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碳捕集利用与封存标准研究进展与体系构建思考 被引量：1
1
作者 龙妍 李小姗 +3 位作者 丁晴 熊卓 徐祖伟 赵永椿 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第3期17-28,共12页
碳捕集利用与封存(CCUS)技术是化石能源低碳零碳甚至负碳利用、工业深度脱碳的主要技术手段,对我国能源安全和工业体系绿色低碳转型发展意义重大。国家出台《国家标准化发展纲要》《建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案》,要求研... 碳捕集利用与封存(CCUS)技术是化石能源低碳零碳甚至负碳利用、工业深度脱碳的主要技术手段,对我国能源安全和工业体系绿色低碳转型发展意义重大。国家出台《国家标准化发展纲要》《建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案》,要求研究制定CCUS标准,加快构建推动高质量发展的标准体系,以助力CCUS等关键技术标准与科技研发、示范推广协同推进。围绕CCUS科技创新与产业发展目前面临的新机遇和挑战,系统梳理国内外CCUS标准现状,完善标准体系以支撑CCUS科技创新和产业发展迫在眉睫。然而,CCUS标准体系的缺失导致CCUS项目边界不清、产业发展不规范,科技创新链条受阻,配套政策缺乏规范指引。综合考虑CCUS行业特性、技术门类及功能序列,初步构建了CCUS标准体系框架。针对当下CCUS发展亟需解决的问题,提出面临的主要挑战和应对措施,并围绕亟需建设的4个重点方面展开讨论。结合已有科研基础,提出将标准体系布局、CCUS技术标准、CCUS量化标准和CCUS管理标准等作为重点方向,推动我国CCUS标准化工作。 展开更多
关键词 CCUS技术 标准体系 碳捕集 碳利用 碳封存
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水泥生产系统富氧燃烧改造的性能模拟优化 被引量：2
2
作者 陈涛 王玉亭 周月桂 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期181-189,共9页
以日产3000t熟料的水泥干法生产设备为研究对象,采用AspenPlus软件建立了水泥生产系统富氧燃烧改造的工艺流程模型,研究了采用富氧煤粉燃烧方式生产水泥熟料的系统能量效率和CO_(2)捕集成本。结果表明:在相同的水泥熟料生产条件下,当烟... 以日产3000t熟料的水泥干法生产设备为研究对象,采用AspenPlus软件建立了水泥生产系统富氧燃烧改造的工艺流程模型,研究了采用富氧煤粉燃烧方式生产水泥熟料的系统能量效率和CO_(2)捕集成本。结果表明:在相同的水泥熟料生产条件下,当烟气再循环率为51%时,富氧燃烧气氛下系统沿程温度分布与空气气氛下相匹配,此时富氧燃烧整体氧气体积分数为26.4%。富氧燃烧方式需要配置的空气分离装置和CO_(2)纯化压缩装置将导致系统能量效率比传统生产方式下降18.9%,并且采用该方式生产1t水泥熟料需花费532.1元。但在CO_(2)捕集成本方面,采用富氧煤粉燃烧技术生产水泥熟料的系统CO_(2)捕集成本为227.3元/t,比传统的燃烧后CO_(2)捕集成本降低了58%。因此,对水泥熟料采用富氧燃烧技术生产,可以保证熟料的产量和品质,同时CO_(2)捕集成本也比燃烧后CO_(2)捕集成本更低,具有显著优势。 展开更多
关键词 水泥生产 富氧燃烧 热力性能优化 技术经济性分析 系统集成
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炉排焚烧炉生活垃圾掺烧渗滤液污泥的数值模拟 被引量：1
3
作者 彭丹 高天宇 +3 位作者 姜华伟 景玉博 曹海 吴玉新 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期68-77,共10页
随着城市生活垃圾产量不断提升,在垃圾分类和技术进步的驱动下,垃圾焚烧发电作为一种兼具环境效益和社会效益的发电方式已成为清洁能源发电的重要发展方向。目前,机械炉排焚烧炉因其高效性和稳定性,在垃圾焚烧发电厂中的占比已超过90%... 随着城市生活垃圾产量不断提升,在垃圾分类和技术进步的驱动下,垃圾焚烧发电作为一种兼具环境效益和社会效益的发电方式已成为清洁能源发电的重要发展方向。目前,机械炉排焚烧炉因其高效性和稳定性,在垃圾焚烧发电厂中的占比已超过90%。然而,在生活垃圾掺烧渗滤液污泥对焚烧炉运行的影响方面,国内外尚缺乏深入的研究。通过数值模拟,研究掺烧城市生活垃圾和渗滤液污泥条件下炉排焚烧炉内的燃烧状态对实现焚烧炉的高效稳定运行具有重要意义。以郑州某700 t/d逆推式垃圾焚烧炉为对象,利用FLIC软件和FLUENT软件分别对炉排床层燃料燃烧和燃烧室气相燃烧过程进行模拟,得到炉内温度场、速度场和气体组分浓度场。通过与现场运行数据对比,模拟结果与实测结果最大误差不超过10%,验证了模拟的准确性,并在此基础上对炉排移动速度和污泥质量分数进行了优化,以获得更好的空气动力场和温度场。研究发现,降低炉排移动速度可以改善燃烧状态,提高燃烧效率,而适量的污泥掺烧可以降低炉内局部高温,减轻后墙二次风喷口处由于烟温过高而造成的结焦。然而过量的污泥掺烧会导致干燥段延长,使燃烧室高温区域向后墙靠近,反而不利于焚烧炉的稳定运行。因此,建议炉排移动速度控制在3.56 m/h,污泥质量分数在2%~4%。 展开更多
