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系统中水含量对锂介导合成氨的性能影响
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作者 陈禹志 刘永忠 +1 位作者 康丽霞 黄贤坤 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期265-273,共9页
针对锂介导合成氨(LM-NRR)过程中存在的水污染问题,通过对比实验及扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征手段,探讨了含水量对LM-NRR体系的性能影响及其在反应界面中的作用机理。结果表明,无水条件下的L... 针对锂介导合成氨(LM-NRR)过程中存在的水污染问题,通过对比实验及扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征手段,探讨了含水量对LM-NRR体系的性能影响及其在反应界面中的作用机理。结果表明,无水条件下的LM-NRR体系具有较好的氨合成性能,在反应时间为120 min、N2流速为4 m L·min^(-1)、电流密度为3 m A·cm^(-2)条件下的氨合成速率可达0.0124μg·s^(-1)·cm^(-2),法拉第效率为7.05%。含水量对LM-NRR体系的影响显著,会极大地降低体系的氨合成速率及法拉第效率。这主要是由于反应界面上的水会加剧竞争性析氢反应(HER)、促进电解质中Li BF_(4)的水解以及钝化表面活性锂位点,进而降低了体系的氨反应活性。 展开更多
关键词 锂介导 氮还原反应 合成氨 界面反应
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可再生甲醇生产系统操作窗口特性分析与调控
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作者 孔昕山 高鑫 +1 位作者 康丽霞 刘永忠 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期4617-4628,共12页
可再生甲醇是实现可持续发展目标的重要途径之一。可再生能源的波动性和间歇性导致二氧化碳加氢制甲醇过程工况频繁波动。为了适应可再生能源的波动,甲醇生产系统的灵活性亟需提升。提出一种可再生甲醇生产系统操作窗口调控策略,通过在... 可再生甲醇是实现可持续发展目标的重要途径之一。可再生能源的波动性和间歇性导致二氧化碳加氢制甲醇过程工况频繁波动。为了适应可再生能源的波动,甲醇生产系统的灵活性亟需提升。提出一种可再生甲醇生产系统操作窗口调控策略,通过在工艺条件和操作约束下设计分析关键设备的操作窗口特性建立设备数据库,并通过瓶颈设备识别与替换实现对生产系统中关键设备集的优化选择,有效调控和扩大生产系统的操作窗口。研究表明,所构建的甲醇生产系统操作窗口调控策略可以实现最大化生产系统操作上限、最小化生产系统操作下限和最大化操作窗口范围三个目标,以有效调控操作窗口,并依据给定的操作窗口需求确定最优的设备组合及设计方案,从而为适应可再生能源波动的甲醇生产系统柔性提升提供计算依据。 展开更多
关键词 可再生能源 甲醇生产 操作窗口 设备设计 优化
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有机液态储氢技术研究进展
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作者 路书涵 龚翔 +2 位作者 王斌 杨福胜 方涛 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期118-133,共16页
