煤制天然氣的技術(shù)經(jīng)濟分析與生命周期評價

【摘要】：提高以天然氣為代表的清潔能源在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中的比重是治理大氣污染一項重要措施。在國產(chǎn)天然氣和進口天然氣短期內(nèi)不能滿足日益增長的天然氣需求的情況下,煤制天然氣(SNG)這條能源轉(zhuǎn)換路徑應(yīng)運而生。本文采用生命周期成本分析方法和生命周期評價方法,從生命周期角度對煤制天然氣的技術(shù)經(jīng)濟性能、環(huán)境性能和資源能源消耗進行系統(tǒng)地分析與評價,并對煤制天然氣用于不同用途時與其它傳統(tǒng)的能源利用路徑進行對比,闡明煤制天然氣的優(yōu)勢和劣勢所在,提出科學和量化的分析結(jié)果供決策者參考。煤氣化技術(shù)和甲烷化技術(shù)是煤制天然氣項目要選取的兩種關(guān)鍵技術(shù)。BGL熔渣氣化技術(shù)具有蒸汽和氧氣單耗低、冷煤氣效率和有效氣體體積分數(shù)高、設(shè)備投資少、氣化過程產(chǎn)生的廢水少等優(yōu)點,比較適合應(yīng)用于煤制天然氣項目。對于甲烷化技術(shù)而言,TREMPTM和CRG甲烷化技術(shù)具有較長的催化劑壽命,技術(shù)成熟,工藝過程副產(chǎn)高壓蒸汽,有利于提高過程的整體能量效率,優(yōu)先推薦這兩種甲烷化技術(shù)用于煤制天然氣項目。本文采用生命周期成本分析方法對SNG應(yīng)用于城市燃氣領(lǐng)域供熱燃氣、民用燃氣和公交燃氣三種主要用途時的環(huán)境影響和經(jīng)濟性能進行綜合量化的評價,并與其他替代方案的生命周期成本進行對比分析?？傮w來看,由于SNG生產(chǎn)過程排放出大量污染物整體上導致了高昂的環(huán)境成本,使得SNG僅在應(yīng)用于民用燃氣這一用途時優(yōu)于傳統(tǒng)方案,而在供熱燃氣和公交燃氣兩種用途中,與傳統(tǒng)燃料或替代方案相比并無優(yōu)勢;發(fā)展SNG在本質(zhì)上是將原本發(fā)生在城市區(qū)域使用階段的污染物排放轉(zhuǎn)移到偏遠地區(qū)的SNG產(chǎn)地。冬季灰霾天氣頻發(fā),這與冬季燃煤供熱排放的灰霾污染物密切相關(guān)。本文就SNG用作供熱燃氣這一主要用途進行深入研究,從灰霾污染物、溫室氣體排放和能源消耗三方面開展生命周期評價,并與傳統(tǒng)的燃煤供熱路徑進行對比分析。結(jié)果表明,SNG供熱路徑生命周期灰霾污染物排放量比燃煤供熱路徑減少44%,其中在城市區(qū)域減少排放高達98%。若全部采用燃氣供熱,北京地區(qū)冬季灰霾污染物排放總量會在目前的基礎(chǔ)上減少52%。但是,從生命周期角度考慮,SNG供熱路徑要比燃煤供熱路徑多消耗90%煤炭資源,溫室氣體排放量高65%。針對我國的煤制天然氣產(chǎn)業(yè),有必要引入生態(tài)補償機制、碳稅政策和碳排放權(quán)交易機制,以應(yīng)對SNG供熱路徑的灰霾污染物排放轉(zhuǎn)移問題和溫室氣體排放強度增大的問題。電力與和SNG在終端使用過程有著很強的相互替代性,二者都可以由煤轉(zhuǎn)化而來。將煤就地轉(zhuǎn)化為電力輸送到城市使用是否比煤制天然氣路徑在環(huán)境性能和資源消耗方面更勝一籌呢?本文針對SNG用于城市的發(fā)電和餐飲公服領(lǐng)域時,對煤發(fā)電和煤制天然氣兩條能源利用路徑開展生命周期評價工作,研究結(jié)果表明,與煤制天然氣路徑相比,煤發(fā)電路徑生命周期灰霾污染物排放可減少30-80%,溫室氣體排放可減少6-73%,煤炭資源消耗比減少20-69%。就水資源消耗而言,基于空冷技術(shù)的煤發(fā)電路徑的生命周期水資源消耗比煤制天然氣路徑減少11-74%。由此可見,煤發(fā)電路徑可有效緩解我國富煤貧水地區(qū)的環(huán)境和水資源壓力,是一條值得考慮的能源利用路徑。 【關(guān)鍵詞】：煤制天然氣 生命周期評價 生命周期成本分析 環(huán)境影響 資源消耗
