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新型能源体系发展背景下煤炭清洁高效转化的挑战及途径 被引量：25
1
作者 谢克昌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期47-56,共10页
当今世界地缘政治风险加剧、气候环境问题凸显,能源转型变革加快。在此背景下,构建更加适应形势变化的能源体系对提高我国能源供应系统的可持续性及安全稳定性意义重大。目前我国化石能源仍占据主体地位。油气资源存在能源安全问题及新... 当今世界地缘政治风险加剧、气候环境问题凸显,能源转型变革加快。在此背景下,构建更加适应形势变化的能源体系对提高我国能源供应系统的可持续性及安全稳定性意义重大。目前我国化石能源仍占据主体地位。油气资源存在能源安全问题及新能源技术水平有待提升,中国短期内对煤炭能源仍将保持较高依赖性。因此,推进煤炭清洁高效转化对于新型能源体系的构建具有重要意义。首先对新型能源体系的具体内涵与构建方向展开讨论,并在此基础上,对新时代中国煤化工产业的发展现状以及面临的机遇与挑战进行了阐述,以期为煤炭的清洁高效转化技术的进步及煤化工产业的未来发展提供建议。新时代要求赋予新型能源体系更多的内涵。因此从战略上看,未来能源体系应具备“安全高效、清洁低碳、多元协同、智能普惠”多个特征,这也对煤炭产业的清洁高效发展提出了更高的要求。我国的煤炭清洁高效转化已取得显著进步,但多个关键技术仍亟待突破。结合煤炭产业转型发展与“双碳”目标关系的系统性认识,在新型能源体系建设的需求下,推进煤炭清洁高效转化对于社会经济发展、助力“双碳”目标实现具有重要意义,其关键在于加强该领域相关学科专业的基础研究和煤炭清洁高效转化技术的创新开发。 展开更多
关键词 能源革命 新型能源体系 煤化工 煤转化技术 清洁高效
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氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态及纳观结构演变的实验研究
2
作者 余荣浩 徐义书 +2 位作者 张凯 成晓北 权燕红 《燃烧科学与技术》 北大核心 2025年第2期221-233,共13页
芳香烃是汽、柴油的重要组成部分,也是碳烟生成的重要前驱体.选取甲苯表征芳香烃类组分,通过热泳取样、透射电子显微镜(TEM)观察及图像数据提取方法探究了氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态、纳观结构的演变规律.结果表明,掺氨降低了火焰... 芳香烃是汽、柴油的重要组成部分,也是碳烟生成的重要前驱体.选取甲苯表征芳香烃类组分,通过热泳取样、透射电子显微镜(TEM)观察及图像数据提取方法探究了氨/甲苯层流扩散火焰中碳烟形态、纳观结构的演变规律.结果表明,掺氨降低了火焰上游温度,延长了甲苯燃料裂解所需时间,延缓了碳烟的成核、生长过程,初级颗粒平均粒径减小.但同时,掺氨提高了火焰峰值温度,形成团聚颗粒所需的过程被缩短.掺氨比例达40%时,峰值平均颗粒粒径减小9.87%.此外,掺氨缩短了碳烟的微晶长度、增大了微晶曲率以及层间距,纳观结构变得更加无序,碳烟氧化的可能性增加.对比脂肪烃燃料,甲苯火焰中的峰值平均颗粒粒径最大,掺氨后降幅最低.每掺混1%氨气,甲苯火焰中峰值颗粒粒径的降幅仅为0.2%~0.3%,远低于正癸烷和正庚烷的0.6%和0.9%.芳香烃燃料形成多环芳烃(PAH)的路径更短,碳烟生成倾向更大,掺氨对于芳香烃火焰中碳烟生成的抑制作用小于脂肪烃燃料. 展开更多
关键词 甲苯 氨 层流扩散火焰 碳烟 结构演变
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蛋白酶高效催化体系构建及其对羊毛角蛋白的降解
3
作者 段志欣 王乐 +2 位作者 刘丹 安欣冉 卢建军 《毛纺科技》 北大核心 2025年第1期48-54,共7页
角蛋白内二硫键结构严重阻碍蛋白酶对其高效降解,为提高酶对角蛋白的降解效率,分别构建了由蛋白酶Savinase 16L与有机膦化合物LKZ-610、β-巯基乙醇、亚硫酸氢钠、L-半胱氨酸组成的4种催化体系。以羊毛鳞片角蛋白为研究对象,采用5,5’-... 角蛋白内二硫键结构严重阻碍蛋白酶对其高效降解,为提高酶对角蛋白的降解效率,分别构建了由蛋白酶Savinase 16L与有机膦化合物LKZ-610、β-巯基乙醇、亚硫酸氢钠、L-半胱氨酸组成的4种催化体系。以羊毛鳞片角蛋白为研究对象,采用5,5’-二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)模拟反应、羊毛表面巯基测定及阿尔瓦登反应研究不同二硫键还原剂与二硫键的反应性,通过紫外可见分光光度计、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等分析了催化体系对羊毛鳞片角蛋白的降解行为。结果表明:所选取的4种还原剂均可断开二硫键,其中LKZ-610可瞬时打开模拟物DTNB中98.12%的二硫键,其处理后的羊毛表面巯基含量达13.64μmol/g。对比不同催化体系对羊毛鳞片角蛋白的降解效果,优选出由LKZ-610与蛋白酶Savinase 16L组成的高效催化体系,其可在50 min内完全降解羊毛鳞片层,处理后羊毛织物质量损失率达35.81%,结晶指数由20.67%显著降低至4.25%。 展开更多