在当前全球能源结构转型和实现碳中和目标的背景下,有效的能源储存技术成为关键。特别是对于太阳能、风能等清洁能源,储能技术的应用是实现其高效利用和稳定供应的核心。氢气作为一种具有高能量密度和清洁可再生特性的能源载体,受到了... 在当前全球能源结构转型和实现碳中和目标的背景下,有效的能源储存技术成为关键。特别是对于太阳能、风能等清洁能源,储能技术的应用是实现其高效利用和稳定供应的核心。氢气作为一种具有高能量密度和清洁可再生特性的能源载体,受到了广泛关注。然而,氢气的稳定性差、易泄漏和燃爆风险等问题,限制了其在能源储存和运输领域的广泛应用。目前常用的储氢技术包括高压气态储氢、液态储氢和固态储氢等。其中,有机液态储氢(Liquid Organic Hydrogen Carriers,LOHC)技术因其能够长期、大规模且稳定地储存氢气,同时有效避免氢气扩散损失,受到了特别的关注。此外,LOHC技术还具有储存条件温和、可以利用现有基础设施进行运输等优点,使其在氢能储存和运输领域具有巨大的应用潜力。基于此,从有机液态储氢载体开发、加脱氢催化剂设计及产业化研究3个维度,对LOHC技术进行了系统综述,阐述了该技术的最新研究动态。首先,针对有机液态储氢载体的研究进展,详细介绍了常见储氢载体的物理化学性质、加脱氢反应需求及其优势与局限性,并对近年来新提出的储氢体系进行了探讨,包括酰胺类和酯类储氢系统。其次,关于加脱氢催化剂的研究进展,探讨了这一领域新的研究方向。针对加脱氢反应催化剂的设计与开发,研究提出了更加多样化的新思路,例如利用粗氢、湿氢等作为氢源的加氢反应催化剂的设计;提出优化使用的储氢载体和实施反应级联等方法,以解决脱氢反应条件严苛及放氢速率缓慢的问题。再次,对产业化方面的研究进行了综述,包括经济性分析、反应器设计和工艺优化等。经济性分析表明:对于高氢需求和长距离运输,LOHC技术相较于目前最常用的高压气态储氢具有显著的经济优势。在工艺优化方面,研究提出了微波辐射、混合储氢载体等方法,以增强LOHC加脱氢反应中的传热传质效果。最后,对各研究方向的进展进行了总结,并对LOHC技术未来的发展与应用进行展望,以期通过全面讨论推动有机液体储氢技术的发展。 展开更多
关键词 有机液态储氢 储氢载体 加氢催化剂 脱氢催化剂 经济性分析
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基于多目标模型预测控制的感应加热碳热还原过程操作策略分析
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作者 吕恒花 康丽霞 刘永忠 《高校化学工程学报》 北大核心 2025年第2期311-321,共11页
针对铝硅酸盐固废感应加热碳热还原除铁过程中的高能耗和残余铁氧化物控制问题,提出一种基于多目标模型预测控制(MPC)的操作策略,以减小过程总能耗和提高除铁率为目标,优化电流和频率。结合不同优化目标的权值分配,分析了操作参数对不... 针对铝硅酸盐固废感应加热碳热还原除铁过程中的高能耗和残余铁氧化物控制问题,提出一种基于多目标模型预测控制(MPC)的操作策略,以减小过程总能耗和提高除铁率为目标,优化电流和频率。结合不同优化目标的权值分配,分析了操作参数对不同目标的影响程度以及预测控制时操作变量的取值依据。结果表明:对于还原度目标要求较高的反应体系,应在熔炼时长达到最大限度后先增大频率,后增大电流;在达到相同还原目标要求时,相比恒定操作参数的控制策略,MPC操作策略可进一步降低能耗,且熔体还原度要求越高,允许熔炼时长越长,节能效果越好;当目标还原度低于87.0%,且熔炼时长较短时,MPC操作策略的节能效果不显著,宜采用优化的恒定参数操作策略。研究结果可为感应加热碳热还原过程多目标优化操作策略提供分析和计算依据。 展开更多
关键词 熔融还原 多目标优化 模型预测控制 动态操作策略
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适应多负载电池储能系统的拓扑结构优化重构方法 被引量:1
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作者 郑良天 康丽霞 +1 位作者 黄贤坤 刘永忠 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期5630-5636,共7页