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE665.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-22
• 符號說明22-25
• 第一章 緒論25-36
• 1.1 煤制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展和研究現(xiàn)狀28-33
• 1.1.1 煤制天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展28-29
• 1.1.2 煤制天然氣研究現(xiàn)狀29-33
• 1.2 擬解決的關(guān)鍵問題與研究方法33
• 1.3 本文研究內(nèi)容33-36
• 第二章 煤制天然氣過程技術(shù)36-50
• 2.1 煤制天然氣的煤氣化技術(shù)38-46
• 2.1.1 主要煤氣化技術(shù)概述38-40
• 2.1.2 主要煤氣化技術(shù)的比較40-46
• 2.2 煤制天然氣的甲烷化技術(shù)46-49
• 2.2.1 主要甲烷化技術(shù)概述46-48
• 2.2.2 主要甲烷化技術(shù)的比較48-49
• 2.3 本章小結(jié)49-50
• 第三章 技術(shù)經(jīng)濟分析與生命周期評價方法50-68
• 3.1 技術(shù)經(jīng)濟分析50
• 3.2 生命周期成本分析方法50-51
• 3.2.1 內(nèi)部成本51
• 3.2.2 外部成本51
• 3.3 生命周期評價方法51-56
• 3.3.1 LCA的發(fā)展與研究現(xiàn)狀52-53
• 3.3.2 LCA方法與框架53-56
• 3.4 生命周期模型56-66
• 3.4.1 數(shù)據(jù)來源與論證56-57
• 3.4.2 環(huán)境影響評價類型57-59
• 3.4.3 煤制天然氣路徑的生命周期模型59-66
• 3.5 本章小結(jié)66-68
• 第四章 SNG用于城市燃氣領(lǐng)域時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及替代路線的生命周期邊界69-71
• 4.1.2 SNG內(nèi)部成本的計算71-74
• 4.1.3 生命周期環(huán)境排放清單74
• 4.2 SNG與傳統(tǒng)燃料路徑的生命周期成本分析74-81
• 4.2.1 SNG與天然氣的對比74-76
• 4.2.2 SNG用作供熱燃氣與煤和天然氣的對比76-78
• 4.2.3 SNG用作民用燃氣與LPG的對比78-79
• 4.2.4 SNG用作公交燃氣與柴油和甲醇的對比79-81
• 4.3 本章小結(jié)81-82
• 第五章 SNG用作供熱燃氣時的生命周期評價82-97
• 5.1 生命周期模型83-87
• 5.1.1 生命周期邊界和功能單位83-84
• 5.1.2 生命周期清單84-87
• 5.2 結(jié)果與討論87-95
• 5.2.1 灰霾污染物排放87-89
• 5.2.2 溫室氣體排放89-93
• 5.2.3 生命周期能耗93-95
• 5.3 本章小結(jié)95-97
• 第六章 煤電與SNG的生命周期評價97-111
• 6.1 褐煤發(fā)電技術(shù)的選擇97-98
• 6.2 生命周期模型98-104
• 6.2.1 生命周期邊界和功能單位98-99
• 6.2.2 終端使用設(shè)備99
• 6.2.3 建模與數(shù)據(jù)收集99-104
• 6.3 結(jié)果與討論104-110
• 6.3.1 灰霾污染物排放104-105
• 6.3.2 溫室氣體排放105-107
• 6.3.3 生命周期煤炭和水資源消耗107-110
• 6.4 本章小結(jié)110-111
• 結(jié)論與展望111-113
• 參考文獻113-126
• 攻讀博士學位期間取得的研究成果126-128
• 致謝128-129
• 附件129

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