关键词 蛋白酶 羊毛 二硫键 角蛋白 降解 还原
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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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微−介孔Y型分子筛对煤热解气态焦油催化改质的影响
5
作者 李雪琴 闫伦靖 +3 位作者 刘玉洁 王美君 鲍卫仁 常丽萍 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期59-67,共9页
为了实现煤炭的洁净高效利用,提高煤热解过程中焦油中轻质芳烃的产率,采用高温水蒸气对Y型分子筛进行孔道结构调控,并探究其对不同煤阶煤样焦油中轻质芳烃产率及其分布的影响。通过采用高温水热处理方法对Y型分子筛进行脱铝处理,形成微... 为了实现煤炭的洁净高效利用,提高煤热解过程中焦油中轻质芳烃的产率,采用高温水蒸气对Y型分子筛进行孔道结构调控,并探究其对不同煤阶煤样焦油中轻质芳烃产率及其分布的影响。通过采用高温水热处理方法对Y型分子筛进行脱铝处理,形成微−介孔结构。试验中,通过改变水热处理温度,研究其对分子筛孔结构的影响,并将其应用于煤热解挥发分的催化提质过程中。试验选取了3种不同煤阶的煤样,分别在600℃处理后的Y型分子筛催化下进行热解。结果表明:随着水热处理温度的升高,Y型分子筛的介孔数量和比表面积逐渐增大,但对分子筛结构的破坏也更加严重。600℃被认为是Y型分子筛水热脱铝的最佳处理温度。与直接热解相比,3种煤样经600℃处理后的Y型分子筛催化提质后,苯、甲苯、二甲苯、萘等轻质芳烃的总产率分别增加了4.2倍、5.2倍和2.3倍。微−介孔Y型分子筛显著降低了对焦油重质大分子物质的传质限制,提高了分子筛酸性位的可利用性,从而显著提高了催化剂对焦油的改质效果。为煤热解焦油的资源化利用提供了新的技术途径,对煤炭的高附加值利用具有重要意义。通过优化催化剂的孔结构和酸性位,可以有效提高煤热解产物的品质和产率,为煤化工产业的发展提供技术支持。 展开更多
关键词 Y型分子筛 介孔结构 煤热解 催化改质 轻质芳烃
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水热合成锌锰基脱硫剂中晶体生长机制
6
作者 武帅山 孙阳杰 +3 位作者 牛芳芳 王建成 米杰 冯宇 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期124-133,共10页
中高温煤气脱硫是实现煤炭清洁高效利用的关键技术之一。由金属氧化物脱硫反应动力学中硫化物生长扩散机理可知,保持脱硫剂活性组分高分散和小尺寸有利于减小脱硫反应扩散传质阻力,提高活性相利用率。采用不同种类锌盐和六亚甲基四胺(HM... 中高温煤气脱硫是实现煤炭清洁高效利用的关键技术之一。由金属氧化物脱硫反应动力学中硫化物生长扩散机理可知,保持脱硫剂活性组分高分散和小尺寸有利于减小脱硫反应扩散传质阻力,提高活性相利用率。采用不同种类锌盐和六亚甲基四胺(HMTA)在负载有MnO_(2)种子层的纳米纤维载体上水热合成了一系列锌锰复合氧化物脱硫剂。通过探讨反离子与锌锰氧化物晶粒尺寸的内在关系,阐明了活性相晶体成核及生长机制。研究表明:水热溶液中反离子对Zn^(2+)与OH^(-)络合缩合反应有显著的抑制作用,反离子分别与NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)相比,脱硫剂中Mn3O4晶相平均晶粒尺寸减小39.2%,活性相颗粒粒径减小24.7%。同时,脱硫测试表明,脱硫剂ZN@MCNFs的总体活性组分利用率比ZS@MCNFs提高7%。研究所阐明的锌锰基脱硫剂晶体生长机制,为开发性能优异的金属氧化物脱硫剂提供了理论支撑。 展开更多
关键词 煤气脱硫 水热合成 晶体生长 反离子 硫化氢
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煤基固废制泡沫陶瓷的发泡工艺研究及应用进展 被引量：11
7
作者 孟凡会 张敬浩 +1 位作者 杜娟 李忠 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第1期155-165,共11页
