年产80万吨尿素煤化工项目建议书和电化学技术在新能源中的利用

PAGEPAGE5年产80万吨尿素煤化工项目建议书项目承建单位：白城经济开发区项目开发中心二OO八年十一月目录一、项目概述…………..1二、项目建设的意义及有利条件……..5三、市场预测…………..10四、技术方案、产品方案、规模及质量标准…………..20五、建厂位置及总平面图初步方案….45六、公用工程…………..47七、劳动定员、环境保护及消防安全………………..49八、项目建设进度安排………………..50九、投资估算及资金筹措…………….51十、经济效益分析……..54一、项目概述1、项目名称及产品规模（1）项目名称：年产80万吨尿素煤化工项目（2）产品规模年产尿素80万吨；2、项目总投资及经济效益（1）项目总投资项目总投资330000万元。其中：建设投资300000万元人民币；流动资产投资30000万元人民币。（2）经济效益年产值180000万元人民币；年税金13000万元人民币（未包括所得税）；3、项目承建单位及项目负责人（1）项目承建单位：吉林省白城经济开发区煤化工开发办公室（2）项目负责人：龚喜军白城经济开发区管委会副主任电话：0436—手机：传真：、0436--5086019邮编：137000地址：吉林省白城市幸福南大街88号开发大厦11024、承建单位基本情况白城经济开发区是1998年2月经吉林省人民政府批准设立的省级开发区。位于白城市区西南，初期规划开发面积6.9平方公里，常住人口12000人。建区以来，在市委、市政府的正确领导和各界人士的大力支持下，开发区以项目建设为中心，以招商引资为手段，以建设派克企业园、高新技术园、生物医药园、环保产业园、生态农业园为重点，各项工作取得了较大进展。截止到2007年末，累计实现国内生产总值16亿元，年均递增79%；累计实现工业总产值14亿元，年均递增91%；累计招商引资到位资金25亿元，年均递增54.9%；累计新上项目124个，完成投资23亿元，年均递增37%。在实施的各类项目中，基础设施项目主要有：西部供热站、胜利路、花园路、光明街、吉鹤广场、吉鹤苑高档住宅小区、幸福花园、客货运输枢纽站、电信大厦、广电中心、开发大厦、鹤原宾馆等百余个项目，其中，已经建成投入使用的有35个项目，累计完成投资15亿元。目前，起步区已达到“七通一平”，具备建设各类项目的条件。工贸项目主要有：美国德尔福派克企业园、金鹏齿轮变速箱、国宏汽车改装车、道君药业、多邦药业、长恒药业、裕丰精制稻米、鹤城旅游街、富都娱乐城、聚龙建材城、批发大世界、移动通讯等89个项目，其中已经建成投入生产运营的有78个。白城经济开发区机构健全、职能完善，代表市政府对开发区经济和行政事务实行统一领导和管理，在开发区内行使市级经济管理权，享有省政府赋予的各项经济管理权。经省政府批准，开发区在1999年列入了省土地管理改革试点单位，赋予国家级开发区管理职能和权限。白城经济开发区视投资者、纳税人为上帝、衣食父母，全面推行“直接办理制、窗口服务制、全程服务制、社会服务承诺制”，形成了良好的投资软环境。面对我国加入WTO的新形势，经济全球化大趋势，白城经济开发区将全面实施二次创业，努力实现“五年升四位”的发展目标。到2010年，GDP要达到32亿元，在全市经济总量中所占份额由1/20提升到1/10，实现翻两番的目标；到2020年，GDP要保持15%的增长速度达到130亿元。该项目建设将以开发区管委会为依托，成立煤化工项目的开发办公室，根据项目进展需要不断充实扩大，以适应项目建设需要。5、技术经济指标汇总表序号指标名称单位指标1总投资万元3300001.1建设投资万元3000001.2流动资金万元300002工作制度2.1全年生产天数天3502.2每天生产班次班33项目定员7003.1其中生产工人4644项目新增建筑面积m2800005年总成本费用万元1450006年销售收入万元1800006.1销售利润率%22.407年利润万元345008全员劳动生产率万元/人年2388.1投资利润率%26.219财务内部收益率%2610财务净现值(8%)%8920411投资回收期年12从建设期年1312.1从投产期11二、项目建设的意义及有利条件2.1项目建设的意义2.1.1项目的建设有利于白城市33亿斤粮食增产和促进农民增收近年，全国玉米产量达1280亿公斤左右，但玉米年销费量则为1100亿公斤，平均每年超产100亿公斤。吉林省是全国最大的商品粮基地，玉米产量多年来居全国第一位，年平均产量为1536万吨。白城市的农业产值在全市国民经济中占据主导地位。在地理位置上也是东北玉米黄金带的组成之一。近年来随着玉米收购价的下滑，给农民收入造成很大的影响，不利于农村的稳定和农业的发展。吉林省增产百亿斤粮食计划，白城市要承担三分之一，玉米、水稻生产大量使用尿素，因此，80万吨尿素项目的建设对于解决农产品的增收、促进农业发展发挥作用，有利于国家对“三农”问题的解决。能增加作物产量。据有关资料，化肥在各项增产因素中的作用占40％～60％，国外如此，我国也不例外，一般中低产田(无限制因素时)化肥的增产作用大于高产田。合理施用化肥是农业可持续发展的物质保证。2.1.2可提高土壤肥力农民对施用有机肥料能提高土壤肥力深信无疑，但化肥的后效易被人忽视，连续多年合理施用化肥后效将叠加，生产实践证明耕地肥力不但能保持而且能越种越肥。不同年代无肥区作物单产呈现不断增加的趋势是生产力不断提高的有力证据。

2.1.3能发挥良种潜力一般高产品种可以认为是使用肥料高效应的品种，肥料投入水平成为良种良法栽培的一项核心措施。2.1.4可补偿耕地不足我国耕地由于多种原因正在逐渐减少。对农业增加化肥施用量，实质上与扩大耕地面积的效果相似。按我国近年的平均肥效，每吨化肥养分增产粮食7．5吨，若每公顷耕地的粮食单产也是7．5吨，则每增施1吨化肥养分，相当于扩大耕地面积1公顷。

2.1.5是发展经济作物、森林和草原的物质基础我国在农业实现良种化、持续提高施肥量、获得粮食连年丰收的基础上，我国经济作物获得大幅度发展。粮食的丰收有力地促进了退耕还林、退耕还草的大面积实施，因而对生态环境的改善作用巨大，难以取代。2.1.6项目建设对于发展白城经济有利白城周边蕴藏丰富的煤谈资源，合理的开发建设大型煤化工项目，可以有力的促进吉林省西部经济振兴和跃进。白城位于国家规划的东蒙煤化工项目建设区域中心，交通运输、水资源、厂址选择等方面有利于大型煤化工项目摆放。2.1.7煤化工项目建设是煤炭综合利用的战略选择煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品，生产出各种化工产品的工业。煤的焦化、气化、液化，煤的合成气化工、焦油化工和电石乙炔化工等，都属于煤化工的范围。与煤炭燃烧相比，煤转电的效益可增加5倍，煤转化工的效益可增加10倍。由此可见，煤化工产业可促进煤炭产业结构优化升级，提高煤炭资源综合效益。2.2项目建设的有利条件2.2.1项目建设地点条件好，交通运输便捷。白城市位于吉林省西部。