关键词 垃圾焚烧发电 炉排炉 城市生活垃圾 渗滤液污泥 数值模拟
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煤气化渣吸附Hg^(0)性能:气化渣表面硫−汞反应特性
4
作者 杨鑫 王雅慧 +2 位作者 王建成 常丽萍 鲍卫仁 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期115-125,共11页
煤中含的硫和汞在气化过程中会迁移至气体、废水和气化渣中,造成环境污染。硫和汞具有很强的亲和力,科学认识这2种元素在气化过程中的迁移规律,进而提出科学的调控方法意义重大。本研究利用固定床性能评价装置考察了不同工况条件下气化... 煤中含的硫和汞在气化过程中会迁移至气体、废水和气化渣中,造成环境污染。硫和汞具有很强的亲和力,科学认识这2种元素在气化过程中的迁移规律,进而提出科学的调控方法意义重大。本研究利用固定床性能评价装置考察了不同工况条件下气化渣对Hg^(0)的吸附性能,并通过N2吸附-脱附、SEM、XPS等表征手段揭示了硫和汞在气化渣表面的反应特性。研究结果表明,硫和汞主要富集在细渣表面,细渣具有良好的Hg^(0)吸附性能,且物理吸附起主导作用。进一步研究发现,气化渣表面未燃碳含量越高、矿物质含量越多,气化渣表面硫和汞的反应活性越好。此外,气氛也会影响气化渣的汞吸附性能。这些发现为煤气化渣的高值化资源化利用提供了新思路,为合成气中硫和汞的协同脱除提供了理论指导和研究基础,有助于推动清洁煤技术的可持续发展。 展开更多
关键词 气化渣 硫 汞 反应机理
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融合数据驱动与启发式算法的煤元素碳含量校验
5
作者 孙栓柱 陆佳慧 +5 位作者 江宇泷 周春蕾 朱洁雯 杨晨琛 汤红健 段伦博 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第6期185-194,共10页
“碳达峰”“碳中和”政策背景下,燃煤发电行业的减排降碳势在必行。提升碳排放数据的质量水平,强化碳排放监管要求,是保障燃煤发电行业降碳成效的必要举措。入炉煤元素碳含量作为碳排放核算过程中的关键参数,对于燃煤发电企业上报的入... “碳达峰”“碳中和”政策背景下,燃煤发电行业的减排降碳势在必行。提升碳排放数据的质量水平,强化碳排放监管要求,是保障燃煤发电行业降碳成效的必要举措。入炉煤元素碳含量作为碳排放核算过程中的关键参数,对于燃煤发电企业上报的入炉煤元素碳含量数据的校核尤为重要。对此,提出了一种针对入炉煤元素碳含量数据的智能校验方法。首先,收集了近1000组国内外典型动力煤的工业分析和元素分析数据。其次,融合高斯过程回归和启发式优化算法,基于美国煤质数据集建立了入炉煤元素碳含量的回归预测机器学习模型,模型在训练集和测试集上的回归系数R2分别为0.9898和0.9877,体现出优良的拟合与预测能力,实现了对入炉煤元素碳含量数据的精确预测。然后,以中国标准煤样数据、中国典型燃煤机组的煤质分析数据为案例进一步验证了机器学习模型的泛化能力,模型在中国标准煤样数据上的元素碳含量预测平均相对误差仅为1.68%,在典型燃煤机组数据上的预测回归系数为0.9877,均取得了准确的预测效果,验证了模型对入炉煤元素碳预测的精度与适用性。最后,进一步将该模型部署到了我国某600 MW燃煤发电机组生产过程中,模型预测值与实测值的平均相对误差为0.79%,实现了以班组为频次的入炉煤元素碳含量及时准确监测,助力燃煤发电企业上报的元素碳含量数据校验。 展开更多
关键词 “双碳”目标 机器学习 启发式优化算法 入炉煤元素碳 智能校验
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旋转滑动弧等离子体耦合水冷促进CO_(2)转化
6
作者 安春国 王宗群 +6 位作者 赵梓江 苗井泉 张斌 石荣桂 屈会格 吴昂键 张浩 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第8期193-199,共7页
CO_(2)的捕集、利用与封存被广泛认为是碳减排的主要技术路线之一,也是我国应对“双碳”目标挑战的重要手段。滑动弧放电等离子体具有能量效率高、结构简单、启停时间短、耗能低等优点,在CO_(2)转化利用中是极具潜力的技术手段。然而,... CO_(2)的捕集、利用与封存被广泛认为是碳减排的主要技术路线之一,也是我国应对“双碳”目标挑战的重要手段。滑动弧放电等离子体具有能量效率高、结构简单、启停时间短、耗能低等优点,在CO_(2)转化利用中是极具潜力的技术手段。然而,滑动弧等离子体在活化分解CO_(2)过程中存在气体温度过高(4000~6000 K),加剧CO_(2)分解逆反应进行问题,导致转化率受限。为此,开发了一种水冷旋转滑动弧等离子体反应器,创新性地利用冷却抑制CO_(2)分解逆反应机制有效提升CO_(2)转化效果,并探讨了不同水冷强度下的CO_(2)分解反应行为。通过对等离子体下游的气体温度进行测量,确定了不同冷凝强度及不同工况下的等离子体宏观气体温度变化情况,系统考察了进气流量(2~8 L/min)和冷却强度对水冷反应器中CO_(2)分解转化率和能量效率的影响。