可重构技术应用于电池储能系统是退役电池回收再利用的有效方法之一。然而,由于储能系统供给侧和需求侧的多样性、退役电池包的拆解成本高且易引发环境和安全问题等问题,退役电池重组再利用构成储能系统非常困难。为了解决这一问题,本... 可重构技术应用于电池储能系统是退役电池回收再利用的有效方法之一。然而,由于储能系统供给侧和需求侧的多样性、退役电池包的拆解成本高且易引发环境和安全问题等问题,退役电池重组再利用构成储能系统非常困难。为了解决这一问题,本文采用电池重构对电压不一致的电池包进行重组再利用,以满足多负载需求为目标,在保证能源效率和系统安全的前提下,提出了一种面向多负载需求的低拓扑复杂交换度的退役电池组拓扑重构优化设计方法。通过构建多目标优化模型,并采用改进的二进制纵横交叉算法求解模型,获得了满足多负载需求的最优拓扑结构,并通过案例分析验证了本文所提方法的有效性。研究表明,通过调整多目标间的权重,可提高可重构电池储能系统拓扑结构的设计弹性。 展开更多
关键词 电池储能系统 退役电池 拓扑重构模型 改进的二进制纵横交叉算法 优化设计
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甲醇模块化生产中分时储热系统的优化设计 被引量:2
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作者 孔昕山 黄仁星 +1 位作者 康丽霞 刘永忠 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期770-781,共12页
以“数量放大”为特征的模块化化工生产为克服原料供给和产品市场需求波动的生产流程优化操作提供新途径。为了提高生产系统的能量利用效率,需对生产系统中随时间变化的流股预热、冷却和反应热分时段进行储存和调度。针对可再生能源驱... 以“数量放大”为特征的模块化化工生产为克服原料供给和产品市场需求波动的生产流程优化操作提供新途径。为了提高生产系统的能量利用效率,需对生产系统中随时间变化的流股预热、冷却和反应热分时段进行储存和调度。针对可再生能源驱动的甲醇模块化生产系统,本文提出了分时储热策略,通过储罐设置及流股匹配、储罐储热温区确定和储罐容量配置及调度三步对甲醇模块化生产中分时储热系统进行优化设计,获得了分时储热系统的最优配置和优化调度方案。研究表明:在甲醇模块化生产系统中,分时储热系统可将前阶段的热量储存供后续阶段调用,以实现系统能量的最大化利用,而储热的适量废弃可降低储热系统的投资费用。本文所提出的储热系统优化方法可为波动生产过程中分时储热系统的优化设计提供分析工具。 展开更多
关键词 模块化生产 甲醇 分时储热系统 优化设计 模拟
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气固流化床介尺度结构形成机制及过滤曳力模型研究进展 被引量:6
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作者 蒋鸣 周强 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2468-2485,共18页
气固流化床中,介于颗粒与宏观尺度间的复杂的时空多尺度结构(介尺度结构)将完全改变气固相间作用规律,加大了流态化系统调控及预测的难度。为此,需要构建考虑结构影响的相间本构关系。其中,曳力作为影响流态化动力学特征的主导因素,对... 气固流化床中,介于颗粒与宏观尺度间的复杂的时空多尺度结构(介尺度结构)将完全改变气固相间作用规律,加大了流态化系统调控及预测的难度。为此,需要构建考虑结构影响的相间本构关系。其中,曳力作为影响流态化动力学特征的主导因素,对其研究尤为重要。从结构产生演化的机制出发,概述结构影响曳力的机理,以模型构建流程的角度对结构和过滤两类模型进行总结,并重点综述过滤模型构建在提升准确性、有效性、通用性和考虑更多物理机制方面的最新进展。研究表明:提升模型通用性和考虑真实系统中更丰富的物理机制仍是建模中亟待解决的问题,结合结构演化机制理性建模和充分发挥机器学习数据分析处理优势或是曳力建模进一步发展的关键。 展开更多
关键词 两相流 流态化 介尺度结构 曳力 过滤模型
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锂电池的两阶段老化过程经验模型与分析
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作者 吕海潮 康丽霞 刘永忠 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期113-120,共8页