这里交通运输十分方便、航空有乌兰浩特—白城机场，可直航北京、长春；铁路有长白铁路、平齐铁路，可直达北京、天津、南京、大连、上海、呼和浩特、秦皇岛、长春、哈尔滨等地；公路有乌图公路、长白一级路、203国道等重要线路，为货物流通提供了良好的条件。白城火车站是沈阳铁路局辖区内的一等货运、客运编组站，火车站货场接货方便。货运可经白城火车站货场装车，直接发往全国各铁路站点，货运装车以满一节车皮（60吨）为起点，整车发运，以白城到沈阳（运距550公里）为例，每节车皮（60吨）到站运费合计为3614.00元。以白城到沈阳（运距550公里）为例，空车配货每吨货物运费为155.00－165.00元，10吨以上货物空车配货价为130.00－140元，零担班车价格要比上述价格同比高10％左右。2.2.2企业用工及技术人才有保障白城市具有很强的化学工业基础，拥有十几个中型化工企业，可以就地招募一批技术人才及工人。吉林省是国内知名的科技教育大省。闻名国内外的吉林大学、东北师大、长春工业大学等三十多所院校都有大批的化工、机械、电子等方面的专家、学者，长春应化所、吉林省石油化工设计研究院、吉林电力设计院、长春光机所等单位也都可为项目建设提供强有力的技术支持；各大学每年毕业的大学、硕士、博士生都可为本项目提供各类高层管理人才；另外，白城市有白城师院、白城工学院及多所专业技工学校可为项目提供优秀的管理人才及专业技术工人队伍。2.2.3能源供应充足，价格合理。2.2.3.1电费对大工业用电，除基础电价外，还包括基本电费（指有变压器的企业，变压器容量每KVA每月价格19.00元，如500KVA变压器每月基本电费为9500.00元）、力率电费、三峡基金、还贷资金、扶持资金、附加费、能源附加。以工业用500KVA变压器为例，如果每月用电量为6－8万千瓦时，则每千瓦时电费为0.70－0.73元之间。2.2.3.2水费及资源项目年生产需消耗水资源80万吨。白城市位于东北大平原的中西部、吉林省西部、科尔沁草原的边缘，年降雨量在400—500mm之间，是兴安岭与平原的交界处，地形为大兴安岭正前大型扇形地，地面平坦，微向东南倾斜，地面标高由210m下降到160m第一层为上更新流，松散岩类孔隙水；遍体全区域，由冰水砂砾石层组成，地层厚度15—40米，水位埋深3—7米，含水层厚度10—30米，岩石为粗颗粒的砂砾石、卵砾石组成，透水性极强，水量极丰富，日流量可达1万—5万吨，矿化度小于0第二层为上第三系综合含水层；地层厚度为80—180m，为泥岩和粉细沙岩等多个韵律层组成，含水层占地层厚度的20—40%，最大日流量为1万—第三层为白垩纪下流嫩江水组含水层；该层透水性不好，水量小于日流量100吨。另有西部地表洮儿河水和人工运清水，夏、秋季节水量充沛，春、冬之时极小，在项目建设时可考虑春、夏、秋用人工运河水，而冬季用地下水的方法较有利。白城市水域宽广，水资源极其丰富。全市总水资源量为22.72亿立方米/年，其中：地下水资源量为20.83亿立方米/年，占总水资源量的91.68％。另外，引嫩入白工程即将竣工，每年可以引进嫩江水6.24亿立方米，可以解决农业灌溉、工业用水、生活用水、生态用水等方面之需。白城市工业用自来水费每吨为3.20元，加上每吨0.50元的污水处理费，实际工业用自来水费每吨3.70元。使用自备水源井水价较低，每吨为0.30元左右。2.2.3.3煤炭本地区完全可以满足项目每年160万吨的用煤需要。白城市周围有年产千万吨以上的伊敏、霍林河、大雁、扎赉诺尔煤炭矿区4个。煤炭储量丰富、煤质优良、价格低廉、运输快捷，距白城运距均在8小时之内。目前，白城市燃料用煤基本是黑龙江省黑宝山煤矿原煤，基本售价每吨为300元。黑宝山原煤发热量每千克为5200千卡。2.2.4建设成本低如果仅考虑工、料成本和建筑企业合理利润，目前，白城市建筑市场住宅及办公建设每平方米建设成本为800.00－830.00元；框架结构建筑物如厂房建设每平方米建设成本为880.00－910.00元。因白城地处中温带，冬季寒冷，对常年生产的工业企业一般不适合建设全钢结构建筑。屋顶可采用钢结构。如果包括保温、钢骨架，钢结构屋顶造价每平方米为270.00－290.00元。无保温，有钢骨架的钢结构屋顶造价每平方米为160.00－180.00元。全部钢结构厂房含保温造价每平方米为650.00－700.00元，无保温全部钢结构厂房造价每平方米为300.00－350.00元。2.2.5土地价格低该项目计划在白城工业园区建厂，园区为本项目提供了较低的土地价格，对节约项目投资有利。2.2.6煤基尿素技术优势德国未来能源有限责任公司的技术是用褐煤资源，采用先进、成熟的工艺技术生产尿素。GSPTM气化技术是20世纪70年代末，由前民主德国燃料研究所（DBI）开发并投入商业化运行的大型粉煤气化技术。该研究所创建于1956年，全称为DeutschesBrennstoffinstitutFreiberg，一直致力于煤炭综合利用的开发工作，即使在国际市场石油过剩时，也没有中断过对煤气化技术的开发工作。针对化工行业，本着降低投资与成本，而研发出的GSPTM气化技术是世界先进的大型粉煤进料气流床加压技术之一。分别于1979年和1996年，在弗赖贝格（Freiberg）建立了３ＭＷ和５ＭＷ两套气化中试装置。目前这两套装置属于瑞士可持续技术控股公司下属的德国未来能源公司，试验过的煤种来自德国、中国、波兰、前苏联、南非、西班牙、保加利亚、加拿大、澳大利亚和捷克等国家。东西德合并后，该技术扩展应用到生物质、城市垃圾、石油焦和其他燃料等气化领域。1989年东西德合并后，德国诺尔公司（Noell）公司收购了前东德燃料研究所气化工艺部门，成为GSPTM气化技术的拥有者。1999年诺尔公司被德国巴伯高克（Babcock）电力公司收购。2002年德国巴伯高克电力公司破产，瑞士可持续技术控股公司（SUSTECHoldingAG）收购其气化技术部门并成立全资子公司-德国未来能源有限责任公司。项目的给排水方案可行投资估算基本合理。设计中采用了多项节水措施，不仅可以减少水资源的消耗量，同时也减少了污染物排放量，争取达到污水零排放。对废渣、废气等也采取了效的治理，以及对污染物的回收和综合利用。综上所述，本项目建设具有很高的可行性，意义重大！三、市场预测3.1煤炭是国家能源安全的可靠保证国内煤炭能源消耗大，石油进口量多，而进口石油90%由海上船运,其中运船90%是外轮。这就给国家能源安全造成了威胁。因此，节约能源，开发煤基能源，利用煤基能源燃料，减少石油进口量是保证国家能源安全的重要方面。一、我国能源现状与发展中的瓶颈问题：提倡能源节约1、可从政府照明，灯光工程中做起；2、减少直接燃煤，可节约资源，少污染环境；3、以煤化工来替代石油化工；4、使用煤油、煤甲醇、煤水、煤油水等混合燃料；5、用煤间接液化，生产不含硫的高清洁汽油，柴油等油品来替代动力燃料。二、发展煤基化工的几个观点：观点一、现在是能源化工与煤化工发展的最好时机，是氮肥工业与能源化工相互结合的最好时机，是甲醇化工、甲醇燃料、甲醇系产品发展的最好时机。提倡应该象炼油一样去炼煤。煤不仅是燃料，更应该作为资源与原料来进行加工。