结果表明,水冷的引入显著降低了反应区的气体温度,抑制了高温导致的CO_(2)逆反应,从而提高了CO_(2)转化率和能量效率。在无水冷条件下,气体温度达到461℃,而中等和强水冷下分别降低至282℃和222℃。此外,水冷系统的加入将反应器的稳定时间从400 s降低到150 s,并提高了反应的稳定性。水冷的加入显著降低了CO_(2)分解逆反应的速率,由于VT弛豫过程得以抑制,振动激发能级能量水平得以提高,因此CO_(2)转化效果得以提高。最佳实验工况为中等水冷强度(冷却水流量4.8 mL/s)和进气流量4~5 L/min,此条件下可获得较高的CO_(2)转化率(9.5%~11.5%)和能量效率(26.0%~29.5%)。证明了水冷在抑制高温逆反应、提高CO_(2)转化性能中的有效性,为等离子体CO_(2)转化技.术的进一步发展提供了新的思路。 展开更多
关键词 滑动弧等离子体 CO_(2)分解 水冷 高温逆反应 气体温度
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天然气零碳排放制氢技术工业化研究现状与展望
7
作者 罗化峰 范志强 +3 位作者 李通达 高龙 秦至臻 乔元栋 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第7期109-117,共9页
传统煤气化和甲烷重整制氢会产生大量二氧化碳,这不符合“双碳”目标的要求。通过将可再生能源发电耦合电解水制氢是当前最优技术方案,然而可再生能源发电存在能源输出波动和储存困难等缺陷,导致其大规模应用仍面临诸多困难。因此,一种... 传统煤气化和甲烷重整制氢会产生大量二氧化碳,这不符合“双碳”目标的要求。通过将可再生能源发电耦合电解水制氢是当前最优技术方案,然而可再生能源发电存在能源输出波动和储存困难等缺陷,导致其大规模应用仍面临诸多困难。因此,一种以天然气为原料的零碳制氢技术备受关注,该过程只产生氢气和固体碳,并不释放温室气体,可作为从化石燃料到可再生能源制氢的一座桥梁。综述了甲烷热解技术工业应用所面临的关键问题,包括不同类型催化剂和再生方法对工业化影响、不同工业化方案的优缺点以及固体碳产品的实际应用和经济性分析。与镍和钴催化剂不同,铁催化剂和碳材料便宜且无毒,这也是其能够实现工业化应用的重要优势之一。氢气再生技术是实现催化剂循环利用的最佳选择,因其不需要外来引进气体且经再生后的催化剂可稳定工作。液体鼓泡塔反应器中碳能够被连续去除,避免碳团聚所导致的反应器堵塞,因而该反应器具有较大的工业潜力。与蒸汽甲烷重整过程中所需的二氧化碳捕集与封存不同,甲烷热解固体碳的储存并不需要消耗大量能源且固体碳销售极大降低了甲烷热解制氢成本。甲烷热解反应机理和限速步骤、天然气所含杂质影响以及工业流程选择和固体碳合理利用都将是未来研究的重点方向。 展开更多
关键词 甲烷热解 零碳制氢 催化剂 固体碳利用 液体鼓泡塔反应器 可再生能源制氢 工业化应用
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太阳能耦合微型燃气轮机联合循环系统性能
8
作者 张小桃 王琪贤 +1 位作者 李可欣 王爱军 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第5期145-153,共9页
太阳能耦合燃气轮机发电能够提高燃气轮机联合循环系统的运行性能。搭建了微型燃气轮机联合循环模型,并基于C200型微型燃气轮机的设计数据,以天然气为燃料,验证模型的合理性。在联合循环系统的基础上,增加了太阳能集热器,选取天然气和... 太阳能耦合燃气轮机发电能够提高燃气轮机联合循环系统的运行性能。搭建了微型燃气轮机联合循环模型,并基于C200型微型燃气轮机的设计数据,以天然气为燃料,验证模型的合理性。在联合循环系统的基础上,增加了太阳能集热器,选取天然气和沼气为燃料,研究集热器布置位置与环境条件变化对太阳能耦合燃气轮机联合循环系统运行性能的影响。结果表明:在机组相同输出功率条件下,无集热器的沼气系统与天然气系统相比,燃料流量增大了近1倍,但燃气流量差别较小,联合循环系统性能接近,燃气轮机电效率约为30%,余热效率达到33%。加装太阳能集热器可以减小燃料流量,提高机组运行性能。集热器前置时系统的电效率稍有增加,而余热效率升高到50%以上;集热器后置时,燃料流量明显减小,而电效率可达到39%以上,余热效率达到42%。在相同的输出功率条件下,随着太阳辐射强度和环境温度的变化,天然气和沼气系统,在10时到12时之间,系统性能最好,燃料流量最大减少了39.48%、37.88%,电效率最多提高了19.41%、17.91%,余热效率最多提高了40.13%、40.16%。集热器前置时系统余热量增加较多;集热器后置时燃气轮机电效率升高较多,同时余热量也有增加。 展开更多
关键词 微型燃气轮机 沼气 太阳能集热器 环境条件 系统性能
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木质素催化热解产物高值化调控研究进展
9
作者 周安宁 白状伟 +4 位作者 贺新福 张怀青 石智伟 张致 王俊哲 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期1-16,共16页
