基于共享与互补机制的模块化煤层气转化系统的构建和优化研究
结题报告
批准号:
21908173
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
杨敏博
依托单位:
学科分类:
B0806.介科学与智能化工
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
规模小、分布散、产地偏远的煤层气资源给煤层气的转化和利用带来了巨大挑战。利用模块化装置,可以将此类煤层气资源的就近转化为容易运输的液态产品。从系统的角度研究模块化煤层气转化过程的集成优化以及模块化装置的最优配置对于提高资源利用效率和经济效益具有重要意义。本项目通过流程模拟建立煤层气转化过程模型,探索分布式煤层气转化系统中的设备共享以及与煤转化过程的互补方式,构建煤层气与煤的分布—集中式耦合转化系统的流程超结构。在此基础上,建立过程尺度与系统尺度耦合的多目标数学模型,通过定量优化,查清气源参数、经济参数变化对全局优化结果的影响规律,揭示模块化装置的配置机制以及资源利用效率与经济效益的协调优化机制。本项目融合了多学科知识,所得结果将进一步拓展过程集成优化理论,同时为煤层气的有效利用提供新思路,具有重大的理论意义和广阔的工业应用前景。
英文摘要
Small, distributed, and remote coalbed methane resources pose great challenges for coalbed methane conversion and utilization. Based on modular devices, such coalbed methane can be converted nearby into liquid products that are easy for transportation. It is of great significance to investigate the integration and optimization of coalbed methane conversion processes and the optimal allocation of modular devices for improving the resource utilization efficiency and the economic performance from a system perspective. Through process simulations, we build models of coalbed methane conversion processes to investigate the equipment sharing in the distributed coalbed methane conversion system and the complementary with the coal conversion process. A process superstructure for the coalbed methane and coal coupling conversion system with distributed-centralized networks is constructed. On this basis, a multi-objective mathematical model coupling process-scale and system-scale is formulated. The influences of gas resource and economic parameters on the global optimization results are investigated to reveal the mechanism of modular devices allocation and the coordinated optimization of the resource utilization efficiency and economic performance. The results of this project can further extend the process integration and optimization theory and present a new idea for effective utilization of coalbed methane. Therefore, this project is of great importance in both theory and industrial application.
我国拥有丰富的煤层气资源,但是规模小、分布散、产地偏远的煤层气资源给传统的大规模加工方式带来了巨大挑战。利用模块化的生产装置,可以将此类煤层气资源就近转化为容易运输的液态产品。针对煤层气组成多变、模块化装置规模经济性差、过程集成难度大等问题,本项目从过程系统工程的角度开展模块化煤层气转化过程的集成和优化研究。建立了煤层气液化过程和煤层气制甲醇过程的模拟模型,阐明了气源组成变化对过程性能的影响,为模块化装置的配置提供了依据;基于软测量的思想,通过机器学习预测煤层气的组成,建立了针对煤层气液化装置的实时优化方法;构建了煤层气与煤共转化系统,研究了两种资源的互补和单元共享机制;在此基础上,考虑了模块化装置的特征,构建了分布—集中式共转化系统,实现了煤层气与煤的跨地域互补和单元共享,降低了模块化装置的投资费用,提高了资源效率,减少了二氧化碳排放。本项目还建立了耦合严格过程模拟的多尺度化工系统建模和求解策略以及含双线性项的混合整型非线性规划模型的确定性求解方法。本项目的研究成果为煤层气资源的高效利用提供了新思路,具有很好的应用前景,也为化工系统的集成、设计和优化提供了理论和方法依据,对实现双碳目标和拓展过程系统工程理论具有重要意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.compchemeng.2022.107907
发表时间:2022
期刊:Computers & Chemical Engineering
影响因子:4.3
作者:Dan Zhang;Siying Zeng;Zhendong Li;Minbo Yang;Xiao Feng
通讯作者:Xiao Feng
DOI:DOI: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20220916001
发表时间:--
期刊:华东理工大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:周全国;杨敏博;冯霄
通讯作者:冯霄
DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2119
发表时间:--
期刊:化工进展
影响因子:--
作者:曾思颖;杨敏博;冯霄
通讯作者:冯霄
DOI:10.1021/acs.iecr.1c00421
发表时间:2021-04
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:4.2
作者:Jiang Jianrong;Zhang Dan;Feng Xiao;Yang Minbo;Wang Yufei
通讯作者:Wang Yufei
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c03705
发表时间:2020-07
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering
影响因子:8.4
作者:Zhang Dan;Yang Minbo;Feng Xiao;Wang Yufei
通讯作者:Wang Yufei
基于高保真过程模型的质量交换网络集成理论和方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    杨敏博
  • 依托单位:
国内基金
海外基金