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主辦單位：煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

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“2060碳中和”欄目

來源：潔凈煤技術

專題來自于《潔凈煤技術》常規欄目“2060碳中和”。

行業視野: 碳中和
類別; 62個
關鍵詞; 64位
專家; 12篇
論文; 2511IP
點擊量; 2152次
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生物質化學鏈氣化-燃氣輪機-有機朗肯循環發電

作者(Author)：穆林, 胡天才, 王震, 黃賢坤, 趙亮, 尹洪超

摘要：生物質化學鏈氣化（BCLG）是具有發展前景的生物質利用和碳捕集技術，有機朗肯循環（ORC）是可提高能源品位的能源轉化技術。為實現生物質能源高值化利用，提出了一種生物質化學鏈氣化聯合燃氣輪機（GT）并耦合有機朗肯循環（ORC）的新型發電系統。該系統通過子系統間物質/能源交換實現了不同品位能源的梯級利用。采用Aspen Plus軟件進行模擬，研究以玉米秸稈、稻稈及麥稈為氣化燃料時，氧與生物質比（λ）和壓氣機壓比（PR）等對BCLG-GT系統發電效率的影響。模擬結果表明，麥稈是3種生物質中應用于BCLG-GT系統的最優氣化燃料，最佳模擬工況為：λ=0.05，PR=13。在BCLG-GT子系統運行最佳工況基礎上耦合ORC子系統，研究了4種不同有機流體工質（R245fa、R134a、HCFC-123和R-404A）和有無回熱裝置對ORC子系統發電效率的影響。結果表明：R245fa具有更高的實用價值與較好的環境友好性，相較其他3種有機流體工質具有明顯優勢；另外，加裝回熱裝置后，ORC系統的凈輸出功率提高了13.37%，新型具有回熱裝置的BCLG-GT-ORC發電系統的凈能量效率達35.48%。本研究為工業規模的生物質化學鏈氣化裝置的設計和優化提供思路和理論指導。

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潔凈煤技術

2023年第05期

31

14
鐵基載氧體化學鏈水分解制氫耦合乙酸熱分解試驗

作者(Author)：高道星, 豆斌林, 張華, 羅川奇, 杜金博

摘要：采用載氧體催化劑化學鏈直接分解水一步制純氫，并將其與生物質熱轉化耦合，開發具有應用前景和經濟性的制氫同時制合成氣的新方法具有重要意義。探究金屬螯合溶膠-凝膠方法制備摻雜Ce-Ni的鐵基載氧體，以化學鏈水分解耦合乙酸熱分解方式制取純氫和富氫合成氣，首先在氧化態載氧體作用下，乙酸催化熱分解制取富氫合成氣，載氧體被還原，實現了載氧體晶格氧的遷移，通過原位CO2吸附實現熱分解過程強化；其次是利用還原態載氧體與水發生鐵-蒸汽過程制氫。研究發現，在乙酸催化熱分解過程進行原位CO2吸附強化，提高了合成氣H2純度并減少積碳。與無摻雜純氧化鐵與空白石英砂對照，摻雜適量的Ce與Ni的Fe基載氧體具有顯著制氫作用，隨Ce、Ni量增加，乙酸分解階段CO2和CO生成量減少，水分解階段H2先增后降，最佳載氧體Fe、Ce和Ni組分物質的量比為100∶10∶3，加入相對于載氧體不同質量比的CO2吸附劑均可有效降低合成氣中CO2與CO氣體量，最佳質量比為1∶2，在該條件下合成氣中H2體積分數提高了11.96%～26.17%，CO2體積分數減少了22.85%～49.28%，CO體積分數減少了29.18%～34.05%，15次循環后載氧體仍保持較好的穩定性。

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潔凈煤技術

2023年第04期

39

15
介質阻擋放電輔助氨/空氣預混旋流燃燒試驗

作者(Author)：陳磊, 沈潔, 江貽滿, 吳進, 陳加淮, 方世東

摘要：氨是一種高效氫載體，有望成為下一代無碳燃料，但較窄的燃燒極限和較高的NOx排放阻礙其使用。等離子體是一種高效、低能耗的助燃方法，得到廣泛應用。設計搭建自制的耦合介質阻擋放電的氨/空氣預混旋流燃燒臺架，研究了燃燒極限、火焰形貌、O2和NOx含量的變化規律。未放電時，貧燃極限為0.75，富燃極限為1.1～1.2。當量比為0.9時，火焰傳播速度最快，火焰最短；在貧/富燃極限附近時，火焰充滿整個燃燒室。當量比在1.05～1.10時，NO含量保持在較低水平，未生成NO2。當量比由1.05減小至0.75時，NO體積分數由97×10-6（3.5% O2）增至2 785×10-6（3.5% O2）。隨當量比降低，少量NO會進一步被氧化為NO2，當量比為0.75時，NO2體積分數達171×10-6（3.5% O2）。介質阻擋放電明顯增強燃燒反應，抑制壁面猝熄的負面作用，O2略下降,燃燒極限擴展至0.65～1.30。當量比0.75～1.05生成的NOx同比減少40%～45%。分析探討氨燃燒生成NOx機制，發現NOx主要來源于燃料，并隨當量比降低，O/H濃度提高，NHi濃度降低，產生NO的副反應占比升高，有利于NOx生成。放電產生大量活性自由基，其中NHi促進NO+NHi和NHi+NHi反應是NOx減少的重要原因。等離子體輔助氨燃燒能顯著擴寬燃燒極限，減少NOx生成，為氨的清潔高效燃燒提供一種新方法。

