美国能源部资助多个项目支持开发先进煤炭转化利用技术

美国能源部资助多个项目支持开发先进煤炭转化利用技术

近期,美国能源部(DOE)公布多个先进煤炭转化利用技术研发项目,涉及煤制碳纤维、燃煤电厂近零水耗和煤燃烧残留物再利用等技术,具体内容包括:

1、煤基产品开发

8月19日[1],DOE国家能源技术实验室(NETL)和橡树岭国家实验室(ORNL)正与肯塔基大学和宾夕法尼亚州立大学合作,研究和开发煤制碳纤维技术。DOE在“先进煤炭加工”计划[2]下为该项研究投入了1000万美元资金。研究人员将从计算化学、煤沥青加工到碳纤维的最终纺丝和热处理工艺等方面开展研究,研究不同等级煤制碳纤维所需的化学和加工条件,目标是研制成本更低、性能更好的碳纤维。

受到低价天然气和可再生能源的竞争,煤炭在电力部门的使用正在减少,二通过开发煤制产品技术,有望开发新的市场。据估计,到2024年碳纤维市场的年增长率将达到12%,主要原因是航空航天和国防应用增加,以及车辆结构轻量化。此外,一些新技术大规模应用可能创造其他市场机会,如建筑和基础设施用建筑隔热材料。

2、燃煤电厂近零水耗技术

8月11日,DOE宣布在化石能源办公室“水管理计划”框架下资助150万美元[3],支持一个燃煤发电低水耗技术开发项目,以降低与现有和新型火电有关的淡水使用强度。该项目将在循环运行条件下最大程度降低运行复杂性和发电成本,以加强燃煤电厂在水供应减少情况下(如干旱)的竞争能力。

本次资助主要关注燃煤电厂的冷却技术,将开发先进干式冷却技术。辛辛那提大学将集成带有增强型风冷冷凝器的先进干式冷却和日间转移负荷的储热设备以提高电厂效率。该团队将进行工程分析,并优化与风冷冷凝器和风冷热交换器干冷系统连接的中试规模10-100兆焦的储热设备设计。该项技术将在1:275干冷模块中进行现场测试,基于实验室/中试规模设备的分析和实验数据来设计和优化空气预冷器,还将重新设计具有新型散热片表面的风冷冷凝器。

3、煤燃烧残留物再利用技术

7月30日,DOE宣布投入200万美元[4],支持2个煤燃烧残留物相关的创新减排技术研究项目,以改进煤燃烧残留物的管理,获得经济收益并保护环境。项目具体内容如下:

1)促进粉煤灰在预制混凝土中的大量使用。该项目将探索利用新产生或风化(填埋或堆积)的粉煤灰生产用于预制混凝土的补充胶凝材料,结合最新材料设计和配方技术,生产下一代大容量粉煤灰混凝土,提高水合速率、微结构相形成以及强度。

(2)利用煤燃烧残留物制造高强度、封装的商业用途组件和颗粒。该项目将开发和示范煤燃烧残留物的大批量应用,其年使用量约为数十亿磅。煤燃烧残留物将封装在最新开发的不透水无机树脂涂层中,以将煤燃烧残留物中的有毒元素浸出减少80%以上。将示范的封装煤燃烧残留物应用于高强度结构柱的增强材料,以及作为大尺寸塑料(如聚丙烯)的填充物。

参考文献:

[1] Oak Ridge National Laboratory, The University of Kentucky, and PennState University Receive $10M to Develop Coal-derived Carbon Products. https://netl.doe.gov/node/10031

[2] DOE“先进煤炭加工”计划旨在开发新技术,以开拓煤炭除传统热能和冶金以外的新市场,该计划2020财年的预算为3000万美元

[3] Department of Energy Selects Additional Project to Enable Near-ZeroWater Consumption of Power Plants. https://www.energy.gov/fe/articles/department-energy-selects-additional-project-enable-near-zero-water-consumption-power

[4] U.S. Department of Energy Invests $2 Million to Find BeneficialUses for Coal Combustion Residuals. https://www.energy.gov/fe/articles/us-department-energy-invests-2-million-find-beneficial-uses-coal-combustion-residuals

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