LNG罐箱BOG回收工艺研究——基于冷能利用和气体水合物技术协同创新

碳达峰碳中和目标愿景下,天然气系统甲烷排放日益受到关注。针对罐式集装箱(罐箱)储运液化天然气(LNG),阐释了LNG蒸发气(BOG)放散排放及其常规处理措施,分析了LNG及其蒸发气的低温及冷量特性、气体水合物的理化及储气特性,研究了LNG及其蒸发气冷能可用性和水合物储运BOG可及性,提出了耦合冷能利用技术和气体水合物技术用以回收LNG罐箱BOG的工艺路线。研究表明,将LNG罐箱超压泄放BOG自身所蕴含的高品位冷能应用于BOG自身与水和添加剂等所形成气体水合物的生成和固态储运等环节,可实现LNG罐箱BOG的“零排放”及其冷能的梯级利用,有益于节能减污降碳和降本提质增效。研究结果可为冷冻液化气体罐箱及运输车BOG的回收利用提供借鉴。

基于液氮冷凝的LNG罐箱BOG回收技术研究

液化天然气蒸发气组分中甲烷占绝大多数。甲烷增温潜势高,是造成全球变暖的第二大温室气体。为了强化源头控制和资源化利用,针对LNG罐箱储运过程中放空排放的BOG(蒸发气),提出了一种基于液氮冷能利用的LNG罐箱BOG冷凝法回收利用工艺,建立了BOG液氮冷凝回收系统主要技术参数的数学模型,开展了新技术应用研究及其经济社会环境效益分析。结果表明,该工艺技术可以控制BOG的无组织排放,实现LNG罐箱放散BOG的回收利用,在能源资源化利用、污染物协同控制、减少安全生产事故以及控制全球温度升高等方面产生积极影响。

Al_(2)O_(3)掺杂CaO吸附剂长周期CO_(2)捕集性能研究

CaO是一种高效廉价的CO_(2)吸附剂,但其在循环使用过程中易烧结,导致其捕集CO_(2)的能力大幅衰减,无法长周期循环应用。以半惰性Al_(2)O_(3)掺杂CaO制备钙铝复合吸附剂,采用热重吸/脱附的方法研究了复合吸附剂的捕集性能及循环稳定性,并采用室温空气再生方法深入研究了钙铝复合吸附剂的再生性能,建立了再生性能与循环次数的关系。结果表明,因惰性骨架物相Ca3Al2O6的建立与微观纳米结构的形成,Al_(2)O_(3)的掺杂使钙铝复合吸附剂的捕集性能、循环稳定性和再生性能均大大优于纯CaO吸附剂。经100次循环后,钙铝复合吸附剂的CO_(2)吸附容量和碳酸化转化率在n(Ca):n(Al)=10:1时分别可达0.23 g/g和34.0%,在n(Ca):n(Al)=10:2时分别保持在0.19 g/g和32.8%,但n(Ca):n(Al)不宜超过10:2。进一步通过吸附剂的失活数学模型验证发现CaO吸附剂的烧结是不可逆的,Al_(2)O_(3)的掺杂可抑制CaO吸附剂的烧结,同时保持钙铝复合吸附剂的再生活性。经两次空气再生的钙铝复合吸附剂(n(Ca):n(Al)=10:2)的碳酸化转化率基本保持不变,100次循环后仍为32.7%。

大型海藻微波热解制氢特性研究

大型海藻无需耕地、不含难热解的木质素,是降碳减排、生产小分子生物燃料的理想原料。对大型海藻(包括海带、蜈蚣藻、孔石莼和海黍子)进行微波热解,并与落叶松进行对比。研究了微波热解过程的升温行为、气体释放行为及氢气生成曲线,比较了微波热解的产物分布、气体组成和气化指标,进一步利用Ca-Al(CaO-Al_(2)O_(3))吸附剂原位吸收海带微波热解产生的二氧化碳(CO_(2)),强化海带的定向转化制氢。结果表明,大型海藻比落叶松具有更快的升温行为、更好的制氢效果,尤其海带的氢气产率(16.40 g/kg)为落叶松的3倍。添加Ca-Al吸附剂能够进一步增强海带的微波热解制氢效率,当海带与Ca-Al吸附剂的质量比为1.0:3.0时,氢气产率达到44.24 g/kg,气化效率可达68.57%,气体产物中氢气含量高达77.24%。