煤基固体废弃物主要包括采煤和选煤过程中排放的煤矸石、燃煤电厂排出的粉煤灰等,由于无法进行大规模利用并不断堆积造成了严重的环境污染。环保要求的提高使得煤基固废的处理成为煤炭行业的重中之重。泡沫陶瓷是一种具有耐高温特性的... 煤基固体废弃物主要包括采煤和选煤过程中排放的煤矸石、燃煤电厂排出的粉煤灰等,由于无法进行大规模利用并不断堆积造成了严重的环境污染。环保要求的提高使得煤基固废的处理成为煤炭行业的重中之重。泡沫陶瓷是一种具有耐高温特性的新型多孔材料,性能优异,应用范围广。利用煤基固废制泡沫陶瓷,不仅可实现煤矸石和粉煤灰的规模化利用,减少环境污染,还可降低泡沫陶瓷的生产成本。综述了煤矸石和粉煤灰制泡沫陶瓷的主要方法,包括发泡法、添加造孔剂法和有机泡沫浸渍法。不同类型的发泡剂均可在高温下反应或分解产生气体,从而在坯体中产生孔隙,重点阐述了造孔剂的造孔机理,造孔剂添加量对泡沫陶瓷孔分布、孔径大小、孔形貌以及对泡沫陶瓷性能的影响,如气孔率、抗压强度等。对比了不同制备方法的优缺点、应用范围和主要发展方向,其中发泡法可以控制产品的各向异性,但对原材料的要求相对较高,制备工艺条件不受控制;有机泡沫浸渍法可调控泡沫陶瓷的形貌和组成,但需要较长时间排塑;添加造孔剂法可获得形状复杂、气孔结构不同的产品,但造孔剂易发生团聚现象。概述了泡沫陶瓷在不同领域的应用进展,针对不同的应用领域,泡沫陶瓷的性能侧重点也不尽相同,对孔结构要求也不同。由于煤基固废组成成分复杂程度不同,在一定程度上阻碍了泡沫陶瓷的发展,指出了今后煤基固废制备泡沫陶瓷所需解决的问题,即深入研究煤基固废的物料特性和烧结活性,加强对形成过程中孔结构的理论研究,建立煤基固废制不同类型泡沫陶瓷的性能指标体系和性能标准,从而为后续泡沫陶瓷性能的研究和大规模应用提供参考。 展开更多
关键词 煤基固废 泡沫陶瓷 制备方法 发泡工艺 造孔剂
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二维TiO_(2)-Al_(2)O_(3)载体的制备及其在加氢脱氮中的应用
8
作者 闵冰竹 张萌 +1 位作者 王兴宝 李文英 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期134-142,共9页
将我国高产量的煤焦油加工利用可以缓解能源紧张问题,煤焦油加氢脱氮是煤焦油清洁高效利用的重要手段,而此过程的关键在于高性能加氢脱氮催化剂的制备。针对普通的Al_(2)O_(3)易与负载的活性金属存在强相互作用而影响加氢性能的问题,基... 将我国高产量的煤焦油加工利用可以缓解能源紧张问题,煤焦油加氢脱氮是煤焦油清洁高效利用的重要手段,而此过程的关键在于高性能加氢脱氮催化剂的制备。针对普通的Al_(2)O_(3)易与负载的活性金属存在强相互作用而影响加氢性能的问题,基于二维载体特殊的表面性能和层状结构,以氧化石墨烯为结构导向剂,TiO_(2)为改性剂,对Al_(2)O_(3)进行改性,制备了一种新型片层TiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体材料。并采用共浸渍法在其上负载活性金属,制备了系列NiMoS/TiO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂。试验通过制备不同维数的载体材料,探究了载体的结构对相应NiMoS催化剂加氢脱氮催化活性的影响。结果表明,反应温度350℃,反应釜中压力3 MPa,反应4 h时,相比于三维负载型催化剂,二维负载型NiMoS/TiO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂能够使喹啉的转化率由94.2%提升至99.4%,脱氮率由0.6%提升至74.8%,其中丙基环己烷和丙苯的收率分别为58.4%和13.4%,说明二维负载型NiMoS/TiO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂具有较好的加氢脱氮性能。进一步分析载体及改性后催化剂的几何结构发现,二维TiO_(2)-Al_(2)O_(3)载体存在多孔的片层结构,Lewis酸比例高,有利于1,2,3,4-四氢喹啉的进一步加氢和十氢喹啉的开环,从而生成脱氮产物丙基环己烷。NiMoS催化剂的比表面积大,MoS_(2)在载体表面的分散度高,团簇颗粒小,金属-载体间相互作用较弱,易被还原硫化生成更多的NiMoS活性相,因而具备了更优的催化加氢脱氮性能。 展开更多
关键词 加氢脱氮 NiMoS催化剂 喹啉 复合材料 催化剂载体
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多孔有机框架结构及其衍生物的CO_(2)吸附性能研究进展
9
作者 张雨珂 李翔宇 +1 位作者 王建成 易群 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期16-29,共14页
在应对全球气候变化和减少温室气体排放的紧迫需求下,开发高效、经济的CO_(2)捕集技术成为科研工作的重中之重。在此背景下,金属有机框架(MOFs)与共价有机框架(COFs)及其衍生物因其独特的物理化学性质而成为研究的热点之一。系统地回顾... 在应对全球气候变化和减少温室气体排放的紧迫需求下,开发高效、经济的CO_(2)捕集技术成为科研工作的重中之重。在此背景下,金属有机框架(MOFs)与共价有机框架(COFs)及其衍生物因其独特的物理化学性质而成为研究的热点之一。系统地回顾和分析近年来MOFs/COFs等多孔结构的CO_(2)吸附相关研究进展,比较探讨了MOFs、COFs及其衍生物在CO_(2)捕集方面的性能优化策略。聚焦于材料的设计与合成、CO_(2)吸附性能评估、吸附机制解析等方面,全面总结了影响结构吸附性能的关键因素。特别关注了结构的功能化修饰、孔径调控、表面性质改进以及复合材料等策略对CO_(2)吸附能力的影响,并探讨了通过试验和理论计算相结合的方式,揭示吸附剂与吸附质之间的相互作用机制,提供了分子层面的理解。最后分析了现有研究中存在的问题和挑战,提出了未来研究的方向和建议。 展开更多