锂离子电池的老化过程可分为固体电解质界面膜增长和锂沉积机制主导的2个阶段。为了快速准确预测锂离子电池的循环寿命,并快速识别老化过程两阶段的转折点,建立了基于锂电池电化学过程模型的两阶段老化过程经验模型。针对镍钴锰酸锂电... 锂离子电池的老化过程可分为固体电解质界面膜增长和锂沉积机制主导的2个阶段。为了快速准确预测锂离子电池的循环寿命,并快速识别老化过程两阶段的转折点,建立了基于锂电池电化学过程模型的两阶段老化过程经验模型。针对镍钴锰酸锂电池的老化过程,基于电池两阶段电化学过程模型获得不同参数条件下两阶段的电池老化数据,采用两步非线性拟合方法获得了锂离子电池两阶段老化过程的经验模型,验证了该经验模型的有效性,并与传统的半经验模型进行了对比分析。结果表明:所建立的电池老化过程经验模型可以有效预测不同参数条件下电池的两阶段老化过程。特别是在电池加速老化阶段,所建立的经验模型明显优于传统的半经验模型。 展开更多
关键词 锂离子电池 容量衰退 循环寿命 转折点 两阶段经验模型
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氢气驱动电化学捕碳系统的模块化设计与优化
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作者 刘世昌 李一白 +1 位作者 王靖 刘永忠 《化工学报》 2025年第8期4108-4118,共11页
氢气驱动的电化学捕碳系统(HECCS)是一种新型的低浓度CO_(2)捕集与分离方法。受大面积膜制备、膜性能和电极性能等限制,HECCS系统的单模块捕碳能力有限。为了提高HECCS系统捕碳性能和系统经济性,本文提出HECCS系统的模块化设计与优化方... 氢气驱动的电化学捕碳系统(HECCS)是一种新型的低浓度CO_(2)捕集与分离方法。受大面积膜制备、膜性能和电极性能等限制,HECCS系统的单模块捕碳能力有限。为了提高HECCS系统捕碳性能和系统经济性,本文提出HECCS系统的模块化设计与优化方法,在分析HECCS系统单模块操作性能基础上,研究了模块化HECCS系统的捕碳策略及优化操作方法,阐明了模块化HECCS系统结构特性及单元模块之间的协调匹配特性。研究表明,在特定的低浓度CO_(2)捕获场景中,在模块化捕碳系统中,不同单元模块组合方式的HECCS模块化系统结构显著影响捕碳性能和经济性。在相同操作条件下,串联结构比并联结构具有更优的除碳效果,多级结构有助于降低系统氢气消耗;HECCS系统的最优级数受进出口CO_(2)浓度、氢气价格和HECCS模块价格影响显著,取决于系统操作费用和投资费用权衡。本研究可为模块化HECCS系统性能优化和经济性提升提供优化设计方法。 展开更多
关键词 电化学捕碳系统 氢气 模块化 系统设计 优化
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胶体溶液制备碳纳米管负载钌纳米颗粒的电催化合成氨性能 被引量:1
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作者 谢程露 黄贤坤 +1 位作者 康丽霞 刘永忠 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1947-1956,共10页
利用胶体溶液制备Ru纳米颗粒。将Ru纳米颗粒负载在碳纳米管上得到用于电化学合成氨的催化剂Ruc/CNT。通过调节Ru胶体溶液的加入量可调整Ruc/CNT上Ru的负载量。借助X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、接触... 利用胶体溶液制备Ru纳米颗粒。将Ru纳米颗粒负载在碳纳米管上得到用于电化学合成氨的催化剂Ruc/CNT。通过调节Ru胶体溶液的加入量可调整Ruc/CNT上Ru的负载量。借助X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、接触角测量仪和电化学技术对催化剂进行表征测试。结果表明,通过胶体溶液制备的Ruc/CNT上的钌纳米颗粒缩小至1~5 nm,相比于Ru/CNT上的钌颗粒具有更好的分散性。钌的负载量为2.5%的0.025-Ru_(c)/CNT实现了最高10.98μg/(h·mgcat.)的氨产率及2.18%的法拉第效率,而直接在碳纳米管上回流还原制备的Ru/CNT催化剂仅有5.19μg/(h·mgcat.)的氨产率及0.05%的法拉第效率。通过对照实验对氨的来源进行验证,结果证明氨来源于电化学催化氮气还原过程,钌是催化剂的主要活性位点。钌催化剂颗粒粒径的减小可促进载体与钌纳米颗粒间的电荷转移,削弱反应过程中高能的N≡N三键,提高钌对氮气电化学合成氨的选择性,同时碳纳米管载体的应用为0.025-Ru_(c)/CNT提供足够多的负载位点,分散性更好的钌纳米颗粒能够暴露更多的活性位点,可提升电催化合成氨的性能。 展开更多