观点二、用煤制合成气，可生产氮和化肥，合成油品，制甲醇，用甲醇制烯烃，还可合成醇、醛、酸、酯、醚等一系列含氧化合物和其他化工产品。观点三、以煤气化为龙头的多联产能源化工系统计划。甲醇是煤炭转化为能源与化工产品的主要中间环节，大量甲醇增量将主要集中在煤基燃料和聚烯烃的生产应用上。三、现代煤化工产业的目标：建立以煤气化为核心的多联产能源化工系统，纯净的合成气可作为原料进行热、电、气、化、冶、的联产生产，也可用于矿石的还原冶炼。煤化电、煤化冶、煤焦化、一体化等多联产系统，形成一种新型的以煤炭资源为核心的多种产业集群态势，有效地促进区域经济的良性发展。以煤代油，煤液化变油，或煤气化合成油是立足现有可利用的煤炭资源，解决国家能源安全，补充，替代石油短缺的有效途径。－－摘自国家化工行业生产力促进中心煤化工中心副主任申同贺教授学术报告《1：煤基能源燃料是国家能源安全的可靠保证；2：醇醚清洁燃料介绍》3.2氮肥未来市场，前景依然灿烂。实施农业经济结构调整，进行生态环境建设后，化肥市场出现的此消彼长、不断扩张新的需求变化。这种变化将展示三种发展趋势：一、种粮面积的减少，不等于化肥销量的萎缩。由于农业经济结构的调整，经济作物种植面积的扩大，种粮面积缩小，因此如何提高单位面积粮食产量，也就成为解决不断增长的人口压力的当务之急。增加化肥投入量，提高粮食产量，也必将成为发展趋势。在这种情况下，化肥单位面积的施用量不仅不会减少，反而还会增加。目前世界一些发达国家每公顷耕地化肥的施用量，韩国为526千克，日本为386千克，以色列为341千克，英国为320千克，而我国只有290千克。如果按国际通行的方法严格统计的话，再扣除我国复种面积的施肥量，实际上，我国化肥施用量仅为186千克，处于世界中下水平。面对越来越多的人口压力，我们要想利用世界7%的耕地，养活占世界22%的人口，也只能依靠化肥提高产量。二、经济作物面积的扩大，不意味着化肥使用量的减少，相反，增加了化肥的消费量。由于经济作物能给农民带来更大的收入，也使农民对化肥投入不再吝啬，按照经济作物用肥量是粮食作物用肥量1.2-2倍、果蔬用肥量是粮食的1.3倍计，加上塑料温棚复种面积增加的2-3倍的施肥量，化肥的潜在市场将会大大扩展。据中科院南京土壤所研究表明：辣椒吸收的氮、磷养分，五分之三来自肥料；茄子吸收的氮、钾养分，有一半来自肥料；西红柿需要的养分有近一半来自肥料……农民要想取得更大的经济利益，不增加化肥投入，别无选择。三、生态环境建设，为化肥工业特别是氮肥工业的发展提供了广阔的市场空间。未来，我国生态环境建设任务非常艰巨，特别是国家最近批准的“六大林业工程”建设项目的实施，为化肥产品提供了巨大的商机，各地实施的退耕还林还草，封山育林工程，也使畜牧业“圈养”被“逼上梁山”，也将着手人工草场建设；大中城市人均绿化面积在逐年提高，正以每年3万平方公里的面积增长。尤其值得注意的是：目前，各地生态林、水果林、速生林的建设方兴未艾，已成为发展趋势……这都需要大量的化肥投入。以氮为主要元素的氮肥产品，承担着促使枝叶生长的独特职能。迎来如此浩大的生态建设工程，自然有了更大的用武之地。3.3本地化肥市场份额全区现有耕地面积81662公顷,其中,旱田74318公顷，水田7344公顷。尤其是吉林省增产百亿斤粮食，计划在白城新开垦几百万亩良田，化肥用量会提高百分之三十。旱田年均投入化肥量为6.5万吨，其中复合肥为3万吨；水田年均投入化肥量为1.7万吨，其中复合肥0.8万吨。本项目产品部分在本地销售，可降低运输成本。如销售于区外或市外、省外，交通运输方便。四、技术方案、产品方案、规模及质量标准4.1、总技术方案的选择本项目以煤为原料，经过煤气化、脱硫、变换、压缩、合成等工序，其中造气工段是整个化肥生产的前道工序，也是关键工序，工段的任务就是用煤和蒸汽制备合成氨的生产原料——半水煤气。4.1.1煤气化4.1.1.1煤气化采用GSPTM气化技术GSPTM气化技术是20世纪70年代末，由前民主德国燃料研究所（DBI）开发并投入商业化运行的大型粉煤气化技术。该研究所创建于1956年，全称为DeutschesBrennstoffinstitutFreiberg，一直致力于煤炭综合利用的开发工作，即使在国际市场石油过剩时，也没有中断过对煤气化技术的开发工作。针对化工行业，本着降低投资与成本，而研发出的GSPTM气化技术是世界先进的大型粉煤进料气流床加压技术之一。分别于1979年和1996年，在弗赖贝格（Freiberg）建立了３ＭＷ和５ＭＷ两套气化中试装置。目前这两套装置属于瑞士可持续技术控股公司下属的德国未来能源公司，试验过的煤种来自德国、中国、波兰、前苏联、南非、西班牙、保加利亚、加拿大、澳大利亚和捷克等国家。东西德合并后，该技术扩展应用到生物质、城市垃圾、石油焦和其他燃料等气化领域。1989年东西德合并后，德国诺尔公司（Noell）公司收购了前东德燃料研究所气化工艺部门，成为GSPTM气化技术的拥有者。1999年诺尔公司被德国巴伯高克（Babcock）电力公司收购。2002年德国巴伯高克电力公司破产，瑞士可持续技术控股公司（SUSTECHoldingAG）收购其气化技术部门并成立全资子公司-德国未来能源有限责任公司。4.1.1.2技术应用虽然GSPTM气化技术的拥有权几经变动，但是该技术的商业化应用扩展丝毫没有停止过。1984年在德国黑水泵工厂采用GSPTM气化技术建立了一套200MW的商业化装置，粉煤处理能力为30t/h。该装置在1984至1990年间，成功对普通褐煤及含盐褐煤进行了气化，生产民用煤气。东西德合并后，德国政府引进天然气取代了城市煤气，且对垃圾处理有补贴政策，故1990年后，该装置分别气化过天然气、焦油、废油、浆料和固态污泥等原料，生产出的合成气用于甲醇生产及联合循环发电（IGCC）。2001年，巴斯夫（BASF）在英国的塑料厂建成30MW工业装置，用于气化塑料生产过程中所产生的废料。2005年，捷克Vresova工厂采用GSPTM气化技术建设的140MW工业装置开车运转，其气化原料为煤焦油，用于联合循环发电项目（IGCC）。具体应用成功范例见表1。表1GSPTM气化工艺应用成功范例气化类型气流床气化炉气流床气化炉气流床气化炉用户SchwarzePumpeBASFplc，SealsandsSokolovskduhelnd，a.s．所在地SchwarzePumpe，德国Middlesbrough，英国试车19842001计划2005年反应器类型气流床，水冷壁气流床，水冷壁气流床，水冷壁热容量130MW30MW140MW压力28bar29bar28bar温度140014001400反应器体积11M3.5M15M激冷方式完全激冷局部激冷完全激冷供料系统煤粉/液态供料液态供料液态供料气化原料1984-1990前采用普通的与含盐的褐煤尼龙合成过程中产生的液体废物，包括合氢氰酸和硝酸盐的副产物以及含硫酸铵的有机物440MWIGCC的26个固定床气化炉产生的焦油与其它液态副产品产品用于IGCC和甲醇的原气燃料气用于IGCC的燃气4.1.1.3本技术在中国的业绩中国是能源消耗大国，更是煤炭大国，石油资源相对缺乏。