煤炭超临界水制氢反应器内多相流场智能滚动预测研究

煤炭超临界水制氢技术在高温高压条件下利用超临界水充分气化煤炭,实现了高效低排放的转化和制氢过程。为解决因反应器内复杂多相流行为导致的仿真耗时问题,以及常见代理模型时序预测时间短、精度下降快等问题,提出基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和Koopman理论的深度学习模型POD-Koopman,用于捕捉和学习反应器内复杂流场的长时时空演变特征,实现数据驱动的长时滚动预测。测试结果表明其能在较小计算开销下准确滚动预测反应器内多相流场时变行为,助力下游制氢反应器工业化设计及优化任务。

超临界水葡萄糖制氢中的多元气液相平衡

采用PC-SAFT模型研究超临界水葡萄糖气化制氢系统中气液分离器处气液平衡特点,与实验数据对比表明,理论推算结果合理。在相同给料情况下,随着压力升高,气液平衡体系中的CO、H2和CH4气相份额是逐渐降低的,而CO2、H2O的气相份额是逐渐增加的,所以低压分离有助于提纯可燃气相产物。实验结果表明,操作压力对葡萄糖气化产物的影响不大,然而综合压力对溶解度的影响,可以得出高压事实上是有利于葡萄糖的气化。

超临界水气化制氢技术及多联产路线研究

超临界水气化制氢技术是指各种有机物在超临界水环境下进行低温催化气化反应生成氢气和二氧化碳为主的技术,该技术具有反应条件温和、反应速度快、反应过程清洁以及能够生产氢气等特点,成为国内外学者和工程技术人员关注和研究的热点。文中通过阐述超临界水气化制氢技术的原理和特点,综述了煤炭、生物质、污泥等物质超临界水气化制氢技术研究进展,结合该技术同时产出高压水、氢气、二氧化碳等多种产物,分析了煤-电-合成氨/尿素、煤-电-氢能源/CO_(2)资源化、煤-超临界发电、废弃物处理-超临界发电等不同应用领域的多联产方案,为超临界水气化制氢技术工业化发展提供了探索。

超临界水气化制氢技术多联产应用场景探究

超临界水气化制氢技术可在超临界水环境下将各种有机物进行低温催化气化生成氢气和二氧化碳,因其反应条件温和、速度快、过程清洁以及能够生产氢气等特点而备受关注。通过阐述超临界水气化制氢技术的原理和特点,介绍不同物质超临界水气化制氢技术研究进展和工业化进程,结合不同技术应用路线,研究该技术在化工新材料及精细化学品、环境保护、“碳达峰碳中和”、绿色能源等不同应用领域的多联产方案,为超临界水气化制氢技术工业化发展提供探索。

煤原位注入超临界水制氢升温阶段的热流耦合数值模拟研究

地下煤层原位注入超临界水制氢是一种煤的新型转化技术。基于多孔介质多场耦合原理,提出了煤层原位注入超临界水升温阶段的热流耦合数学模型,采用数值模拟的方法对煤层及顶底板岩层的温度分布、孔隙压力等的演化规律进行了研究。结果表明:注入超临界水后,注入井附近温度和渗流速度迅速升高并逐渐向外扩展,随后温度继续升高至大约1050℃后不再升高,流速最高可达到5.89cm/s,且随时间推移,注入井附近流速略有降低;生产井附近流速6个月前呈负指数增长,6个月后生产井附近温度和流速基本保持恒定;整体压力在1a内缓慢升高,距离注入井700m外温度在1a内变化很小。

超临界技术在煤炭清洁转化领域中的应用进展与展望

介绍了超临界流体技术在煤炭清洁转化过程中的应用进展,主要包括在超临界发电、超临界煤气化、超临界煤液化以及超临界煤干燥等领域的发展与应用。并对未来超临界技术在煤炭清洁转化过程的应用前景进行了展望。

三维煤炭超临界水制氢反应器多相流场深度时空智能建模及预测方法

作为一种大型洁净能源装备,煤炭超临界水制氢反应器内部是耦合传热传质和化学反应的多相环境。制氢反应器的实验和数值模拟研究产生了大量的多维、瞬时流场数据。本文首先通过空间插值处理所获得的非结构化多相流场仿真数据,并利用深度学习技术构建了数据驱动的三维多相流场时空预测模型3DReactorNet,对三维制氢反应器内复杂的多相流场进行学习,从而实现对未知工况下反应器内三维多相流场时空演变的快速准确预测。进一步地,本文通过MC Dropout策略度量了3DReactorNet模型预测结果的置信度。测试结果表明,3DReactorNet模型的预测结果与CFD计算结果高度一致,但预测速度远优于CFD仿真,有利于高效的反应器设计和优化。

煤炭制氢产业现状及我国新能源发展路径选择研究

本文首先对几种主要的氢气制备技术的成本进行了核算。基于中国的能源结构中煤炭占绝对多数的特点,以及不同原料制备氢气的成本差异,指出中国应优先选择煤炭作为氢气的制备的来源。另一方面,液氢的能量密度远大于动力锂电池电动汽车。氢燃料电池反应后产生的排放物只有水,是一种非常纯净的能源,亦不存在锂电池生命周期结束后的污染处理问题。建立氢社会是促进我国能源结构调整和煤炭工业转型的良好机遇。

煤炭地下气化及对中国天然气发展的战略意义

基于国内外煤炭地下气化技术发展现状与趋势,提出了煤炭地下气化基本概念、机理与模式,指出目前面临的挑战、发展潜力与发展路径。煤炭地下气化这一革命性技术能够实现"人工制气",且符合煤炭清洁利用方向,在新能源达到规模化供应之前,可开辟中国特色的有效供甲烷与氢气战略新途径。中国含油气盆地煤系发育,仅超出煤炭企业井工开采深度、埋深1 000～3 000 m的煤炭资源量即为3.77×10^(12) t,初步预计可气化煤炭折合天然气资源量为(272～332)×10^(12)m^3,是常规天然气资源量的3倍,与非常规天然气资源量的总和基本相当。根据煤炭地下气化反应机理和产物组分的差别,初步将煤炭地下气化分为"浅层富氢、中深层富甲烷、深层超临界极富氢"3种开发模式。石油石化企业可在煤炭企业井工开采范围之外,发挥自身技术、管道、市场等一体化优势,根据不同需求和相应技术成熟度,优选路径发展煤炭地下气化业务,可将大量煤炭资源进行有效清洁开发利用,缓解天然气供应紧张局面,还可结合产出氢气就近利用以及在邻近油区开展CO_2驱油与埋存,打造石油石化循环经济净零排放示范区,为"氢经济"时代到来储备资源和技术,更为中国"清洁、低碳、安全、高效"的现代能源体系建设开辟新的途径。

煤炭地下气化和地面化工协同发展探索

目前煤炭地下气化生产的粗煤气主要当作燃料气使用,没有合理有效利用其中富含的H_(2)、CO和CH_(4)等组分。为此提出了采用煤炭地下气化和地面化工流程组合的方式,对煤炭地下气化的粗煤气组分进行综合利用。简述了国内外重点煤炭地下气化项目的开发情况,对比了煤炭地下气化粗煤气组分、典型煤气化组分、焦炉煤气组分和天然气组分,分析了浅层、中深层、极深层煤的气化产品及CO_(2)的利用路径。