关键词 CO_(2) 吸附 多孔材料 金属有机框架 共价有机框架
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高效燃烧制备AC/SWCNTs自支撑薄膜材料及其电化学性能 被引量：2
10
作者 冯宇 李珊珊 +3 位作者 赵佳辉 王淼 王建成 米杰 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2021年第5期164-172,共9页
以无水乙醇为碳源、二茂铁为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂,通过改变催化剂前驱体的添加量,采用低压预混火焰燃烧法制备了3种不同组分比例的无定形碳(Amorphous Carbon,AC)/单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,SW... 以无水乙醇为碳源、二茂铁为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂,通过改变催化剂前驱体的添加量,采用低压预混火焰燃烧法制备了3种不同组分比例的无定形碳(Amorphous Carbon,AC)/单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,SWCNTs)薄膜,随后将其作为自支撑负极材料组装钠离子电池。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、拉曼光谱和热重分析等表征手段对材料的晶体结构、微观形貌和组成进行分析,并通过充放电性能测试分析材料的电化学性能。研究发现,随着催化剂含量的增加,碳材料的层间距逐渐增大,材料的晶化程度降低,无定形碳成分增多,为Na^(+)的可逆储存提供了空间。利用TG分析材料组成,发现当催化剂含量为0.018 g时,样品(AC/SWCNTs-3)具有最大的无定形碳含量,为67.01%。此时,样品的碳层间距最大,实现了Na^(+)的高效嵌入/脱出,而相互交联的SWCNTs网络结构为电子的传输提供通道,作为附着无定形碳的载体延缓了容量的衰退,表现出最佳的电化学性能。经过60圈倍率性能测试,AC/SWCNTs-3表现出良好的可逆性,可逆比容量达到220.7 mAh/g,在50 mA/g电流密度下循环150圈,电极仍可维持146.7 mAh/g的比容量。此外,样品AC/SWCNTs-3的反应过程是扩散控制占主导的储钠机制。在扫速0.1 mV/s下,电容贡献率为19.3%。综上,在AC/SWCNTs复合材料中,无定形碳提供了丰富的活性位点,中空管状结构的SWCNTs可作为电子快速传输的通道,保证了Na^(+)在电池工作过程中的快速扩散和可逆存储,使AC/SWCNTs复合材料在钠离子电池中表现出更好的电化学性能。 展开更多
关键词 复合材料 自支撑 碳纳米管 电化学 钠离子电池
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不同炼焦精煤煤质特性分析及混配试验研究
11
作者 闫永兴 赵博韬 +6 位作者 朱存平 刘磊 郭子兴 姚腾飞 周瑞 申岩峰 王美君 《煤炭加工与综合利用》 2025年第1期33-38,共6页
为了探究不同炼焦精煤按照不同比例混配后对煤质特性的影响,选择PLW、BJZ、HJW、DG以及KQ 5种原煤为研究对象,进行工业分析、岩相分析,解析单种煤基本煤质特性,并利用浮沉试验获得精煤样品;对精煤进行工业分析、岩相、吉氏流动度、黏结... 为了探究不同炼焦精煤按照不同比例混配后对煤质特性的影响,选择PLW、BJZ、HJW、DG以及KQ 5种原煤为研究对象,进行工业分析、岩相分析,解析单种煤基本煤质特性,并利用浮沉试验获得精煤样品;对精煤进行工业分析、岩相、吉氏流动度、黏结指数分析,为后续混配提供煤质数据;通过对不同比例混配的精煤样品进行分析,获得最优混配比例。通过精煤混配后发现,混配后的黏结指数不具有加权性,利用单种精煤的黏结指数计算得到其各配比后的黏结指数,其实测值均小于计算值。当HJW∶DG比例为1∶9时,黏结指数最高,为最优配比。基于炼焦精煤特性,炼焦精煤进行混配可以使不同种类的炼焦精煤发挥各自的优势,弥补单一煤种的不足,从而达到更好的混配效果,为后续炼焦精煤混配提供参考。 展开更多
关键词 炼焦精煤 煤质特性 浮沉试验 精煤混配 黏结指数
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铁基催化剂用于CO_(2)加氢制备高碳烯烃的研究进展
12