为了更好的推动GSPTM气化技术在中国煤化工及煤制油领域的应用，瑞士可持续技术控股公司于2005年5月与中国神华宁夏煤业集团有限责任公司成立合资公司，即北京索斯泰克煤气化技术有限公司。截止2006年1月底，北京索斯泰克煤气化技术有限公司已经签订了三个技术转让合同，其中与宁夏煤业集团签订了83万吨/年二甲醚一期60万甲醇气化岛项目合同；与安徽淮化集团签订30万吨/年合成氨气化岛项目合同；与江苏灵谷化工有限公司签订30万吨/年合成氨气化岛项目合同。发展前景良好！4.1.2半水煤气合成氨工艺路线本工艺路线为国内成熟路线。4.1.2.1造气->半水煤气脱硫->压缩机1，2工段->变换->变换气脱硫->压缩机3段->脱硫->压缩机4，5工段->铜洗->压缩机6段->氨合成->产品NH34.1.2.2采用甲烷化法脱硫除原料气中CO.CO2造气->半水煤气脱硫->压缩机1,2段->变换->变换气脱硫->压缩机3段->脱碳->精脱硫->甲烷化->压缩机4,5,6段->氨合成->产品NH3。4.1.2.3火车接收工段原料煤炭由火车运进厂，经化验合格后卸到煤场，由输送机输送到道线仓，从道线仓出来的煤炭经斗式提升机提升和气垫输送机输送到工作楼。4.1.2.4备煤系统工段预先被破碎到0～50mm的经过计量的无金属的煤，通过输送机送入磨机，在磨机内将煤碾碎到适于气化的微粒（≥94%wt,≤250微米）。同时采用加热的惰性气流将其干燥到水份含量小于2％wt．经研磨的干燥煤粉由压缩气体(N2或CO2)送到煤的加压和投料系统。此系统包括锁斗和给料器。锁斗加煤后，即用压缩气(N2或CO2)加压，然后将其送至给料器。再用压缩气(N2或CO2)从给料器中将干煤粉送到气化炉的联合喷嘴中，其中输送煤粉线速度为6～8m/s；密相煤粉量为350-450Kg/m3；输送能力为1200Kg/cm2•h。粉煤入炉量测量可通过带称重传感器的加料器与入炉煤粉管线上的流量计4.1.2.5气体及气体冷却除尘系统加压干煤粉，氧气及少量蒸汽通过联合喷嘴进入到气化炉中。气化炉包括一个带水冷壁的气化室和激冷室。气化炉的操作压力为25～40巴。根据进料的组份和炉渣熔化的情况，气化操作温度控制在1350℃～1600从激冷室出来的粗合成气经两级文氏管洗涤后，含饱和蒸汽的粗合成气含尘量达到小于1mg/Nm3后送出界区。4.1.2.6黑水处理系统激冷室和文氏管排出的黑水经减压后送入两级闪蒸罐去除黑水中的气体成分，闪蒸罐内的黑水则送入沉降槽，加入少量絮凝剂以加速灰水中细渣的絮凝沉降。沉降槽下部沉降物经过滤机滤出的滤饼装车外送。沉降槽上部的灰水与滤液一起送回激冷室作激冷水使用，将其中少量污水送界区外污水处理系统。4.1.3尿素的生产方法十分成熟。尿素的生产原理是氨与二氧化碳的合成，生产方法有水溶液全循环法、气提法、中压联尿法，小氮企业大多采用水溶液全循环法。其反应方程式为：2NH3（液）+CO2（气）CO（NH2）2（液）+H2O（液）+Q4.1.4尿素的合成工艺路线主要反应方程式2NH3（液）+CO2（气）=NH4COONH2（液）NH4COONH2=CO（NH2）2（液）+H2O工艺流程简述由造气炉产生的半水煤气脱碳后，其中大部分的二氧化碳由脱碳液吸收、解吸后，经油水分离器，除去二氧化碳气体中携带的脱碳液，进入二氧化碳压缩机系统，由压缩机出来的二氧化碳气体压力达到16Kg后进入尿素合成塔。从合成氨车间氨库来的液氨进入氨储罐，经过氨升压泵加压进入高压液氨泵，加压至20Kg左右，经过预热后进入甲胺喷射器作为推动液，将来自甲胺分离器的甲胺溶液增压后混合一起进入尿素合成塔。尿素合成塔内温度为186~190℃，压力为200Kg4.2产品方案及技术指标本产品方案是按目前工艺路线提出的，将通过交流研究再充实完善。4.2.1产品规模年产80万吨尿素4.2.2技术指标4.2.2.1原料煤:无烟煤:粒度15-25mm或25-100mm固定75%蒸汽:压力0.4MPa,1-3MPa4.2.2.2产品:合成氨：氨含量（99.8%）残留物含量（0.2%）

尿素GB-国家标准:GB2440-2001)4.3关键设备4.3.1气化炉气化炉的结构包括用耐热碳钢制成的水冷壁和激冷室。水冷壁由以碳化硅为屏蔽的冷却盘管所组成。由于所形成的渣层保护，水冷壁的表面温度会小于500℃。水冷壁仅在气化室的底部加以固定，由气化室和喷嘴安装顶部的导轨来支撑，因此顶部产生热膨胀不会产生热应力。冷却盘管的数量取决于气化炉的大小和负荷。出于安全考虑，水冷壁盘管的压力要比炉内操作压力高，以防盘管泄漏或损坏。气化炉外壳设有水夹套，用冷却水进行循环，故外壳温度低于60另外，气化炉可依氧气、煤粉流量调节加以控制，亦可参照在线分析的气体成分和气化室与激冷室压差加以调节。GSPTM气化炉气化干煤粉可以产生的粗合成气（CO+H2）大于90%，相比之下，采用湿法进料的水煤浆气化炉产生的粗合成气（CO+H2）大于80%，表3给出气化炉出口处典型气体组成。GSPTM气化炉的高效率同时降低了煤和氧气的消耗量，这意味着生产中原料成本得到降低，表4给出了GSPTM气化工艺的消耗指标。表1GSPTM气化工艺的消耗指标物料名称1000Nm3(CO+H2)原料煤（灰份6.84wt%,低热值27378kj/kg）564kg氧气（纯度99.6%）315Nm3蒸汽（300℃56kgGSPTM气化炉可以根据用户的要求加以设计，表2给出了GSPTM气化炉的不同规模。表2不同规模的GSPTM气化炉小中大项目规模200MW400MW800MW操作压力（MPa）2.52.52.5产气量（m3/h）50000160000320000结构水冷壁水冷壁水冷壁尺寸（￠mm/Hmm）2000/35002900/52503650/6700进展情况已商业运行工艺包交付中完成关键计算如表所示，现今阶段主要设计压力为2.5MPa,如果更换粉煤输送过程中的阀门组件，操作压力可以提高到4.0MPa以上，相应气化炉的尺寸都将减小。目前在中国提供的GSPTM气化炉设计压力均为4.0MPa4.3.2由配有火焰检测器的点火喷嘴和生产喷嘴所组成，故称为组合式气化喷嘴。受到高热负荷的喷嘴部件由喷嘴循环冷却系统来强制冷却。喷嘴的材质为奥氏体不锈钢，高热应力的喷嘴顶端材质为镍合金。由中心向外的环隙依次为氧气、氧气/蒸汽、煤粉通道。几根煤粉输送管均布进入最外环隙，并在通道内盘旋，使煤粉旋转喷出。给煤管线末端与喷嘴顶端相切，在喷嘴外形成一个相当均匀的煤粉层，与气化介质混合后在气化室中进行气化。因此从给煤管出口到喷嘴顶端之间只产生很小的热应力。图5给出了组合气化喷嘴的外观示意图。4.3.3水冷壁水冷壁如图6所示,是由液体熔渣、固体熔渣、膜式壁、碳化硅耐火填充料、加压冷却水管和抓钉组成的。气化反应过程中，炉内温度很高，燃烧产生的液态熔渣被喷嘴以小渣滴的形式喷至水冷壁上，在水冷壁内层上形成固态渣层。该固态渣层的厚度取决于炉内火焰温度和熔渣的粘结特性。水冷壁可以通过固态渣层厚度的变化自动调节气化炉的运行工况。图7给出气化过程中水冷壁的温度分布示意图。当由于系统故障而使固态渣层变厚时，固态渣最内层的在高温下逐渐熔化，直至达到稳定的固态渣层厚度。