CO_2减排对化学工程的挑战

气候变化和CO2减排问题是社会可持续发展所面临的一个巨大挑战。化学工程学科在CO2减排和可持续发展的背景之下面临着新的发展机遇及选择。对工业而言,CO2减排的根本途径是对现有能源系统的改造,这也不同程度地对化学工程学科提出了要求。对CO2不同减排方式的分析表明:对于化工行业,在可持续发展战略的整体框架之下考虑成本有效的减排,其主要减排方式可分为提高能效、向低含碳量燃料转变、开发核能和可再生能源、对CO2进行捕获和封存等,每一种方式都在很大程度上要求化学工程师做出贡献。     

基于LEAP模型的能源规划与CO_2减排研究——以辽滨沿海经济区区域为例

目的为从法规、政策、规划和计划层次上削减碳排,对辽滨沿海经济区区域能源规划及CO2减排进行研究,实现区域能源规划的科学性.方法采用长期能源可替代规划系统LEAP模型,在基准发展情景和区域能源规划发展情景下,分建筑业用能、商业用能和居民生活用能3个部门进行CO2排放量模拟预测.结果模拟结果得出:相比于基准情景,区域能源规划发展情景下,2010—2030年CO2排放总量减少了7.1×105t,CO2的排放量比基准发展情景降低了44%.结论在区域能源规划中引入LEAP模型对区域节能减排进行研究的方法是科学有效的,辽滨沿海经济区区域能源规划对于区域节能减排有着重要作用,为未来区域建筑的低碳节能奠定基础.     

CO2排放约束下的广东省电力发展研究

为应对气候变化,我国承诺到2020年将单位GDP的CO2排放比2005年降低40 %～45%,广东省也有必要采取相应的减排措施.为此构建了广东省电力系统的能源技术模型以分析广东省电力的CO2排放和减排对策.应用模型分析了在三种减排约束下广东省至2020年电力的发展情景,以及相应的能源消费和CO2排放趋势.分析结果显示广东省电力部门至2020年合理的CO2减排目标可在将单位供电的CO2排放比2005年降低25%左右,主要减排措施包括:继续发展核电,核电装机的比例由2007年的5.8%提高到20%左右;关停200 MW以下小火电约8 000 MW;大力发展风电,风电装机比例由2007年的0.4%提高到10%以上;此外,还需适当发展天然气发电.     

太阳能技术对我国未来减排CO2的贡献

在“我国后续能源发展战略研究”基础上对太阳能技术在我国未来减排CO2中的作用进行了估计，结果表明，在2010年后太阳能技术对CO2减排作用开始有较明显影响，2020年后开始有较显著影响。     

发掘CO2和大气污染物减排技术潜力——熔态还原炼铁—汽油合成／联合循环发电集成系统

1996年,国务院新闻办公室发表的《中国的环境保护》中指出,要在工业污染防治的指导思想上确立3个转变;在污染防治基本战略上,从侧重污染的末端治理逐步转变为工业生产全过程控制;在污染排放控制上,由重浓度控制转变为浓度与总量相结合;在污染治理方式上,由重分散的点源治理转变为集中控制与分散治理相结合,1998年,联合国环境署发表东京宣言,要求工业发达国家到2010年CO2减排6%,我国是世界煤炭能源消耗的主要国家之一。国际上要求我国减少大气污染物和温室气体排放的呼声越来越强烈,我国的电力工业和钢铁工业是煤炭能源的主要消耗大户,电力工业和钢铁工业降低能耗、减少大气污染物和CO2排放对全国节能降污有举足轻重作用。     

节能减排技术在钢铁企业的应用

钢铁工业是我国能源消耗大户,节能技术的应用和推广是行业亟待解决的问题,本文从钢铁工业能源利用现状出发,介绍了行业中先进的节能技术及企业节能减排的实践。     

建议制定"CO2减排关键技术的创新及开发计划"

1 CO2减排的关键技术与中国的可持续发展 在全球共同面对气候变化挑战、推进经济社会可持续发展的形势下,能源及与此相关的环境问题变得尤为重要.提高能源效率、开发利用可再生能源是解决能源与环境问题一直沿用的主要技术手段,而CO2碳捕获和封存等减排技术作为第3种技术手段,近年在国际上得到特别关注,被置于节能、可再生能源开发利用同等重要的地位.     