作者 黄杰 艾培培 +1 位作者 郭立升 孙松 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期173-191,共19页
随着全球气候变化的日益严重,CO_(2)的减排控制和资源化利用技术的研究日益受到人们的重视。高碳烯烃是化工生产的重要原料,主要由不可再生的石油资源通过催化裂化等路径合成,然而通过化石资源生产的高碳烯烃,生产能耗较高且原料来源不... 随着全球气候变化的日益严重,CO_(2)的减排控制和资源化利用技术的研究日益受到人们的重视。高碳烯烃是化工生产的重要原料,主要由不可再生的石油资源通过催化裂化等路径合成,然而通过化石资源生产的高碳烯烃,生产能耗较高且原料来源不可再生化。采用可再生绿氢作为还原剂,催化CO_(2)加氢制备高碳烯烃是有一条有前景的催化工艺路径。然而,由于CO_(2)分子较为稳定,加氢过程中的C—O键活化和后续的C—C键的耦合过程都十分具有挑战性。这种串联式的反应过程不可避免的存在活性低、副产物选择性高和催化剂稳定性较差等问题,由于Fe基催化剂在逆水煤气变换反应(RWGS)和费托合成反应(FTS)都具有良好活性,且廉价易得、工艺操作区间广,能够适用于工业应用,可以通过改性来实现特定反应的优化提升。因此,可以利用Fe基催化剂或Fe基复合催化剂对CO_(2)进行催化加氢增值化利用,实现从CO_(2)到高碳烯烃的导向合成。本文主要围绕CO_(2)加氢生产高碳烯烃的工艺路线,从元素掺杂、载体调控、多活性位点构筑和工艺参数优化等多个方面对Fe基或复合基催化剂的研究进展进行了分析,对催化剂的链增长机制及影响高碳烯烃选择性的主要因素进行了论述,为针对研发高效的Fe基催化剂提供参考,并对CO_(2)加氢工业化应用所面临的挑战及解决方法进行了展望。 展开更多
关键词 二氧化碳加氢 费托合成 高碳烃 导向合成 非均相催化
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煤气化渣特性分析及资源化利用研究进展 被引量：45
13
作者 范宁 张逸群 +6 位作者 樊盼盼 樊晓婷 王婕 王建成 董连平 樊民强 鲍卫仁 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第8期145-154,共10页
我国能源结构特点为富煤、贫油、少气,煤化工行业发展充满机遇和挑战。煤气化技术是现代煤化工的前端支柱,是实现煤炭清洁、高效、绿色、低碳利用的有效途径,具有重要的国家战略意义。煤气化技术规模化应用产生的大量固体废弃物(煤气化... 我国能源结构特点为富煤、贫油、少气,煤化工行业发展充满机遇和挑战。煤气化技术是现代煤化工的前端支柱,是实现煤炭清洁、高效、绿色、低碳利用的有效途径,具有重要的国家战略意义。煤气化技术规模化应用产生的大量固体废弃物(煤气化渣)的处置,是煤化工基地当前迫切需要解决的问题。分别从国内具代表性煤化工基地的气化灰渣粒度组成、矿物构成、微观形貌、表面性质和持水特性等理化性质入手,对比分析不同炉型、产地、气化工艺等条件下的灰渣特点。灰渣物性特点的差异化与气化工艺、炉型、煤种等因素均相关。灰渣主要组分为硅铝矿物等,其中粗渣粒度普遍偏大;细渣残炭质量分数一般在20%左右,且其表面含氧官能团丰富。此外,细渣因其孔隙率高,含水率较高。基于气化灰渣理化性质,系统归纳了目前报道的气化灰渣提质方法,提出炭-灰分离是实现气化灰渣减量化与资源化利用的重要前提。从高效回收微细粒矿物角度考虑,浮选是最合适的炭-灰分离方法,但由于残炭发达的孔隙结构与含氧亲水性基团的存在导致可浮性差,目前生产成本较高;从降低生产成本、提高处理量角度考虑,重力分选方法是首选,但存在分选下限高的问题;而磁力分选则对铁磁性矿物含量高的灰渣更具有针对性,不具有普遍适用性。综上分选分离方法特点,研制规模化分选设备、研发新型高效浮选药剂与浮选方法及开发高效低耗的气化灰渣分级分选的联合分选工艺是后续炭-灰分离领域的研究重点。此外,系统总结了气化灰渣资源化利用研究进展。建工建材等应用领域可实现气化灰渣的规模化消纳,是提高固废综合利用率的首要利用方向,但需进一步研究气化灰渣干燥脱水、重金属析出等后续问题;生态修复、锅炉掺烧、碳材料制备、吸附/催化剂制备等领域可实现气化灰渣的高值化利用,亦应充分考虑市场容量问题。以下游市场为导向,综合考虑技术现状、成本核算、市场消纳等因素,结合高效分离与分质利用理念,是实现气化灰渣资源化利用的有效途径,保证企业效益和环保效益,同时也是实现煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展的重要补充。 展开更多
关键词 固体废弃物 煤气化渣 浮选 重力分选 资源化利用
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利用脱碳气化渣制备水泥基复合材料 被引量：12
14
作者 李彦君 阎蕊珍 +2 位作者 王建成 韩东霄 樊盼盼 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第2期160-168,共9页