生物质微波热解气化技术研究进展

生物质热解气化可以生产清洁的小分子燃料,是实现生物能源替代化石能源的重要驱动。利用微波辅助生物质气化是实现生物能源高效利用和能源产品高值化的重要途径。阐述了微波强化生物质热解技术和微波催化定向气化技术,分析了生物质微波热解气化技术面临的挑战以及需要解决的问题,并给出了解决方案。

以四叶片扭带起旋的气固两相螺旋流动数值模拟研究

螺旋流对保障输气管道中天然气水合物颗粒安全流动有显著效果。利用ANSYS软件对以四叶扭带起旋的水平管道中气固两相螺旋流动进行了数值模拟研究。采用DPM模型和RNG k-ε模型研究了雷诺数和颗粒直径对水平管内不同横截面的速度场、颗粒体积分数分布、旋流数的影响。研究结果表明:颗粒轴向速度的极大值出现在管道的中心位置;切向速度峰值在距离管道中心0.4D附近。对比发现,扭率为5.6单叶扭带管道比无扭带管道的颗粒携带距离提高了约2.1倍,而四叶片扭带管道的颗粒携带能力比无扭带管道提高了约2.9倍,颗粒携带效果较普通扭带相比提升了26%。扭带扭率相同,则初始旋流数S_(0)相同,四叶片扭带旋流数衰减速度小于普通扭带,雷诺数越大,旋流数衰减越慢;颗粒粒径的变化对旋流数变化规律影响不大。

沼气提纯制取生物天然气发展前景探究

近些年因为环境问题与能源污染问题的越发严重,生物质能逐渐成为新能源的研究途径之一,这也衍生出了关于沼气能源提纯制取的相关研究。从理论角度来看,沼气提纯制取生物天然气不仅可以实现高产量天然气资源,同时还能够实现较为突出的环境保护作用,经济价值与社会价值均较为突出。为了更好的缓解能源问题,本文详细分析沼气提纯制取生物天然气发展前景。

有氧辅助微波热解落叶松木材的特性及产物分布

针对生物质微波热解普遍存在的微波吸收差以及焦油产生快等问题,将有氧热解与微波加热相结合,研究了微波氧化热解落叶松的升温规律、产物产出规律以及产物特性。研究结果表明:氧的引入改善了微波加热行为,当氧碳比(n(O)/n(C))值达到0.44时,升温曲线由阶梯状变为近似直线;氧气促进了木材微波热解转化,当n(O)/n(C)值为0.22时,气体产物收率75.55%、液体产物收率15.61%、固体产物收率8.84%,显著优于无氧微波热解(气体产物19.37%、液体产物48.78%及固体产物31.85%)。落叶松木材热解产物中,热解气化指标显著提高,当n(O)/n(C)值从0升至0.22时,碳转化率从7.4%增至52%,燃气产率从0.16 m^3/kg升至0.82 m^3/kg,气化效率从14%增至37.5%,燃气电耗降幅80%,但n(O)/n(C)值超过0.055时,燃气热值呈降低趋势;焦油的副产品减少,产物以稠环芳烃为主,组成得到极大简化;焦炭酸值明显降低,副产品减少,适量氧的引入促进焦炭内部形成微孔-介孔共存结构,孔结构更加稳定,显著改善焦炭的比表面性质。当n(O)/n(C)值为0.22时BET比表面积为489 m^2/g,平均孔径4.13 nm。

铁铜钛金属氧化物辅助微波热解角叉菜制气研究

利用金属氧化物代替空气氧与生物质发生异相氧化热解反应,可以解决常规有氧热解导致的燃气热值降低以及气体产品品质变差的问题。选择七种金属氧化物与角叉菜在微波加热条件下进行热解,分析热解产物分布、热解气化指标、燃气组成以及金属氧化物热解前后结构的变化。结果表明,金属氧化物的加入对于热解碳转化率、气化效率、燃气产率及燃气组成都有明显的促进作用,当使用金属氧化物Fe0.6Cu0.2Ti0.2时,H2/CO摩尔比达1.13,明显高于空气氧辅助微波热解和生物质直接微波热解。Fe0.6Cu0.2Ti0.2经15次循环实验后无明显烧结和失活现象。