木质素作为一种重要的可再生有机碳源,其独特的三维交联结构在为其带来丰富的化学潜力时,也为其高效转化和利用带来了难题。催化热解是实现木质素绿色、低碳和高值化利用的有效手段。在木质素催化热解的研究领域,甲烷、合成气、轻质芳... 木质素作为一种重要的可再生有机碳源,其独特的三维交联结构在为其带来丰富的化学潜力时,也为其高效转化和利用带来了难题。催化热解是实现木质素绿色、低碳和高值化利用的有效手段。在木质素催化热解的研究领域,甲烷、合成气、轻质芳烃和高性能多孔碳材料等成为备受瞩目的高值化目标产物。鉴于此,紧密围绕木质素催化热解高值化产物的应用这一核心导向,深入且系统地探讨了多种催化剂在木质素催化热解过程中的关键调控作用。其中,AAEMs催化剂可分为碱金属盐和碱土金属盐2大类,碱金属盐虽使液相产率有所降低,但提升了苯酚等单酚类物质的产率,而碱土金属盐则提高了液相产率,并且对增强苯酚的选择性效果显著。碱金属盐有助于气相产物的生成,并能提高H_(2)的选择性,碱土金属盐虽抑制气相产物生成,却在水煤气转换反应中发挥重要作用。在固相产物方面,碱金属盐相较于碱土金属盐更有助于提升生物质炭的产率,并且能够进一步优化其结构,增强反应活性。金属氧化物催化剂主要分为酸性和碱性2大类,其中,酸性金属氧化物在木质素催化热解过程中,可显著提升液相产物的产率,对苯酚及MAHs展现出较高的选择性,并且有助于CO和CH_(4)的生成,同时对生物质炭的生成起到抑制作用。而碱性金属氧化物虽会抑制液相产物的产生,但能有效促进苯酚的生成,在推动气相产物生成以及优化生物质炭结构方面表现突出。钙钛矿催化剂具有立方相等结构优势,且氧化还原性能优异。通过金属离子掺杂显著增加了氧空位含量,提高了液相产率与苯酚和MAHs的选择性,抑制了脱羧和脱羰基反应,升高了CH_(4)选择性,降低了生物质炭产率,且循环催化热解稳定性良好。分子筛类催化剂催化性能与其酸碱性和表面结构等相关。高酸性且具有适宜孔径的可促进木质素裂解重组,影响三相产物产率与选择性;经金属负载或酸化预处理等可优化其催化性能,提高目标产物的选择性。低成本催化剂如膨润土等也重要,其酸性位点和孔隙结构影响产物选择性,与分子筛联用可大幅提高MAHs选择性,对气相和固相产物也有独特调控效果。在此基础上,进一步提出了实现木质素催化热解产物高值化调控的催化剂优化策略。并对未来发展趋势进行展望,强调应大力加强对具有协同催化作用的新型催化剂及其催化机理的探索,为木质素催化热解产物的高效利用筑牢技术支撑,推动这一领域不断向前发展。 展开更多
关键词 木质素 催化热解 高值化 目标产物 选择性
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流化床技术:CCS和脱碳应用中的挑战与前景
10
作者 陆勇 李林 +1 位作者 孙镇坤 段伦博 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第3期1-16,共16页
流化床反应器(FBR)作为碳捕集与封存(CCS)及工业脱碳的核心技术,凭借其高效传热传质、操作灵活及规模化潜力,已成为降低工业CO_(2)排放的关键路径。系统梳理了FBR在燃烧前、中、后三阶段的碳捕集技术进展:燃烧前阶段通过气化工艺将固体... 流化床反应器(FBR)作为碳捕集与封存(CCS)及工业脱碳的核心技术,凭借其高效传热传质、操作灵活及规模化潜力,已成为降低工业CO_(2)排放的关键路径。系统梳理了FBR在燃烧前、中、后三阶段的碳捕集技术进展:燃烧前阶段通过气化工艺将固体燃料转化为高纯度合成气,结合钙基吸附剂强化CO_(2)分离效率;燃烧中碳捕集技术聚焦富氧燃烧与化学链燃烧(CLC),利用流态化特性优化燃烧条件,实现烟气中CO_(2)体积分数提升至80%以上;燃烧后技术则依托钙循环(CaL)与碱基吸附剂循环,通过FBR的连续操作实现高效吸附−再生循环。此外,太阳能与电加热技术的创新融合进一步拓展了FBR的低碳应用场景——太阳能驱动的高温煅烧与钙循环耦合可减少化石燃料供热产生的CO_(2)排放并降低30%的能耗,而电加热流化床通过精准温控与快速响应特性,为生物质气化、吸附剂再生及水泥煅烧等过程提供零碳解决方案。然而,FBR的规模化推广仍面临多重瓶颈:吸附剂循环稳定性不足(如烧结导致的孔隙结构坍塌与表面钝化使得钙基材料经10次循环后活性下降40%)、设备磨损与高温腐蚀(SiC涂层可降低70%磨损率但仍需优化)、高能耗(煅烧需900~950℃)及工艺集成复杂性(如CLC需同步控制燃料反应器、空气反应器与载氧体循环倍率)。面向碳中和目标,未来研究需多维度突破:①开发高稳定性吸附材料(如纳米改性钙基吸附剂、金属有机框架(MOF)材料);②设计多级集成反应器(如鼓泡−输运耦合系统)以优化传质与热管理;③结合CFD多尺度建模与AI实时控制,提升系统动态响应能力;④推动跨领域协同创新,政策层面需完善碳定价机制、加大试点项目资助,并通过国际合作加速技术标准化进程。通过融合可再生能源、智能控制与材料创新,FBR技术有望在电力、水泥、钢铁等高碳行业实现深度脱碳,为全球能源结构转型提供兼具经济性与可持续性的技术支撑。 展开更多
关键词 流化床反应器 碳捕集与封存 脱碳技术 太阳能 电加热
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水泥工业氧-燃料燃烧碳捕集技术研究进展
11