当设备初始运行时，固态渣层会逐渐积累，直至达到稳定的固态渣层厚度。在气化过程，固态渣层可以自动调节，始终保持在稳定的厚度，此即为以渣抗渣原理。由于固态渣层的自行修复功能，保证了水冷壁的使用寿命在10年以上。4.4.GSPTM煤气化技术优点采用干煤粉（水份含量＜2%）作气化原料，根据后续化工产品的要求，煤粉可用氮气或二氧化碳输送，故操作十分安全。由于气化温度高，故对煤种的适应性更为广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可使用，也可以两种煤掺混使用。对煤的灰熔点的适用范围比其他气化工艺更宽，即使是高水份、高灰份、高硫含量和高灰熔点的煤种也能使用。气化温度高，一般在1450℃~1600℃。碳转化率高达99%（v）以上，煤气中甲烷含量极少。（CH4＜0.1%（v））不含重烃，CO+H氧耗较低，与水煤浆加压气化工艺相比，氧耗低约15~20%（v），可降低配套气分装置投资和运行费用。气化炉采用水冷壁结构，无耐火材料衬里。水冷壁设计寿命按25年考虑。正常使用时维护量很少，运行周期长。只有一个组合喷嘴（开工喷嘴与生产喷嘴合二为一），喷嘴使用寿命长，为气化装置长周期运行提供了可靠保障冷煤气效率高达80%以上。对环境影响小，气化过程无废气排放。流体上进下出，单喷嘴，水激冷流程，设备和工艺简单，投资省，建设周期短4.5.主要设备：本技术采用瑞士可持续技术控股公司合成氨、尿素等成套设备。五、建厂位置及总平面图初步方案5.1、建厂位置年产80万吨尿素项目拟选址在白城阳山南侧，延人工运河以西，占地面积40万平方米，在此建厂的优越性：第一是利于供水。项目春、夏、秋的主要水源供应地是人工运河。第二是利于排水。生产后可达到排放标准的废水可由运河直接排入农田。第三是利于供电。一期工程主供电是东北电网的白城一次变电站，离厂区仅3公里距离。“十五”末期，随着白城阳山30兆瓦火力发电站的建设，可直接由电厂供电。第四是便于公路、铁路运输。与项目同时建设的包含由阳山火车站—厂区的货场运输铁路运输线。可直接在厂区内装车、卸货，铁路线路仅为2.55.2、总平面图初步构设（略）六、公用工程6.1、给排水工程：6.1.1供水白城地区水域宽广，水资源极其丰富。地下水储量达到127亿立方米，仅白城市区储量就达20亿立方米/年，是一个天然的地下大水库。地上有嫩江、洮儿河流经域内，在水源基础建设上，洮儿河上游有查尔森水库，水库储水充足；实施“引嫩入白”工程后，嫩江之水将最大限度地满足项目发展用水需要。供水经处理后能达到工业用水要求。供水水压为0.3兆帕,年供水180万吨,可循环使用80万吨/时,生活用水忽略不计。6.1.2排水排水为生产性污水排污系统及含氨水的排放，循环水系统要在凉水塔附近，经处理后可重复使用，也可有少部分排入农田肥田。6.2、供电工程6.2.1用电负荷及负荷等级。本工程总计用电负荷约为2600KW/小时左右。年用电8000万度。负荷等级：本工程用电大部分属于二级负荷，部分属于一级负责。电压等级：向本工程总变电站供电电压110千伏；向各分电站供电35千伏；向各生产装置、辅助生产设施及公用工程供电6千伏；供电由白城一次变电站供电。6.3、电信厂区电信系统要根据生产管理的需要，为工艺装置、辅助设施和公用工程、办公系统提供通讯联络，尽量依托城市电讯的能力、力求技术先进、经济合理，达到传输迅速、网络透明、兼容性强、图文数据处理和计算机信息传送等功能一体化。6.4、供热本装置厂区内设蒸气站，统筹计算装置的需热强度，设计锅炉容量和能力。估算年产80万吨尿素项目用汽量为冬季120吨/时，夏季105吨/时，压力0.6Mpa，温度170℃6.5、铁路、公路运输铁路由阳心火车站分出延长米约为2.5—3公里6.6、仓储设施（1）项目产品区要集中到铁路运输延线排开，以方便外运。（2）其它固体物的仓储和运输要根据产量及库存时间统筹设计规划。6.7、公用工程主要生产设备序号名称规格套备注1净水厂20001座2凉水塔400T/h2座3蒸气锅炉100T/h1座4蒸气分配、换热站20T/h16座5污水处理站3001座6空压站1套7汽车库15001套8循环水厂6001座9消防站30001座10电力配电站1座小计26座套七、劳动定员、环境保护及消防安全7.1、劳动定员参考大唐电力在海拉尔项目用人安排数，估算本项目劳动定员700人。7.2、环境保护依据大唐电力在海拉尔项目工程环保处理方案，厂区的废水、废气、废渣要经严格处理。本工程所产生的废水多为生产工艺中DDGS干燥后的废水，年处理量为30万吨，回收工艺使用一部分，余下部分处理后可达到排放标准，并排入人工运河。生产中有部分废气二氧化碳排入空中。锅炉蒸气站每年有锅炉煤渣产生，可出售给建材厂，用于生产砌块砖。在项目前期要做好环评工作。3、消防安全水煤气生产过程中，在反应工段是易燃易爆场所，在设计及生产中要严格按消防安全生产法规执行，杜绝跑、冒、滴、漏现象的发生。根据工艺需要设立四个消防站，配置4台消防车，全厂消防控制中心。生产区设全厂高压水消防系统，低压水消防系统和生产区内其它消防系统等。八、项目建设进度安排2009年5月—2009年5月可行性报告及论证2009年6月—2009年12月初步设计2010年1月—2010年5月初步设计审查2010年6月—2011年3月工程土建及设备安装2011年4月—2011年9月工程设备调试2011年10月—工程投产九、投资估算及资金筹措1、投资估算的范围（1）本项目为年产80万吨尿素项目，第一部分的费用中有：原料煤及粉碎车间、造气车间、合成氨车间、尿素车间、供热站、污水处理站、固体废弃物的综合利用、铁路专用线、贮罐区（酒精、酸碱贮罐）、仓库（包括成品、五金及综合材料、化工原料）、水净化厂、蒸气站及换热站、空压站、维修车间、火车车辆检验车间、食堂、综合办公楼、浴室、专家楼、倒班宿舍等生活设施，厂内外运输、厂区弱电通讯系统、厂区外管线工程、总图工程及厂内外给排水工程。（2）第二部分其它工程中有待摊投资（包括建设单位管理费、办公及生活用具购置费、联合试运转费、出国人员考察费、外国人员来华费、引进设备商检费、工程保险费、工程勘察、设计费、工程监理费、城市配套费、项目前期工作费及电力、环科、铁路设计的其它费用等），无形资产投资（包括土地转让费、引进技术软件费及从属费），递延资产（包括国内培训费、生产技术人员国外培训费）。（3）基本预备费由两部分组成：国内配套工程费用按第一、第二部分合计数扣除铁路专用线费用后的10%计取；引进设备及引进技术软件费部分按2%计取。本估算不包含供水、污水排放及厂外通讯增容费。2、建设投资估算（1）本工程预计建设投资估算300000万元（其中外汇5600万美元），详见附表“建设投资估算表）。（2）建筑面积为8万平方米（未包括铁路用房所需面积）（3）投资构成如下表：序号工程名称投资额占建设总投资1建筑工程8000026.02设备价值16000052.03安装工程200007.04其它费用4000015人民币100其中外汇（美元）5600（4）土建主要材料估算如下表：序号名称单位数量规格1水泥吨1100425#525#2钢材吨220Ⅱ级钢3木材立方米100成材（5）附件建设投资估算表。