2022.2027406
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Molecular Simulation
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Maimoona Sharif;Xiaomei Wu;Yunsong Yu;Tingting Zhang;Zaoxiao Zhang
  • 通讯作者:
    Zaoxiao Zhang
危险废物焚烧余热锅炉研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高林;张旺;周云峰;张早校
  • 通讯作者:
    张早校
电石制备清洁生产和工程化研究进展
  • DOI:
    10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2156
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    化工进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐婉怡;王红霞;崔小迷;张早校
  • 通讯作者:
    张早校

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其他文献

跨临界CO2引射制冷系统控制性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何阳;张早校;邓建强
  • 通讯作者:
    邓建强
A feasible process for simultaneous removal of CO2, SO2 and NOx in the cement industry by NH3 scrubbing
NH3洗涤同时去除水泥工业中CO2、SO2和NOx的可行工艺
  • DOI:
    10.1016/j.apenergy.2011.12.039
  • 发表时间:
    2012-09
  • 期刊:
    Applied Energy
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Ruifeng Dong;Hongfang Lu;Yunsong Yu;张早校
  • 通讯作者:
    张早校
Thermodynamic Analysis on Work Transfer Process of Two Gas Streams
两种气流的功传递过程的热力学分析
  • DOI:
    10.1021/ie1011323
  • 发表时间:
    2010-11
  • 期刊:
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓建强;Shi, Ji-Quan;张早校;冯霄
  • 通讯作者:
    冯霄
吸收法捕集二氧化碳过程的离子浓度软测量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    颜立伟;余云松;李云;卢红芳;张早校
  • 通讯作者:
    张早校
造粒塔粉尘洗涤过程中流体力学特性与除尘效率研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王斯民;王家瑞;宋晨;张早校;文键
  • 通讯作者:
    文键

其他文献

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金属氢化物高温蓄热系统氢热耦合的热质传递强化调控机制研究
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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