作者 周月桂 王玉亭 +1 位作者 黄冠硕 陈涛 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第4期163-180,共18页
水泥工业作为高能耗高排放的主要工业领域之一,其二氧化碳(CO_(2))排放控制已成为学术界和工业界关注的热点。氧-燃料燃烧技术是水泥工业高效低成本二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)的重要技术之一,对减少CO_(2)排放和提升水泥熟料产量具... 水泥工业作为高能耗高排放的主要工业领域之一,其二氧化碳(CO_(2))排放控制已成为学术界和工业界关注的热点。氧-燃料燃烧技术是水泥工业高效低成本二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)的重要技术之一,对减少CO_(2)排放和提升水泥熟料产量具有重要意义。系统综述了水泥工业增氧燃烧、部分氧-燃料燃烧以及全氧-燃料燃烧技术在试验研究、数值模拟、流程优化和工业应用方面的研究进展。增氧燃烧技术通过提高燃烧空气中氧气体积分数来提高燃烧温度、热效率和增加熟料产量,其最佳氧气体积分数一般在27%~30%,该技术已在国内外多个水泥生产线上应用,取得了较好的节省燃料和增产效果。部分氧-燃料燃烧是在分解炉中采用氧-燃料燃烧的碳捕集技术,该技术能够提高CO_(2)体积分数并减少NO_(x)排放,但需要适当提高分解炉温度以维持相同的石灰石分解率,燃料消耗量也会有所增加。全氧-燃料燃烧技术是在分解炉和回转窑中均采用氧-燃料燃烧的碳捕集技术,可获得高CO_(2)体积分数的烟气,是水泥工业碳捕集技术的未来方向。为了实现与空气气氛相同的炉内温度和产品质量,全氧-燃料燃烧的总体氧气体积分数一般在27%~29%,需要进一步优化以确定分解炉和回转窑氧-燃料燃烧器一二三次风氧气体积分数的合理分配。通过对水泥工业氧-燃料燃烧改造方案的技术经济性分析,其CO_(2)捕集成本一般在200~250元/t,低于燃烧后化学吸收碳捕集技术的成本,表明水泥工业氧-燃料燃烧碳捕集技术具有较好的经济性。未来水泥工业氧-燃料燃烧碳捕集技术将进一步向高效率低成本低能耗方向发展,聚焦全氧-燃料燃烧关键技术研究开发、低成本制氧技术以及与可再生能源电转气和可再生合成燃料等技术的深度融合,最终实现水泥工业CCUS和净零CO_(2)排放。 展开更多
关键词 水泥工业 二氧化碳捕集利用与封存 氧-燃料燃烧 增氧燃烧 部分氧-燃料燃烧 全氧-燃料燃烧
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钙钛矿催化剂催化低浓度甲烷燃烧研究进展
12
作者 竹涛 王美丹 +6 位作者 苑博 张学里 张馨月 黄钰欢 李辰 徐旭东 孙倩 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期63-79,共17页
煤矿瓦斯是煤矿的伴生气,主要成分是甲烷,大量排放到大气中引起了全球气候变暖等生态问题,因此煤矿乏风瓦斯的减排对于达成双碳目标至关重要。催化燃烧法是一种很有前途的甲烷减排的方法,其关键在于开发低成本、高催化活性的催化剂。近... 煤矿瓦斯是煤矿的伴生气,主要成分是甲烷,大量排放到大气中引起了全球气候变暖等生态问题,因此煤矿乏风瓦斯的减排对于达成双碳目标至关重要。催化燃烧法是一种很有前途的甲烷减排的方法,其关键在于开发低成本、高催化活性的催化剂。近年来,钙钛矿氧化物由于成分灵活、结构特殊、较低的成本以及催化性能的可调控性等优点在甲烷催化燃烧领域受到极大的关注。在钙钛矿催化剂处理低浓度甲烷的工业应用中,存在催化性能低和硫中毒等问题,阻碍了钙钛矿氧化物催化甲烷燃烧体系的进一步发展。介绍了钙钛矿催化剂的可调控结构和合成方法,归纳了钙钛矿催化剂上的甲烷催化燃烧机理,分析了硫的存在导致钙钛矿失活的原因,重点阐述了钙钛矿催化剂提高催化活性以及耐硫性能的设计方法。分析发现:通过优化制备条件、进行元素掺杂、酸性溶液处理、构建多孔新型钙钛矿等方法的应用,可使钙钛矿的表面活性位点与氧空位的数量增加,同时提高活性组分在催化剂表面的分散程度,进而提高催化活性。最后对钙钛矿催化剂催化甲烷燃烧未来设计方向进行了展望。 展开更多
关键词 甲烷催化燃烧 钙钛矿 煤矿乏风瓦斯 催化活性 氧化物 硫化物
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低阶煤选择性热萃取及产物分析研究进展
13
作者 梁鹏 郝美鲁 秦锡壮 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期30-42,共13页