3、资金筹措及用款计划（1）资金用款计划编制依据本项目资金用款计划根据建设进度计划及业主的意见安排，计划建设进度为3年，各年度资金用款数额按工程进度作相应估算。（2）总投资本项目估算总投资为330000万元（其中外汇560万美元），包括建设投资300000万元（其中外汇560万美元），流动资金50000万元。（3）资本金根据国务院国发[1996]35号文件规定，投资项目资本金必须达到总投资的20%，故本项目资本金为7000万元。（4）资金筹措初步确定项目资金筹措方案如下：项目资本金7000万元（含征地费）；建设资金300000万元；流动资金30000万元。资金来源：白城经济开发区以土地及基础设施工程投资4000万元；申请国家资金1亿元人民币；引进投资2.1亿元。4、流动资金（1）本项目流动资金按分项估算法估算，其中主要原料煤炭的周转天数按15天计算；其它原材料按30天计算；燃料按21天计算；应收帐款按35天计算；在产品按3天计算；产成品按5天计算；现金按7天计算；应付帐款按30天计算。所以如满负荷生产年约需流动资金30000万元。十、经济效益分析本项目为吉林省白城经济开发区年产80万吨尿素项目，基本方案选址在白城经济开发区阳山铁路车站南侧，引进德国未来能源有限责任公司的技术，工程建设周期为2年，主要建设设施为原料煤及粉碎车间、造气车间、合成氨车间、尿素车间、供热站、污水处理站、固体废弃物的综合利用、铁路专用线、贮罐区（酒精、酸碱贮罐）、仓库（包括成品、五金及综合材料、化工原料）、水净化厂、蒸气站及换热站、空压站、维修车间、火车车辆检验车间、食堂、综合办公楼、浴室、专家楼、倒班宿舍等生活设施，厂内外运输、厂区弱电通讯系统、厂区外管线工程、总图工程及厂内外给排水工程。年产80万吨尿素。1、分析依据●1993年国家计委、建设部发布的《建设项目经济评价方法与参数》（第二版）●电力工业部《建设项目经济分析方法》2000年版●国家计委、财政部对燃料乙醇项目拟定的优惠政策政策●费率、税率按国家对尿素拟定的优惠政策。●经济效益分析依照大唐电力海拉尔工程经济效益分析测算。2、主要参数确定依据（1）主导产品—尿素价格依据尿素在我国属于老产品，价格为1600元/吨。（2）煤炭价格依据本方案的主要原料是煤炭，每生产一吨尿素需要2吨霍林河煤，年消耗煤炭160万吨，煤炭价格到白城平均为150元/吨。3、评价方案确定企业所得税减按0%征收。4、产品成本估算（1）产品名称及生产规模a、年产尿素80万吨；（2）单位产品成本估算主要产品为尿素，其它副产品不计。3、产品成本估算依据（1）原材料本项目成本估算中、原材料、燃料、动力消耗定额按目前国内市场价测算。（2）燃料及动力本项目年用工艺水180万吨，年用电8000万度。采用电网供电，每度电0.8元。蒸气为每吨40元，水每吨为2.5元。（3）人员工资与津贴本项目所需人员700人，其中高级管理人员6名，中级管理人员30名，技术人员200名，生产及辅助生产人员464名。高级管理人员年薪平均60000元/人计算，中级管理人员每人工资按3万/人计，技术人员每人按每年2.5万元/人计，生产及辅助人员每人每年按1.5万元计，年工资总额为1286万元。以上工资含养老金、待业保险金、医疗保险及福利等。（4）制造费用制造费用包括折旧费、修理费、物料消耗、低值易耗品摊销、原材料运输等、劳动保护费及其它费用。其中折旧费计算方法如下：采用直线折旧制，共形成固定资产原值300000万元，其中房屋形成原值80000万元，机器设备形成固定资产原值为180000万元。房屋建筑物按20年折旧，年折旧率为4.75%。机器设备按20年折旧，年折旧率为4.75%。固定资产净残值率为5%。（5）管理费用管理费用包括无形资产及开办费摊销、公司经销、劳动保护费、土地使用费、房产税、业务招待费和其它费用，无形资产中的土地使用权按30年摊销，其它无形资产按10年摊销，递延资产按5年摊销。（6）销售费用销售费用包括产品运输、广告，除运费按当年销售收入的1.5%计算。4、销售收入及税金、估算（1）本项目第一年的生产负荷为40%，以后每年均为100%。（2）产品售价尿素每吨售价1600元，包括其他产品销售收入为18亿元。（3）税率为零5、利润估算及分析（1）利润估算经测算生产期年平均利润总额为3.45亿元元。（2）利润分析本项目基本方案销售利润率为22.4%。（3）利润指标序号项目指标1销售利润率（%）22.42销售利税率（%）34.873投资利润率(%)26.214投资利税率（%）36.886、投资回收能力分析（1）本项目建设期为2年，生产期按20年计。投资回收期为（含建设期）11年。（3）技术经济指标汇总表序号指标名称单位指标1总投资万元3300001.1建设投资万元3000001.2流动资金万元300002工作制度2.1全年生产天数天3502.2每天生产班次班33项目定员7003.1其中生产工人4644项目新增建筑面积m2800005年总成本费用万元1450006年销售收入万元1800006.1销售利润率%22.407年利润万元345008全员劳动生产率万元/人年2388.1投资利润率%26.219财务内部收益率%2610财务净现值(8%)%8920411投资回收期年12从建设期年1312.1从投产期11

电化学技术在新能源中的利用一.能源的概况1.能源的重要性1.能源的重要性自古以来,人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗.在这一过程中,能源一直扮演着重要的角色.从世界经济发展的历史和现状来看,能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题,能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志,能源问题对社会经济发展起着决定性的作用.2.能源的种类2.能源的种类大自然赋予人类的能源是多种多样的,一般可分为常规能源和新能源两大类.常规能源包括煤炭,石油,天然气和水能,而新能源有生物质能,核能,风能,地热能,海洋能,太阳能和氢能等.其中煤炭,石油,天然气被成为化石能源,水能,生物质能,风能,太阳能和氢能等是可再生能源.3.化石能源的问题(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济发展的命脉,但目前主要使用的化石能源的储量不多.据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计,世界上煤,石油和天然气的储采比分别为204,40和60年,中国的情况更为严峻,据2002年统计,中国煤,石油和天然气的储采比只有82,15和46年.这表明在人类历史的长河中,只有很短的一段时间能使用化石能源.随着我国经济的持续高速增长,对能源的需求也持续攀升.