关键词 催化剂 电化学 氮还原 合成氨 选择催化还原 纳米颗粒
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铁相接触角对熔体两相界面的影响及流动与传热特性分析 被引量:1
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作者 吕恒花 王凯 +1 位作者 康丽霞 刘永忠 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期327-335,共9页
除去熔融玻璃体中的铁氧化物杂质是铝硅酸盐固废重构转化为高值产品的关键步骤。针对该步骤建立了电磁感应炉内除铁过程的两相熔体感应加热模型。通过电磁场、温度场、速度场和两相界面的多物理场实时耦合,采用两相流-水平集法(LSM)研... 除去熔融玻璃体中的铁氧化物杂质是铝硅酸盐固废重构转化为高值产品的关键步骤。针对该步骤建立了电磁感应炉内除铁过程的两相熔体感应加热模型。通过电磁场、温度场、速度场和两相界面的多物理场实时耦合,采用两相流-水平集法(LSM)研究了金属相与石墨坩埚基体之间的接触角对铁-玻璃两相界面的形成及其对两相熔体速度和温度分布的影响特性。结果表明:金属相接触角的变化将显著影响两相界面的高度、玻璃相中的环流形式和熔体表层流速;两相熔体的温度分布主要受玻璃相环流的影响。因此,可通过改变金属相接触角提高电磁感应炉内两相熔体的传质、传热效率。 展开更多
关键词 玻璃熔体 金属相 接触角 两相界面 数值模拟
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基于重置温度方法的双参数介尺度气固传热模型构建
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作者 刘怡琳 李钰 +2 位作者 余亚雄 黄哲庆 周强 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2612-2621,共10页
颗粒聚团等介尺度结构在气固两相流中普遍存在,这些介尺度非均匀结构直接影响气固流动特性及气固接触效率,进而影响气固相间传热、传质及化学反应过程。在更适合工业大尺度气固传热模拟的粗网格方法中缺乏准确度高、简单易用且可以考虑... 颗粒聚团等介尺度结构在气固两相流中普遍存在,这些介尺度非均匀结构直接影响气固流动特性及气固接触效率,进而影响气固相间传热、传质及化学反应过程。在更适合工业大尺度气固传热模拟的粗网格方法中缺乏准确度高、简单易用且可以考虑介尺度非均匀结构影响的传热模型。采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)研究了气固两相流相间传热,为了保证气固相间持续传热,采用了两种维持气固相间传热温差的方法,并讨论了两种方法的优缺点。方法一:给气相能量方程添加热源项;方法二:每间隔一段时间重置气相温度,重置温度后气固两相自由传热,两种方法中均保持固相温度不变。结果表明聚团界面位置的局部单位体积气固传热量最大,重置温度方法在稀相和界面位置的局部单位体积传热量与总单位体积传热量之比大于热源项方法,而在浓相位置的局部单位体积传热量与总单位体积传热量之比小于热源项方法。通过过滤CFD-DEM计算数据,为重置温度方法构建了双参数(过滤固含率、过滤尺度)传热系数修正因子模型,通过先验分析评价了模型的表现,研究表明所构建模型在过滤网格尺度为5~40倍颗粒直径范围内优于文献中已有的双参数模型。 展开更多
关键词 介尺度 传热 气固两相流 计算流体力学-离散单元法 过滤技术 重置温度
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