褐煤和次烟煤等低阶煤具有较高的氧含量、挥发分和反应活性,适合用于制备酚类、酯类和酮类等高附加值含氧化合物,从而实现低阶煤的高效、低碳利用。热萃取是在温和条件下从低阶煤中选择性分离酚类、酯类和酮类化合物的重要手段,热萃取... 褐煤和次烟煤等低阶煤具有较高的氧含量、挥发分和反应活性,适合用于制备酚类、酯类和酮类等高附加值含氧化合物,从而实现低阶煤的高效、低碳利用。热萃取是在温和条件下从低阶煤中选择性分离酚类、酯类和酮类化合物的重要手段,热萃取过程涉及化学键的断裂与重整。从低阶煤的结构、低阶煤的种类、溶剂类型、萃取温度和萃取方式等方面综述了热萃取分离低阶煤中酚类、酯类和酮类化合物进展,归纳了不同溶剂热萃取分离低阶煤中酚类、酯类和酮类化合物的机理,并总结了不同分析手段的应用现状。低阶煤的结构模型尚未得到统一,而被广泛接受的主客体模型表明可以通过定向打断煤分子间的共价键和非共价键实现含氧结构的分离。不同煤化程度的煤分子间化学键的种类和数目以及煤岩组分不同,因此不同种类的低阶煤萃取出的有机质有较大差异。与高沸点溶剂相比,低沸点溶剂萃取率适宜、容易与热萃取产物分离,更适合用于低阶煤的选择性热萃取,然而常规溶剂的特性单一,热萃取时具有一定的局限性,设计萃取率适宜(≤30%)和对含氧官能团选择性高的离子液体是未来的发展方向。此外,精密仪器的检测和热萃取产物的预处理等分析手段有利于充分认识热萃取过程,然而针对热萃取产物的成分复杂问题,有必要引入更为先进的分析手段并建立更低成本的分离提纯方法。为实际工业化应用,需要开发先进工艺与设备,并进行技术经济性评估。 展开更多
关键词 低阶煤 热萃取 高附加值 含氧化合物 产物分析
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10 MWel级循环流化床生物质空气气化气固产物特性
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作者 鲁许鳌 张家富 +1 位作者 罗世文 高大明 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第5期41-49,共9页
为了反应器设计和运行参数优化与生物质半焦的增值利用,在气化试验的基础上分析了稻壳气化的燃气成分、产气参数,使用多种方法表征分析了生物质半焦的表面形貌、物理特征和碳质结构。燃气分析结果表明:燃气中CO的体积分数最高,大约为18%... 为了反应器设计和运行参数优化与生物质半焦的增值利用,在气化试验的基础上分析了稻壳气化的燃气成分、产气参数,使用多种方法表征分析了生物质半焦的表面形貌、物理特征和碳质结构。燃气分析结果表明:燃气中CO的体积分数最高,大约为18%,H2的体积分数为7%左右,燃气热值为5.48 MJ/m^(3)左右,属于低热值燃气。稻壳半焦的物理特征分析表明:半焦的主要元素为C、O、Si和K。半焦的BET比表面积为21.7742 m^(2)/g;小部分粒径为1~10μm和100~300μm,大多数粒径为10~100μm。半焦多数孔是孔径为2~10 nm的中孔,并且存在少量微孔和大孔,平均孔径为7.0496 nm,总孔体积为0.050907 cm^(3)/g。X射线衍射分析说明半焦含有石英晶型的SiO2,碳的无序性较高,石墨化程度低。红外光谱分析说明半焦的大分子结构含有—OH、C=C和C—O键等官能团。拉曼光谱分析表明半焦含有石墨结构,D1峰与G峰的强度比(ID1/IG)为7.93,半焦的碳质结构有较高含量的缺陷碳和无定形碳结构。 展开更多
关键词 生物质气化 循环流化床 燃气成分 生物质半焦 结构特性
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二氧化碳捕集与利用一体化技术研究进展 被引量：2
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作者 孙书桩 郭亚飞 +18 位作者 赵传文 邵斌 胡军 孙楠楠 李嘉楠 秦昌雷 金波 梁志武 张肖宇 刘文强 张毅然 曲雅琨 孙洪满 王耀祖 余柏呈 周会 赵虓仝 朱园 吴春飞 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第6期53-107,共55页
碳捕集与利用(CCU)技术在能源结构低碳化转型与碳净零排放中起着关键作用,但受制于冗长的工艺步骤和高企的能源资金投入难以推广实施。集成二氧化碳(CO_(2))捕集与利用(ICCU)为一体可通过原位催化转化的方式协同实现CO_(2)升级和吸附剂... 碳捕集与利用(CCU)技术在能源结构低碳化转型与碳净零排放中起着关键作用,但受制于冗长的工艺步骤和高企的能源资金投入难以推广实施。集成二氧化碳(CO_(2))捕集与利用(ICCU)为一体可通过原位催化转化的方式协同实现CO_(2)升级和吸附剂再生,避免了传统CCU技术中高耗能的温压变换再生和气体压缩储运等中间步骤,显示出极具竞争力的工业应用前景。本文总结了ICCU领域国内外的最新研究进展,从与CO_(2)捕集集成的反应出发,分析应用于ICCU过程的“捕集-催化”双功能材料的设计准则,探讨材料与碳捕集与催化转化性能的构效关系,解析原位催化转化的反应机理,以期为材料与过程的理性设计提供参考。结合非热催化转化技术,本文综述了前沿的研究进展,展望了其在ICCU领域的发展前景与方向。基于ICCU设计思路耦合其他高碳排过程,拓展了相关的应用场景,为相关过程创新提供了思路。本综述总结了ICCU系统及双功能材料体系的发展现状、前景与机遇,从材料到过程进行了综合的评论,为该领域未来的研究及工业化提供了重要参考。 展开更多
关键词 二氧化碳捕集与利用一体化 双功能材料 逆水煤气变换 甲烷化 甲烷干重整 CO_(2)捕集 CO_(2)催化转化
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燃煤机组直燃耦合与气化耦合发电研究进展 被引量：4
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作者 王光磊 孙立刚 +3 位作者 赵传进 谢泊男 张海 范卫东 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期17-41,共25页