为探讨脱碳气化渣用作水泥混凝土矿物掺合料的可行性,将脱碳气化渣粉、粉煤灰和钢渣粉3种灰渣粉分别取代水泥制备混凝土和胶砂试件,对其工作性能和力学性能进行研究,结合X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜分析了灰渣粉的化学组成... 为探讨脱碳气化渣用作水泥混凝土矿物掺合料的可行性,将脱碳气化渣粉、粉煤灰和钢渣粉3种灰渣粉分别取代水泥制备混凝土和胶砂试件,对其工作性能和力学性能进行研究,结合X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪和扫描电镜分析了灰渣粉的化学组成、矿物组成和微观形貌。结果表明:粉煤灰和钢渣粉均含有球状玻璃体,有助于提高浆体流动性,脱碳气化渣粉颗粒则粗糙、多孔,需水量大,对混凝土的流动性略有降低,但混凝土拌合物坍落度210 mm、扩展度500 mm,仍满足工作性能要求;随龄期增加,掺不同灰渣粉混凝土的抗压强度呈增长趋势,3 d龄期时,各组强度均达到设计值的70%以上,其中,钢渣粉中的硅酸盐矿物早期水化,使混凝土强度增加明显,粉煤灰中含有一定量的石灰、石膏,有助于激发其中玻璃体的活性,特别是28 d龄期时,脱碳气化渣组强度超过设计值23%,其中的玻璃体水化反应迟缓,形成的产物对后期强度的提高贡献较大;灰渣粉的质量系数越高,其活性越高,胶砂试件的抗压强度相应较高,但灰渣粉的活性并非影响混凝土强度的唯一因素;脱碳气化渣粉表面棱角多,增强了渣粉颗粒与水泥浆体间的黏结力,其胶砂试件的折压比相对最高,7 d龄期时,折压比相对基准组提高了50%,28 d龄期时,同比基准组高出78%,脱碳气化渣粉有助于混凝土(砂浆)韧性的提高。 展开更多
关键词 脱碳气化渣 粉煤灰 钢渣粉 水泥基复合材料 微结构 工作性能 力学性能
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煤基氰化物吸附材料研究进展 被引量：1
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作者 冯宇 周闯 张立 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第7期42-50,共9页
我国能源资源的赋存特点决定了在今后很长一段时间内,煤都是我国的主要能源。煤炭清洁转化利用以及对煤转化过程中污染物的处理对于我国经济社会的可持续发展和生态环境的保护意义重大。由于煤化工以及诸多煤转化工艺特殊的反应条件和... 我国能源资源的赋存特点决定了在今后很长一段时间内,煤都是我国的主要能源。煤炭清洁转化利用以及对煤转化过程中污染物的处理对于我国经济社会的可持续发展和生态环境的保护意义重大。由于煤化工以及诸多煤转化工艺特殊的反应条件和煤特有的元素组成,煤气化煤气、热解尾气和焦炉煤气中都存在氰化物,煤气化、焦化等过程产生的废水和洗涤水同样含有一定量的氰化物,如氢氰酸(HCN)和氯化氰(CNCl)。氢氰酸和氯化氰均为高毒性气体,对含氰气体的吸附净化研究迫在眉睫。论述了净化气态氰基化合物的方法,目前对含氰气体污染源的处理方法主要有:吸收法、燃烧法、催化水解法、吸附法等。以氢氰酸和氯化氰为例,总结了其来源、处理方法和常用吸附材料。分析了活性炭、碳纤维、分子筛、金属有机框架等材料的制备方法和材料特性,目前针对多孔材料吸附剂的研究主要集中在表面改性上,使其在简单物理吸附的基础上增加化学吸附的贡献,提高活性组分负载量和分散程度、调节表面反应活性位点,这样不仅能提高活性炭基吸附剂的吸附容量和性能,且能避免因物理吸附作用力微弱而导致的吸附质脱附。对氰化物吸附材料的发展趋势进行展望,各类材料的研发重点在于:大规模、低成本连续化制备具有均一性和均匀性的吸附材料;提高材料的表面反应活性和结构效能,提高活性组分负载量和吸附容量,防止气相污染物吸附之后脱附;研发高效再生吸附材料,高效回收利用,避免产生有害固废,进而提高吸附材料的综合性能。 展开更多
关键词 氢氰酸 氯化氰 煤化工 吸附 吸附材料
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催化剂对煤热解焦油品质的调控及其表面积炭行为的分析 被引量：2
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作者 鲍卫仁 王倩 +5 位作者 李挺 田茜 王旎晨 闫伦靖 王美君 常丽萍 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1067-1082,共16页