我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤,上升到2002年的14.3亿吨.据估计,我国在2004,2020和2050年的石油消费量达3,4.5和6亿吨,其中进口量分别为1,2.7和4亿吨.4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量,这不但会制约我国经济的可持续发展,而且对国家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的CO2会造成温室效应,使全球气候变暖.有关机构已向联合国发出警告,如再不对CO2的排放采取严厉措施,在10年内,世界的气候将产生不可逆转的变化.我国的环境污染问题更是日趋严重,目前,我国CO2排放量占世界总排放量的14%,在美国之后位居第二,估计到2025年,将位居第一.在本世纪初联合国关于环境污染的调查中,发现在世界上十个环境污染最严重的城市中,七个在中国.它们是太原,北京,乌鲁木齐,兰州,重庆,济南和石家庄.4.21世纪世界能源发展趋势世纪世界能源发展趋势(1)节能技术将备受重视节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率,减少能源的浪费.目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标,也是一个国家总体科学技术水平的重要标志.许多研究报告指出,依靠节能可以将能源需求量降低2530%.我国在能源利用方面的效率很低,我国的能耗很高,是世界平均水平的2倍,发达国家的5-10倍,因此更应重视节能技术,我国应该充分重视化石能源的高效利用.(2)世界能源系统将发生重大变革世界能源系统将发生重大变革据预测,20世纪形成的以化石燃料为主的世界能源系统将在21世纪转换成以可再生能源为主的新的世界能源系统.在20世纪末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.据世界能源委员会(WEC)和国际应用分析系统研究所的研究报告认为,在20世纪上半叶,化石燃料仍将是世界一次能源的主体,但到21世纪下半叶,太阳能,生物质能,风能等新能源将占世界能源的50%左右.(3)煤炭将作为过渡能源而受到重视煤炭将作为过渡能源而受到重视由于石油和天然气的储量较少,而煤炭储量相对较多,因此煤炭将作为一种过渡能源而在21世纪上半叶受到重视.主要发展的技术是洁净煤技术,煤液化和汽化技术.(4)新化石能源的开发将得到强化新化石能源的开发将得到强化近年来发现,在海洋300米深处有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的开发已经受到特别的关注.据估计,世界甲烷水合物的储量可能超过石油,天然气和煤炭储量的总和.因此,甲烷水合物作为储量巨大的未开发能源开始受到世界各国的高度重视.(5)核能的利用将进一步得到重视核能的利用将进一步得到重视据国际原子能机构统计,在20世纪末,全世界运行的核电站有436座,总发电量为3.5亿千瓦.这些电站主要分布在美,法,日,英,俄等31个国家,近年来,由于担心核电站运转的安全性,核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全性的影响,核能的发展在发达国家已有下降趋势,但在亚洲地区仍有强劲的增加趋势,我国准备在今后几年内建造4座核电站.受控核聚变是一直受人们关心的技术,因为在海水中大约有23.4亿万吨氘,如受控核聚变技术在21世纪能得到应用,在21世纪末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的开发将越来越受到重视可再生能源的开发将越来越受到重视鉴于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起严重的环境污染和气候异常,人们对新能源的开发越来越重视.其中水力能,地热能,海洋能和风能的可利用资源有限,因此,太阳能,生物质能和氢能的利用将倍受关注.二.生物质能的利用1.生物质能的优点.(1)生物质来源丰富地球上每年生长的生物质总量约14001800亿吨,相当于目前世界总能耗的10倍,我国的生物质能也极为丰富,可作为能源开发的生物质能总量可达4.5亿吨标准煤.加上生物质能可再生.因此,生物质能的高效,规模化利用可有效缓解世界能源供需矛盾.(2)生物质能可多途径利用(a)直接燃烧.其热能和蒸汽可发电,技术成熟,但效率低.(b)生物转化.包括制沼气和水解发酵制取醇类.生物质制甲醇和乙醇技术基本成熟,但生产成本较高.生物质制沼气技术相当成熟.2002年全国已建1300多万个沼气池.(c)光热转化.通过气化,裂解,光催化等技术,获得气,液体燃料来发电.(d)生物柴油.从油料植物提取植物油,经甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃烧效率高等优点.(3)生物质能利用的环境污染少由于生物质利用过程中释放的CO2是其生长过程通过光合作用从环境吸收的,所以生物质能的利用过程不排放额外的CO2,而对环境污染少.生物质能的利用还能降低污染.如可利用生物质热解汽化技术处理生活垃圾等,可得到以甲烷为主的燃气,实现垃圾的减量化,无害化,资源化.2.生物质能利用的问题2.生物质能利用的问题生物质能利用的缺点主要是生物质分布广,大面积收集成本高,经济的收集半径在50公里以内,只适合建立小型,分散的生物质能利用系统.而小型转换系统的效率低,不提高生物质能的利用效率就不能获得好的经济效益,这是生物质能至今未能实现规模化应用的关键问题之一.因此,如何在小型,分散体系实现能量的高效,清洁及规模化利用是迫切需要解决的问题.三.太阳能的利用1.太阳能的优点太阳能的优点(1)太阳能来源丰富太阳能来源丰富太阳能来源丰富是众所周知的,这似乎是一种用之不绝,取之不尽的能源.太阳内部不停地进行热核反应,释放出巨大的能量,辐射到地球上的能量只占起辐射总能量的极小部分,约1/22亿,但地球每年接收的太阳能至少有6×1017千瓦小时,相当于74万吨标准煤的能量.其中被植物吸收的仅占0.015%.可见,开发太阳能利用的潜力很大.(2)太阳能的使用没有污染问题太阳能的使用没有污染问题这也是众所周知的,太阳能的使用基本上没有污染问题.(3)太阳能可多途径利用太阳能可多途径利用(a)太阳能的热利用.如太阳能热水器,太阳灶,太阳能蓄热池发电等.(b)太阳能发电.如太阳能电池和光电池.(c)光催化和光电催化制氢.主要用这两种技术从水或生物质中制得氢气.2.太阳能利用的概况太阳能利用的概况近年来,太阳能的利用发展很快,据1997年的数据,全球太阳能发电量已达800兆瓦.到2000年,日本已有7万个住宅用上太阳能电池,美国和欧盟计划在2010年前安装100万套太阳能电池.特别是把太阳能电池与屋顶瓦结合成光电发电系统,目前欧洲已有300套,年发电量为1亿千瓦.这种系统不但可供应清洁能源,而且美观耐用,寿命可达25年.太阳能的热利用发展更快.