在当前全球致力于实现碳达峰与碳中和的“双碳”目标背景下,如何高效提升可再生能源的利用比例,逐步减少对煤炭等传统化石能源的依赖,已成为世界各国能源战略转型的关键议题。生物质能源,作为一种潜力巨大的可再生资源,因其总量丰富、... 在当前全球致力于实现碳达峰与碳中和的“双碳”目标背景下,如何高效提升可再生能源的利用比例,逐步减少对煤炭等传统化石能源的依赖,已成为世界各国能源战略转型的关键议题。生物质能源,作为一种潜力巨大的可再生资源,因其总量丰富、来源广泛、易于存储与运输的特点,在推动能源结构绿色转型中扮演着重要角色。若将生物质能源与燃煤锅炉进行大比例耦合利用,可减少温室气体、氮氧化物、硫氧化物等环境污染物的排放。生物质燃料因其挥发分含量高、反应活性强、灰分和硫含量较低的优势,使其不仅能作为直燃耦合的原料,而且也能在气化后与煤粉耦合燃烧。无论是采用生物质直燃耦合发电技术还是生物质气化耦合燃烧发电技术,由于需要更新的设备较少、燃料资源利用率较高,已成为传统火力发电厂典型的低碳转型方向。从我国生物质资源量和利用情况出发,系统梳理了生物质与煤粉直燃耦合发电技术研究现状以及生物质气化耦合燃烧发电技术研究现状,汇总了生物质与煤粉直燃耦合以及生物质气化耦合燃烧的污染物排放、积灰、结渣以及腐蚀等方面的研究,并总结了生物质耦合燃烧发电现有的国内外工程经验,评估了该技术未来的发展趋势。可为生物质能源高效利用和火电行业低碳改造提供理论支撑。 展开更多
关键词 直燃耦合 气化耦合 污染物排放 积灰 腐蚀
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海水法烟气脱硫系统中汞再释放规律及其稳定化研究 被引量：2
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作者 赵宏 雷嗣远 +9 位作者 李成宝 唐轲 郭浩 武伟 马宝林 郑晗 关剑 徐仁博 罗通达 孙路石 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期201-208,共8页
海水法烟气脱硫(SFGD)系统作为传统石灰石烟气脱硫系统的理想替代品,满足控制燃煤烟气中二氧化硫排放的同时,也可抑制烟气中汞的排放。然而,由于海水的还原性,其汞再排放造成的二次污染一直是全球关注的焦点。通过模拟海水法烟气脱硫废... 海水法烟气脱硫(SFGD)系统作为传统石灰石烟气脱硫系统的理想替代品,满足控制燃煤烟气中二氧化硫排放的同时,也可抑制烟气中汞的排放。然而,由于海水的还原性,其汞再排放造成的二次污染一直是全球关注的焦点。通过模拟海水法烟气脱硫废水的曝气过程,研究了pH、系统温度以及SO_(3)^(2-)和Cl^(−)浓度等一系列因素对Hg^(0)再排放的影响,旨在确定海水法烟气脱硫系统中汞的迁移和转化特性。此外,还考察了4种添加剂,包括沉淀剂(Na_(2)S-无机硫化物、TMT-15-有机硫化物)和氧化剂(NaClO和Fenton试剂)对Hg^(0)再排放的抑制机制。结果表明:S(IV)是促进海水中Hg^(0)再释放的主要因素。当SO_(3)^(2-)浓度为0.05 mmol/L时,超过54%的Hg^(2+)转化为Hg^(0)。同时,海水中大量的Cl^(−)、较低的温度和较高的pH均能抑制Hg^(0)的再释放。4种不同添加剂均能不同程度上抑制Hg^(0)再释放,其中Na_(2)S和TMT-15通过与液相中的Hg^(2+)反应生成难溶于水的沉淀和螯合物来有效抑制Hg^(2+)的还原,NaClO和Fenton试剂主要利用其强氧化性将还原生成的Hg^(0)迅速氧化,使Hg^(2+)稳定在液相中,还能通过氧化液相中的还原性离子,抑制Hg^(2+)的还原。在最佳添加量下,Na_(2)S、TMT-15、NaClO和Fenton试剂对Hg^(0)释放抑制率分别为78.1%、79.9%、84.8%、94.2%。相较于沉淀剂,氧化剂NaClO和Fenton试剂能有效降低曝气强度,对于实际海水脱硫废水海水法烟气脱硫废水曝气过程具有较好的应用前景。 展开更多
关键词 海水法烟气脱硫废水 汞 再释放 添加剂 稳定化
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Cu-La-Al尖晶石催化剂的甲醇水蒸气重整制氢反应性能 被引量：1
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作者 武文杰 冯阳 +5 位作者 王俊刚 陈从标 马中义 郗宏娟 侯博 杨晓峰 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第5期134-144,共11页
