煤制天然气的技术经济分析与生命周期评价

【摘要】：提高以天然气为代表的清洁能源在我国一次能源消费结构中的比重是治理大气污染一项重要措施。在国产天然气和进口天然气短期内不能满足日益增长的天然气需求的情况下,煤制天然气(SNG)这条能源转换路径应运而生。本文采用生命周期成本分析方法和生命周期评价方法,从生命周期角度对煤制天然气的技术经济性能、环境性能和资源能源消耗进行系统地分析与评价,并对煤制天然气用于不同用途时与其它传统的能源利用路径进行对比,阐明煤制天然气的优势和劣势所在,提出科学和量化的分析结果供决策者参考。煤气化技术和甲烷化技术是煤制天然气项目要选取的两种关键技术。BGL熔渣气化技术具有蒸汽和氧气单耗低、冷煤气效率和有效气体体积分数高、设备投资少、气化过程产生的废水少等优点,比较适合应用于煤制天然气项目。对于甲烷化技术而言,TREMPTM和CRG甲烷化技术具有较长的催化剂寿命,技术成熟,工艺过程副产高压蒸汽,有利于提高过程的整体能量效率,优先推荐这两种甲烷化技术用于煤制天然气项目。本文采用生命周期成本分析方法对SNG应用于城市燃气领域供热燃气、民用燃气和公交燃气三种主要用途时的环境影响和经济性能进行综合量化的评价,并与其他替代方案的生命周期成本进行对比分析。总体来看,由于SNG生产过程排放出大量污染物整体上导致了高昂的环境成本,使得SNG仅在应用于民用燃气这一用途时优于传统方案,而在供热燃气和公交燃气两种用途中,与传统燃料或替代方案相比并无优势;发展SNG在本质上是将原本发生在城市区域使用阶段的污染物排放转移到偏远地区的SNG产地。冬季灰霾天气频发,这与冬季燃煤供热排放的灰霾污染物密切相关。本文就SNG用作供热燃气这一主要用途进行深入研究,从灰霾污染物、温室气体排放和能源消耗三方面开展生命周期评价,并与传统的燃煤供热路径进行对比分析。结果表明,SNG供热路径生命周期灰霾污染物排放量比燃煤供热路径减少44%,其中在城市区域减少排放高达98%。若全部采用燃气供热,北京地区冬季灰霾污染物排放总量会在目前的基础上减少52%。但是,从生命周期角度考虑,SNG供热路径要比燃煤供热路径多消耗90%煤炭资源,温室气体排放量高65%。针对我国的煤制天然气产业,有必要引入生态补偿机制、碳税政策和碳排放权交易机制,以应对SNG供热路径的灰霾污染物排放转移问题和温室气体排放强度增大的问题。电力与和SNG在终端使用过程有着很强的相互替代性,二者都可以由煤转化而来。将煤就地转化为电力输送到城市使用是否比煤制天然气路径在环境性能和资源消耗方面更胜一筹呢?本文针对SNG用于城市的发电和餐饮公服领域时,对煤发电和煤制天然气两条能源利用路径开展生命周期评价工作,研究结果表明,与煤制天然气路径相比,煤发电路径生命周期灰霾污染物排放可减少30-80%,温室气体排放可减少6-73%,煤炭资源消耗比减少20-69%。就水资源消耗而言,基于空冷技术的煤发电路径的生命周期水资源消耗比煤制天然气路径减少11-74%。由此可见,煤发电路径可有效缓解我国富煤贫水地区的环境和水资源压力,是一条值得考虑的能源利用路径。 【关键词】：煤制天然气 生命周期评价 生命周期成本分析 环境影响 资源消耗
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-22
• 符号说明22-25
• 第一章 绪论25-36
• 1.1 煤制天然气产业发展和研究现状28-33
• 1.1.1 煤制天然气产业的发展28-29
• 1.1.2 煤制天然气研究现状29-33
• 1.2 拟解决的关键问题与研究方法33
• 1.3 本文研究内容33-36
• 第二章 煤制天然气过程技术36-50
• 2.1 煤制天然气的煤气化技术38-46
• 2.1.1 主要煤气化技术概述38-40
• 2.1.2 主要煤气化技术的比较40-46
• 2.2 煤制天然气的甲烷化技术46-49
• 2.2.1 主要甲烷化技术概述46-48
• 2.2.2 主要甲烷化技术的比较48-49
• 2.3 本章小结49-50
• 第三章 技术经济分析与生命周期评价方法50-68
• 3.1 技术经济分析50
• 3.2 生命周期成本分析方法50-51
• 3.2.1 内部成本51
• 3.2.2 外部成本51
• 3.3 生命周期评价方法51-56
• 3.3.1 LCA的发展与研究现状52-53
• 3.3.2 LCA方法与框架53-56
• 3.4 生命周期模型56-66
• 3.4.1 数据来源与论证56-57
• 3.4.2 环境影响评价类型57-59
• 3.4.3 煤制天然气路径的生命周期模型59-66
• 3.5 本章小结66-68
• 第四章 SNG用于城市燃气领域时的生命周期成本分析68-82
• 4.1 生命周期模型69-74
• 4.1.1 SNG及替代路线的生命周期边界69-71
• 4.1.2 SNG内部成本的计算71-74
• 4.1.3 生命周期环境排放清单74
• 4.2 SNG与传统燃料路径的生命周期成本分析74-81
• 4.2.1 SNG与天然气的对比74-76
• 4.2.2 SNG用作供热燃气与煤和天然气的对比76-78
• 4.2.3 SNG用作民用燃气与LPG的对比78-79
• 4.2.4 SNG用作公交燃气与柴油和甲醇的对比79-81
• 4.3 本章小结81-82
• 第五章 SNG用作供热燃气时的生命周期评价82-97
• 5.1 生命周期模型83-87
• 5.1.1 生命周期边界和功能单位83-84
• 5.1.2 生命周期清单84-87
• 5.2 结果与讨论87-95
• 5.2.1 灰霾污染物排放87-89
• 5.2.2 温室气体排放89-93
• 5.2.3 生命周期能耗93-95
• 5.3 本章小结95-97
• 第六章 煤电与SNG的生命周期评价97-111
• 6.1 褐煤发电技术的选择97-98
• 6.2 生命周期模型98-104
• 6.2.1 生命周期边界和功能单位98-99
• 6.2.2 终端使用设备99
• 6.2.3 建模与数据收集99-104
• 6.3 结果与讨论104-110
• 6.3.1 灰霾污染物排放104-105
• 6.3.2 温室气体排放105-107
• 6.3.3 生命周期煤炭和水资源消耗107-110
• 6.4 本章小结110-111
• 结论与展望111-113
• 参考文献113-126
• 攻读博士学位期间取得的研究成果126-128
• 致谢128-129
• 附件129

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