以催化剂为核心和焦油提质为目的的低阶煤热解技术是保障国家能源安全和实现“双碳”目标的煤炭清洁高效转化技术。鉴于煤焦油品质调控和催化剂表面积炭行为的复杂性,阐述了金属、金属氧化物、天然矿物质、分子筛和炭基催化剂对煤和热... 以催化剂为核心和焦油提质为目的的低阶煤热解技术是保障国家能源安全和实现“双碳”目标的煤炭清洁高效转化技术。鉴于煤焦油品质调控和催化剂表面积炭行为的复杂性,阐述了金属、金属氧化物、天然矿物质、分子筛和炭基催化剂对煤和热解挥发物的催化作用及其对热解产物分布和组成的影响,并对比分析了各类催化剂的优缺点。探讨不同催化剂物理化学性质的区别及其与催化性能之间的关系,结合煤及热解挥发物中C—C、C—H、C=C、—OH、C=O、C—O和—COOH等化学键的断键行为,揭示了不同催化剂的作用机制。在此基础上,针对催化过程中存在的焦油产率低及提质效果差的问题,提出了利用金属尤其是过渡金属改性催化剂活化热解体系中的内部小分子氢供体和外部固体/气体氢供体对重质组分裂解碎片原位供氢的方法,实现焦油产率的提高及焦油品质的改善。同时,针对催化剂易积炭失活问题,分析了积炭的物理化学性质和组成以及积炭形成的原因。从催化剂设计及热解反应体系出发,分析了多种有效抑制积炭的途径,如多级孔与金属活性位点的组合效应、双金属改性调控Brønsted和Lewis酸性位点的比例、酸碱双功能催化剂的开发以及引入H_(2)O、CH_(4)、C_(2)H_(6)和CH_(3)OH等富氢小分子调控挥发物组成等,以期为低阶煤催化热解技术的发展提供理论基础。 展开更多
关键词 低阶煤 热解 挥发物 催化裂解 焦油提质
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活性金属Ni d电荷密度对Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)催化剂菲加氢性能的影响 被引量：1
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作者 荆洁颖 李泽 +1 位作者 赵泽敏 张雨 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期102-113,共12页
高温煤焦油中菲含量高,将菲深度加氢饱和得到全氢菲,可提升菲利用率,且全氢菲密度大,热值高,可作为喷气燃料理想组分。然而,在菲加氢反应过程中菲与中间加氢产物的竞争吸附不利于菲在催化剂上吸附活化,且对称八氢菲进一步加氢是菲加氢... 高温煤焦油中菲含量高,将菲深度加氢饱和得到全氢菲,可提升菲利用率,且全氢菲密度大,热值高,可作为喷气燃料理想组分。然而,在菲加氢反应过程中菲与中间加氢产物的竞争吸附不利于菲在催化剂上吸附活化,且对称八氢菲进一步加氢是菲加氢饱和过程的速控步骤,其吸附活化困难不易解决,催化剂活性难以满足加氢需求。根据稠环芳烃与过渡金属间π络合吸附机理,在反应物吸附活化过程中,稠环芳烃分子和活性金属分别充当电子供体和电子受体,故Ni基催化剂中活性金属Ni处于缺电子状态时利于生成全氢菲,但关于Ni缺电子量及其电子结构如何影响催化剂菲、对称八氢菲加氢性能的原因需进一步探究。此外,基于负载型Ni_(2)P催化剂稳定性高、耐硫、耐氮性强等优势,采用次磷酸盐歧化法通过调变P/Ni物质的量比制备具有不同Ni d电荷密度的Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂,考察Ni d电荷密度对菲、对称八氢菲吸附和反应性能的影响规律。结果表明,在320℃、5 MPa、空速1 309 h-1反应条件下,Ni-2.5P/Al_(2)O_(3)催化剂转换频率fTO最高(44.64×10^(-3)s^(-1))。通过吸附活化熵描述菲、对称八氢菲与催化剂表面间相互作用强度,发现菲、对称八氢菲在不同Ni-xP/Al_(2)O_(3)催化剂表面吸附强度不同。通过定量计算Ni d电荷密度,明确了Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂用于菲加氢反应时适宜Ni d电荷密度约-0.24 e,对称八氢菲加氢反应适宜的Ni d电荷密度约-0.05 e。 展开更多
关键词 菲 加氢饱和 Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)催化剂 d电荷密度 全氢菲
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煤气化渣气流分级提炭分质试验
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作者 杨凯 张乾 +2 位作者 栾春晖 彭泽宇 黄伟 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期30-38,共9页
煤气化渣提炭分质是实现其减量化、资源化、高值化利用的关键。基于此,提出研磨破碎-气流分级的干法提炭工艺,利用研磨使气化渣中炭灰结合物解离,再利用气流分级机内离心力和气体曳力作用,将解离所得的细颗粒进行高效分离。通过设计均... 煤气化渣提炭分质是实现其减量化、资源化、高值化利用的关键。基于此,提出研磨破碎-气流分级的干法提炭工艺,利用研磨使气化渣中炭灰结合物解离,再利用气流分级机内离心力和气体曳力作用,将解离所得的细颗粒进行高效分离。通过设计均匀试验并对各影响因素进行回归分析,获取优选试验条件并对该试验条件下的提炭效果进行验证。结果表明,气流分级提炭受多因素耦合作用影响,其中分级机频率和引风机频率是影响提炭效果的关键。均匀试验优选条件为分级机频率175 Hz、引风机频率5 Hz,喂料螺旋频率5 Hz,二次风口全开;该条件下所得富炭产品的收率为25.86%,烧失量49.76%,较原气化渣烧失量提高了26.91%,与试验预测值(49.64%)较一致,且试验效果明显优于未研磨破碎直接气流分级的气化渣。优选条件下气流分级得到的富炭产品的平均粒径(Dav)为5.95μm,满足橡胶补强填充料的粒度要求,其热值为16.73 MJ/kg,亦可作为细粉燃料等使用。同时,气流分级可实现较好的气化渣脱炭效果,所得脱炭渣烧失量低于10%,有利于其在建材等领域应用。研磨破碎-气流分级方法可实现气化渣的提炭分质,有利于其下游利用。 展开更多