在甲醇水蒸气重整制氢(MSR)反应中,Cu-Al尖晶石催化剂因具有低成本和高选择性的特点,使其成为该反应的理想催化剂,但其催化性能还有待进一步提高。采取共沉淀法、溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Cu-Al尖晶石催化剂,并将其用于MSR反应中。结... 在甲醇水蒸气重整制氢(MSR)反应中,Cu-Al尖晶石催化剂因具有低成本和高选择性的特点,使其成为该反应的理想催化剂,但其催化性能还有待进一步提高。采取共沉淀法、溶胶-凝胶法和浸渍法制备了Cu-Al尖晶石催化剂,并将其用于MSR反应中。结果表明,共沉淀法制备的Cu-Al尖晶石催化剂在MSR反应中表现出优异的性能,这是由于其比表面积最大,有利于活性位点的暴露。在此基础上,用不同摩尔分数的稀土元素La对共沉淀法制备的Cu-Al尖晶石催化剂进行了改性。结果表明,稀土元素La的引入不仅能进一步提升催化剂的比表面积,还会导致Cu-Al尖晶石微观结构发生变化。由于部分La进入尖晶石结构中,从而改变了Cu-Al尖晶石阳离子的分布情况,并使晶粒尺寸减小。因此,添加适量的稀土元素La可以提升Cu-Al尖晶石的MSR反应性能,而过量的La会导致催化剂表面形成LaAlO3,从而降低催化剂的活性。 展开更多
关键词 共沉淀法 Cu-La-Al尖晶石 甲醇水蒸气重整制氢 制氢 催化剂
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软硬炭复合材料的制备及其储钠性能研究 被引量：1
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作者 徐家豪 张兆华 +6 位作者 刘宇昊 赵玮 李秀春 贾建波 黄光许 邢宝林 张传祥 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期95-104,共10页
钠离子电池(SIBs)作为储能器件备受人们关注,负极材料作为钠离子电池的重要组成部分是研究的热点之一。以煤化工副产物低灰煤焦油沥青为原料,通过直接与酚醛树脂混合,加以高温炭化,成功制备出煤沥青基软硬炭复合材料,考察了不同沥青/酚... 钠离子电池(SIBs)作为储能器件备受人们关注,负极材料作为钠离子电池的重要组成部分是研究的热点之一。以煤化工副产物低灰煤焦油沥青为原料,通过直接与酚醛树脂混合,加以高温炭化,成功制备出煤沥青基软硬炭复合材料,考察了不同沥青/酚醛树脂质量比对所制材料结构的影响并应用于钠离子电池。通过SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、FTIR等测试表明,酚醛树脂可以有效地抑制沥青在高温过程的过度石墨化,沥青也可以修复酚醛树脂在炭化过程中所产生的不可逆缺陷,同时沥青与酚醛树脂二者可在炭化过程中发生交联反应,有利于复合材料中伪石墨结构的形成,从而引入更多吸附和插层位点。随着沥青与酚醛树脂质量比的逐渐增加,复合材料的伪石墨结构含量呈现先上升后下降的趋势,其中质量比为1∶4所制复合材料(LF−1∶4)的伪石墨结构含量最高,为32.88%,优于纯沥青直接炭化所制材料(LQ)的21.28%和纯酚醛树脂直接炭化所制材料(FQ)的27.08%。恒流充放电、循环伏安法等电化学测试表明,沥青与酚醛树脂制备的复合材料具有较好的储钠性能,其中LF−1∶4的首圈库伦效率和可逆容量分别为80.87%和249.10 mAh/g,对比LQ的48.39%与90.39 mAh/g和FQ的73.46%与230.48 mAh/g具有明显的优势。同时,利用LF−1∶4所制备出的全电池表现出251.37 mAh/g的可逆容量,经过计算得出该全电池的能量密度为214 Wh/Kg。 展开更多
关键词 煤沥青 酚醛树脂 负极材料 钠离子电池 电化学性能
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高碳资源利用演化及低碳化实现的途径 被引量：2
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作者 梁鼎成 谢珠璨 +4 位作者 葛君函 解强 刘广波 椿范立 陈庆平 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期51-62,共12页
在过去的半个多世纪里,高碳资源主要作为能源使用。虽然有力促进了人类社会繁荣发展,但也给地球环境带来了严重的破坏,特别是高碳资源的燃烧会释放大量的温室气体,严重威胁人类可持续发展。从全球高碳资源发展和利用过程来看,推动高碳... 在过去的半个多世纪里,高碳资源主要作为能源使用。虽然有力促进了人类社会繁荣发展,但也给地球环境带来了严重的破坏,特别是高碳资源的燃烧会释放大量的温室气体,严重威胁人类可持续发展。从全球高碳资源发展和利用过程来看,推动高碳资源的低碳化利用是未来发展的必然趋势,也是解决气候变暖和生态破坏等重大环境问题的必由之路。为此,系统阐述了高碳资源的发展历程及其面临的问题,分析了实现高碳资源低碳化利用的必要性,并探讨了煤炭、石油和天然气等高碳资源低碳化利用的具体途径。结果表明:在短期内,可通过优化能源结构、提高资源利用效率以及推广碳捕集、利用与封存(CCUS)技术等措施,逐步降低高碳资源的碳排放强度,实现其从源头、过程到终端全过程的低碳、清洁和高效利用。在长期内,充分利用高碳资源的原料属性,通过不断优化与创新利用技术,推动高碳资源的精细化与高值化利用,以生产化学品的方式有效减少碳排放,为实现可持续发展和长期碳中和目标奠定基础。展望未来,随着可再生资源的快速发展,高碳资源与可再生资源进一步融合,将成为应对全球能源转型和碳减排挑战的重要路径。 展开更多
关键词 高碳资源 低碳化利用 能源结构 化工产品 可持续发展 碳中和
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