特别在我国,太阳能热水器的年产值已达60多亿元,居世界首位.3.太阳能利用的问题太阳能利用的问题开发太阳能利用的主要问题是如何提高太阳能的转换效率,其次是降低成本,这对我国特别重要,目前我国生产太阳能电池的能力已达几百兆瓦,但由于价格高,基本上都销往国外.第三,一些技术,如光催化和光电催化制氢技术还没成熟,没有达到实用化的阶段,应该抓紧这方面的研究和发展.四.氢能的利用1.氢能的优点氢能的优点(1)氢是自然界储量最丰富的元素.(2)氢是除核燃料外发热量最大的燃料.(3)氢燃烧生成水,是世界上最清洁的燃料.(4)燃烧性能好,可燃范围大,燃烧速度快.(5)氢可用多种方法大规模生产.(6)氢的利用形式多,可通过燃烧发电,通过燃料电池发电等.2.对氢能利用的重视2002年加拿大举办了以"氢行星"为主题的第14届世界氢能源大会.2003年在华盛顿召开15个国家和地区参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.冰岛计划用40年时间将冰岛建成"氢社会".布什将投资120亿美元来促进氢能源的发展.过去5年,工业化国家在氢能开发领域的投入年均递增20.5%.氢将取代天然气,油和煤而成为未来世界的主要能源,进入氢能时代已成为近年来的热门话题,21世纪将是氢能世纪.布什举着使用氢燃料的照相机我国对发展氢能经济也开始重视,参加了2003年在华盛顿召开的有15国家参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.2004和2005举办了两次关于氢能经济的中美双边会议.今年一月,中国科学院院士局召开了关于"石油替代能源"的研讨会,主要讨论石油资源可持续性分析,石油的替代能源,氢能燃料和我国的石油替代能源.并要组织人员进行软课题研究.3.氢能的问题3.氢能的问题(1)氢的价格氢的制备,储存和运输中的价格问题,是影响走进氢能时代的很关键的问题.要降低其价格,必须形成氢的制备,储存和运输的网络.(2)廉价清洁的制氢技术问题(2)廉价清洁的制氢技术问题目前制氢效率很低,氢的制取要消耗大量的能量,因此寻求大规模的廉价清洁的制氢技术是各国科学家共同关心的问题.(a)化石燃料制氢:目前,96%氢从化石燃料制备,技术成熟,但要造成环境污染.(b)电解水制氢:技术成熟,但耗能多,价格高.一般每生产1立方米的氢气,需要消耗4.2-6度的电能,其能量转化率不到32%.(c)生物质制氢:有可再生,产量大,可储存,碳循环等优点,从中长期看是最有前途的制氢方式.目前生物质制氢效率低.(d)生物制氢:国内外在选育高效产氢菌株工作进展不快,制氢效率低.(e)风能制氢:用风能发电来电解水产生氢,技术上没有问题,降低成本和风能发电量少是主要的问题.(f)太阳能制氢:该法还处在基础研究阶段,离商业化还有较远的距离.(3)氢的储运问题(3)氢的储运问题氢的储运技术主要解决储运的安全性和成本,现在由于储运技术不过关,因此浪费了许多氢.许多工业过程,如炼油,炼焦,氯碱,合成氨,合成甲醇及煤气制造等多有大量的副产品氢气,只是由于储运技术的问题而不能被利用.我国每年放空和烧掉的氢气至少在1010标立方米以上.因此解决氢的储运问题也是走进氢能时代的一个很关键的问题.目前氢的储运还有很大问题.(a)高压储氢:储氢量少,只有1%左右,还有不安全的问题.(b)液氢储氢:很不方便,储氢设备大,蒸发损失大.(c)吸附储氢:这是目前的研究热点,但储氢容量还较低,一般不超过2%.镁合金储氢在3%,但储放不可逆.热门一时的纳米碳管储氢也已没有了希望,最终的储氢量也只有1%左右.(e)化合物储氢:放氢不容易.(4)燃料电池还没有商品化用氢作燃料的燃料电池的出现是促进氢能利用的重要原因.近年来,由于化石燃料资源短缺和环境污染日趋严重,各国对燃料电池的研究十分重视.美国《时代周刊》把燃料电池列为21世纪十大高新科技之首,燃料电池已被认为是21世纪极具应用前景的一种新型能源系统.虽然燃料电池有很诱人的优点,而且燃料电池的发展已有100多年的历史,但至今还没有一种燃料电池已经真正商品化,因此,燃料电池何时才能商品化是一个与氢能利用密切相关的问题.4.反对氢能的意见4.反对氢能的意见(a)氢以化合物形式存在,制氢要消耗能源.它不是一种能源,而是能源的流通手段.(b)氢的泄漏会改变气候.氢不可避免泄漏,泄漏量可达15%.泄漏的氢会在大气形成水雾,它会象二氧化碳一样,使天气变暖.(c)现在一般用高压氢作燃料电池燃料,氢的泄漏会产生很大的不安全性,手机等的火花就会使泄漏的氢发生爆炸.(d)冰岛能做的,其他国家不一定能做,冰岛的氢都是电解水制得的,因该国70%的电是由地热和水电站产生的.(5)氢的清洁生产要用风能和太阳能.据估计,如用风能发电制氢,当风能发电量达到美国6%的用电量,风能发电机要占的面积要有半个加州那么大.(6)布什承诺投资120亿美元用于氢能的研究是一个微不足道的投资.美国去年用于核能和矿物质燃料方面的研究经费大于氢燃料的研究经费.美国推行"健康婚姻"的预算就有150亿美元.美国用于伊拉克战争的经费每月390亿美元.(7)氢燃料电池价格昂贵.目前内燃机成本为每千瓦50美元,而氢燃料电池为800美元.估计大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氢站也要花费大量的资金.五.燃料电池加速氢能利用1.燃料电池的优点.(1)燃料电池是一种高效清洁的能量转换系统,可降低环境污染和气候异常.(2)燃料电池能高效利用生物质转化产生的气,液物质和氢作燃料,因此,能促进氢能的利用.(3)燃料电池的发电效率不受体系规模限制,小型燃料电池同样能够实现高效发电,适合于生物质分散性的特点.2.燃料电池定义燃料电池是一种不经燃烧直接以电化学反应的方式将燃料的化学能转变成电能的装置,只要连续供应燃料,燃料电池就能连续发电.3.原理阳极反应:H2=2H++2e阴极反应:1/2O2+2H++2e=H2O总的反应:H2+1/2O2=H2O4.燃料电池分类碱性燃料电池(AFC)(1)碱性燃料电池(AFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Ag,氧化剂:氧电解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作温度:60-80oC用途:航天器和潜艇的动力源优点:比能量和比功率高缺点:对CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料电池(PAFC)磷酸燃料电池(PAFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:98%磷酸工作温度:200oC用途:家庭住宅能源和汽车动力源优点:稳定性好,已有商品生产缺点:用贵金属作催化剂,价格高.(3)质子交换膜燃料电池(PEMFC)质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极:催化剂:P