关键词 煤气化渣 破碎 气流分级 分离 均匀试验 废物处理
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富含高岭石结构的煤矸石活化及合成NaY分子筛 被引量：2
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作者 姚隆帆 孟凡会 +2 位作者 戴露霏 汪洋洋 李忠 《石油学报（石油加工）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期317-326,共10页
以煤矸石为原料,在无模板剂和无添加剂的条件下,采用“高温焙烧-碱熔-碱溶-晶化”过程水热合成NaY分子筛。采用XRF、TG、XRD、SEM、N_(2)吸附-脱附曲线、NH3-TPD等手段对高温热处理的煤矸石及合成的NaY分子筛进行表征。结果表明:煤矸石... 以煤矸石为原料,在无模板剂和无添加剂的条件下,采用“高温焙烧-碱熔-碱溶-晶化”过程水热合成NaY分子筛。采用XRF、TG、XRD、SEM、N_(2)吸附-脱附曲线、NH3-TPD等手段对高温热处理的煤矸石及合成的NaY分子筛进行表征。结果表明:煤矸石中的高岭石相在600~800℃生成无定型偏高岭石相,随着碳酸钠与煤矸石质量比的增加或碱熔温度的升高,硅铝酸钠的晶相含量先增多后减少;加入质量分数0.1%~2.0%的NaY分子筛晶种提高了产物分子筛样品的相对结晶度和比表面积;增加NaOH浓度导致NaY分子筛硅/铝比下降;提高投料硅/铝摩尔比(n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))=6~30)使得NaY分子筛硅/铝比和相对结晶度先增大后减小。当晶种加入质量分数0.5%、投料n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))为20且NaOH浓度为3 mol/L时,合成的NaY分子筛n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))达到4.3、相对结晶度为87.4%、比表面积达到584 m^(2)/g、孔径主要分布在3.4 nm、颗粒粒径为100 nm左右。 展开更多
关键词 煤矸石活化 NAY分子筛 高岭石结构 晶种 硅/铝比 相对结晶度
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炼焦煤成焦机理再认识:“衍构成焦机理”的提出 被引量：1
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作者 崔贝贝 王美君 +1 位作者 常丽萍 谢克昌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2826-2839,共14页
深度认识煤质特性、探究炼焦煤成焦机理是开发精细化配煤炼焦技术的关键。传统成焦机理仅宏观地解释了炼焦煤炭化过程中的塑性和黏结现象,缺乏对煤转变为焦炭所涉及的化学反应的深层次认识。基于此,从分子水平阐述了炼焦煤成焦特性的演... 深度认识煤质特性、探究炼焦煤成焦机理是开发精细化配煤炼焦技术的关键。传统成焦机理仅宏观地解释了炼焦煤炭化过程中的塑性和黏结现象,缺乏对煤转变为焦炭所涉及的化学反应的深层次认识。基于此,从分子水平阐述了炼焦煤成焦特性的演化机制并提出了“衍构成焦机理”,其核心观点是:煤的焦化本质是煤分子在温度作用下发生的一系列化学反应;成焦过程中的一切宏观特性都取决于煤基体的瞬态空间结构,即“结构决定性质”;炼焦过程中传热传质条件的动态变化将影响煤的热转化行为进而影响成焦特性和焦炭质量,即“环境影响行为”。基于煤分子结构特性及热解过程中共价键的断裂和重建规律,重点分析了炼焦煤的流动性、膨胀性及其演化机制,探究了煤分子空间结构重排与焦炭强度的内在联系。流动性源于煤中弱共价键的断裂,终于芳香碎片的交联缩聚。在流动过程中,煤热解碎片以分子链段的形式向孔穴相继跃迁并封闭孔隙,形成了包含塑性层和部分煤层及半焦层的低透气带,限制了挥发分的释放从而产生了膨胀压力;同时,碳基质结构发生重排,取向性增加,sp^(2)杂化和sp^(3)杂化形式的碳原子的空间排布方式决定了焦炭的强度。加热速率的合理调控将明显改善焦炭强度并实现焦化过程节能降耗。“衍构成焦机理”是对传统煤成焦机理的补充和延伸,以期为现代煤焦化工业精细化发展提供理论指导和技术支撑。 展开更多
关键词 成焦机理 分子结构转变 成焦特性 传热传质条件 焦炭质量
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