光伏电站的发展状况及低碳效益浅析

温室气体浓度增加引起的全球变暖,我国政府对此非常重视,提出到2020年我国单位生产总值CO2排放比2005年减少40%~45%,节能减排工作日益严重。电力是"高碳能源"的第一消耗大户,目前大力发展风电、光伏等新能源产业,使之成为我国电力工业的重要组成部分,不仅是能源开发的需要,也是低碳经济和环境保护的需要。构建以安全发展、高效发展、清洁发展为目标的现代能源保障体系。     

钢铁企业能源消耗与CO2减排关系

建立了钢铁企业长流程CO2过程排放模型,给出总排放和工序排放的计算方法.计算发现:国内某800万t产量规模的典型钢铁企业CO2总排放在2007年达到1561.64万t,吨钢排放1.85t CO2;工序排放从大到小依次为炼铁、焦化、烧结、轧钢、炼钢、熔剂焙烧和球团工序,其中炼铁和焦化工序排放分别占总排放的58.83%和11.25%.为了评价钢铁企业能源消耗和CO2减排关系,提出钢铁企业CO2综合排放因子和能耗碳饱和指数评价方法.研究表明,为了减少CO2排放,钢铁企业不仅需要降低总体能耗,还需要降低能耗的碳饱和指数,能耗碳饱和指数与能源结构相关,能源结构中CO2总影响系数大的能源种类消耗量越大(例如焦炭),碳饱和指数越高,越不利于CO2的减排.这说明实现钢铁生产的生态园区化、优化能源结构以及加强钢铁生产的能源转换功能对钢铁企业减排有显著作用.     

CO2-ECBM技术双重效益

CO2-ECBM技术是随着煤层气资源的大量开采和对温室效应的逐渐关注提出和发展起来的,应用CO2-ECBM技术不仅可以提高煤层甲烷的采收率,为人类提供更多的清洁能源,同时又可以埋藏大量CO2气体,减少温室效应。本文通过对CO2-ECBM技术在煤层气增产与CO2减排两个方面进行分析,证明CO2-ECBM技术不仅具有经济效益,又具有环境效益。     

辽宁省重点钢铁企业碳排放与配额分配分析

 钢铁行业能耗大、碳排放高,是碳交易市场建设的重要参与者。分析辽宁省重点钢铁企业的碳排放核查数据发现,2013-2017年辽宁省重点钢铁企业主营产品粗钢产量为5465.49~5876.37万t;辽宁省重点钢铁企业纳入碳排放权交易体系的碳排放总量为10046.39~12468.14万t,碳排放强度呈下降趋势。从碳排放类别看,化石燃料燃烧产生的碳排放量最多,占企业总排放量的80%以上,其次是净购入电力、热力使用产生的碳排放量,约占13%。从不同工序看,炼铁工序碳排放量最大,平均占比40.82%,且呈明显下降趋势,其他辅助工序碳排放呈大幅度上升趋势。企业碳排放总量和总能耗均与主营产品产量呈显著线性正相关关系。以2017年辽宁省钢铁行业碳排放量为基础,发现纳管的15家企业的配额总量约为10700.51万tCO₂,总体表现为配额盈余。     

资源循环助推碳中和的路径

 再生资源的循环利用是实现可持续发展和碳中和目标的强大支撑。为了定量评估再生资源循环利用的碳减排潜力，基于物质流分析和生命周期评价方法，核算了大宗物质资源，主要包括水泥、沙子、碎石、砖块、石灰、玻璃、橡胶、木材、塑料、沥青、钢铁、铝和铜等的循环利用潜力，特别对“高耗能、高排放、高产量”的钢铁和水泥行业的碳减排路径和碳中和潜力进行了梳理和分析。测算结果表明，大宗物质资源的需求量将在2022—2025年达峰后持续减少，2030年后物质资源报废量将逐年增加，并于2060年达到约54.6亿t/a，建筑垃圾的比例高达90%且集中在东南沿海省份； 2019—2060年，大宗物质资源需求量的减少导致了碳排放的持续降低，若协同资源高效循环策略，2060年碳排放量将下降至4.3亿t/a，比2018年排放水平低77%。其中，废金属尤其是废钢铁的循环利用碳减排潜力最大，若在2060年将废钢铁的循环利用率提高至90%以上，碳减排量将达到4.4亿t/a，比2018年碳排放量降低90%。相比之下，水泥由于回收处理技术和产品回收价值的限制，仅能通过提高资源使用效率和延长产品使用寿命等策略达到碳减排效果。最后，阐述了“十四五”时期作为推动再生资源循环利用的关键期和窗口期需要部署的资源循环政策、模式和技术等，为助力碳中和目标的实现提供重要支撑。     

高炉炼铁过程多目标优化模型的研究及应用

基于高炉炼铁过程的物质与能量守恒,采用多目标优化方法,建立了以能耗、成本及CO2排放为目标的高炉生产过程优化数学模型,并将该模型应用到某大型钢铁企业.编制程序得出优化结果,经与实际生产数据比较,验证了模型的正确性.优化结果表明:能耗、成本和CO2排放量均有不同程度降低.同时,利用模型分析了焦比、煤比、烧结矿品位等因素对...     

钢铁企业炼铁系统碳素流分析及CO2减排措施

针对某钢铁企业炼铁系统,建立了炼铁系统碳素流模型;基于碳平衡原理,用实际生产数据计算出碳排放量,分析碳排放的影响因素并分析了碳排放与投入系统能源之间的关系.结果表明:炼铁系统碳排放模型计算的碳排放量更加符合我国实际;能源消耗量与碳排放量之间存在协同作用,能源消耗引起的碳排放占系统CO2排放的95%,且每种能源的碳排放潜力不同,煤、焦炭等能源的排放潜力较大.指出降低炼铁系统CO2排放关键在于改变能源结构、采用清洁能源和开发节能减排新技术.     

钢铁企业物质流与能量流及其相互关系

把大型钢铁企业的生产系统分解为相互关联的物质流动和能量流动过程两部分.针对其中的物质流动过程,构造从天然铁矿石(或废钢)到钢铁产品生产过程的物质流图,并建立含铁物料流动过程的铁流模型;针对能量流动过程,构造从一次能源到二次能源产品的生产、转换和使用直至废气排放的能量流图,并建立钢铁企业能量流模型;考虑物质流和能量流的相互关联和制约,建立两者的耦合模型.基于模型,讨论了钢铁生产过程中物质流变化、能量流变化及其相互作用对企业能耗及资源效率、能源效率的影响,指出了提高资源效率、能源效率的努力方向.     

典型钢铁企业物能消耗与烟粉尘排放分析

以典型钢铁生产企业为研究对象,基于企业实际生产数据,采用物质流分析法(MFA),构建物质代谢模型.建立了能源、资源利用和污染物排放分析指标,定量描述了钢铁企业的资源能源消耗及烟粉尘排放情况.结果表明:企业层面,高炉-转炉长流程吨钢总资源消耗量为208.6 t,燃料能消耗量占能源消耗总量的93.9%,吨钢烟粉尘排放量为648.08 g,烧结和炼铁工序贡献最大,分别占总排放量的45%和36%.电炉短流程总资源消耗量为1.31 t,电能消耗量占能源消耗总量的96.7%,吨钢烟粉尘排放量67 g.工序层面,烧结、炼焦和炼铁三个主排放工序的排放量分别为222.50 g/t烧结矿、118.20 g/t焦、245.27 g/t铁.据此,提出企业节能减排和产业结构调整的方向性建议,以减少环境压力,实现钢铁企业的可持续发展.     

台湾住商部门因应温室气体减量之策略

在经济迅速成长,生活质量不断提升之下,台湾住商部门能源需求之成长率在近年均超过6%,能源消耗为本部门主要之CO2排放因子.为此提议八个节能方案,分别为:发展节能之建材,强化建筑外壳节能设计,建立建筑空调及照明节能设计基准,提升耗能器具能源效率标准,推动旧建筑节能改善服务,日常节能之教育倡导,推广建筑物利用再生能源,及调整累进电价之差别费率.以上方案为无悔策略,目标为节约能源,预估2015年累计年节约364万公秉油当量,降低CO2排放量994万吨,2025年累计年节约873万公秉油当量,降低CO2排放量2383万吨.     

基于能源枢纽的钢铁制造过程多能源协同优化

The production process of iron and steel is accompanied by a large amount of energy production and consumption. Optimal scheduling and utilization of these energies within energy systems are crucial to realize a reduction in the cost, energy use, and CO₂ emissions. However, it is difficult to model and schedule energy usage within steel works because different types of energy and devices are involved. The energy hub (EH), as a universal modeling frame, is widely used in multi-energy systems to improve its efficiency, flexibility, and reliability. This paper proposed an efficient multi-layer model based on the EH concept, which is designed to systematically model the energy system and schedule energy within steelworks to meet the energy demand. Besides, to simulate the actual working conditions of the energy devices, the method of fitting the curve is used to describe the efficiency of the energy devices. Moreover, to evaluate the applicability of the proposed model, a case study is conducted to minimize both the economic operation cost and CO₂ emissions. The optimal results demonstrated that the model is suitable for energy systems within steel works. Further, the economic operation cost decreased by 3.41%, and CO₂ emissions decreased by approximately 3.67%.     

二氧化碳—氧气混合喷吹炼钢实验研究

通过采用冶金反应的热力学分析、热平衡计算及热态实验,研究了CO2与O2混合喷吹炼钢工艺.对喷吹过程中金属熔体内的脱碳过程,铁液、炉渣及炉气成分及温度的变化进行了测试及分析.初步分析了CO2与O2混合喷吹炼钢工艺的可行性.根据热平衡计算可以得出,在炼钢过程中喷入一定浓度CO2气体后,同样可脱除钢中的碳,达到冶炼目的.实验证实,在真空电感应炉炼钢过程中,由于电能热量的补充,使得能满足炼钢过程的热量要求,喷入CO2与O2混合气体可以脱除钢中的碳.     

钢铁绿色制造系统物料资源与环境影响关联模型研究

物料资源是钢铁制造系统产生环境影响的根源,揭示钢铁制造系统物料资源输入和环境排放之间的关联性是钢铁企业实施绿色制造的重要技术基础.建立钢铁制造过程输入输出框架模型,提出一种对钢铁制造过程物料资源消耗和环境排放进行关联性分析的方法.通过某炼钢工艺过程的应用实例,验证了上述模型和方法的有效性和可行性.