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潔凈煤技術

2023年第03期

61

25
生物質催化熱解制油及油品改性提質研究進展

作者(Author)：趙榮洋, 楊美玲, 李杰, 常國璋, 王翠蘋

摘要：基于國家碳中和背景，生物質作為一種重要的可再生資源，其有效利用至關重要。生物質熱解制油具有規?；瘽摿?，成為目前生物質利用的主要方式。生物質熱解技術按照液化方式不同分為直接液化和間接液化，但生物質直接液化所得生物油組分不穩定，間接液化所得生物油品質取決于反應器型式、反應溫度及催化劑類型等，不同制備方法的生物油品質差別較大，生物油改性提質成為其實際應用的必要條件。歸納比較了生物質熱解過程中提高生物油品質的催化劑類型，著重綜述了原生物油分離為輕質組分和重質組分后分別改性提質的技術路線，可轉化為燃氣、燃油甚至化學品，實現生物油的高值化。針對輕質油組分的改性方法有水蒸氣重整制氫、催化裂解、加氫脫氧、催化酯化等，催化劑類型以分子篩及貴金屬為主；而重質油組分水含量低、黏性大，相關提質研究較少，目前報道以加氫、裂化、酯化、添加溶劑、氣化為主。生物油提質改性方法中，催化劑、氫源、耗能是限制其規?；?、工業化應用的主要原因，降低催化劑成本及提高催化劑壽命、減少氫源使用或利用低成本氫源、簡化工藝及降低反應溫度是生物油提質技術發展方向。

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潔凈煤技術

2023年第02期

83

33
基于AHP-TOPSIS法的碳捕集技術方案綜合評估

作者(Author)：劉雙, 宋學行, 尚麗, 王保登, 沈群, 熊日華, 孫楠楠, 魏偉

摘要：碳捕集、利用與封存技術（CCUS）是實現碳中和目標的重要手段之一，高成本是目前制約CCUS大面積推廣應用的瓶頸，而碳捕集是影響CCUS技術成本的主要環節。近年來，各類碳捕集技術的研發和示范受到廣泛關注，但整體成熟度不高，未來發展路徑仍不清晰?；趯哟畏治龇ê捅平硐虢馀判蚍?，構建了一套適用于碳捕集技術的綜合評估方法，從技術、低碳、經濟、安全4方面對目前典型的碳捕集技術進行綜合評估。結果表明，現階段CO2捕集技術的部署主要受低碳特性影響，復合胺吸收法應用潛力居首，而隨著我國未來能源、產業結構不斷調整，各類碳捕集技術的應用場景及影響其綜合推廣潛力的因素將發生變化，其中，經濟特性將成為未來影響CO2捕集技術市場滲透率的關鍵，因此，變壓吸附法、復合胺吸收法和鈣循環法將在未來CO2捕集過程中占據相對重要的地位。通過將定量分析與專家意見相結合，形成的評估結果將為碳捕集技術研發與應用提供科學思路。

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潔凈煤技術

2023年第01期

92

63
整型大孔SiO2基固體胺CO2吸附劑開發及性能研究

作者(Author)：喻樹楠, 馬奎, 周昶安, 宋磊, 岳海榮

摘要：吸附法捕集CO2是實現工業尾氣中CO2分離和脫除的重要技術。固體胺吸附劑由于優異的CO2吸附容量和選擇性及較低的再生能耗被廣泛研究。傳統粉末吸附劑由于壓降大等問題，需成型加工才能應用于實際工業過程。但整型吸附劑仍面臨吸附性能不足、機械性能差等問題。以大孔環氧樹脂聚合物為模板、正硅酸乙酯為硅源，采用犧牲模板法制備整型大孔SiO2，并在其基礎上負載四乙烯五胺（TEPA）開發整型大孔SiO2基固體胺吸附劑。整型大孔SiO2材料以交聯的中空SiO2微球為骨架，具有典型的大孔結構，且TEPA均勻分布在骨架表面。TEPA負載量為70%的70T-MS樣品在75 ℃、0.1 MPa（12% CO2/88% N2）條件下，CO2吸附量高達191 mg/g，經50次吸脫附循環可穩定在160 mg/g以上。動態吸附試驗表明，其CO2吸附動力學遵循Avrami模型，說明其受傳質擴散限制影響較小。整型大孔SiO2基固體胺吸附劑機械強度可達0.72 MPa（軸向）和30.30 N/cm（徑向），滿足工業吸附劑要求。吸附劑還具有良好的熱穩定性和較低的熱容（2.79 J/(g·℃)），有望實現低能耗再生。

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潔凈煤技術

2022年第11期

251

96
我國氫能源利用前景與發展戰略研究

作者(Author)：徐連兵

摘要：在全球能源向清潔化、低碳化、智能化發展的趨勢下，發展氫能源產業已成為當前能源技術變革的重要方向，對我國實現新時代能源轉型意義重大?；诖?，對我國氫能源利用前景與發展戰略開展系統研究。首先，結合我國氫能源產業鏈特點，從制氫、儲氫、用氫等方面闡述了我國氫能源發展現狀，在制氫方面，我國每年氫氣產能約4 100萬t、產量約3 342萬t，是全球最大的產氫國；在氫氣儲運方面，由于應用規模小、技術裝備水平低等因素，我國氫能源運輸能力建設嚴重滯后，與國外存在顯著差距；在加氫站建設方面，我國已建成運營加氫站127座，加氫站的設計、建設以及三大關鍵設備均實現國產化；在用氫產業方面，我國在交通領域、發電領域以及其他信息領域得到一定程度的商業化應用，特別是氫燃料電池產業得到快速發展。其次，對我國氫能源利用存在主要問題進行了深入分析，認為當前我國氫能源產業集群發展初見成效，但與國際氫能源發展相比，我國氫能源開發利用面臨嚴峻挑戰，特別是在燃料電池技術發展、氫能源產業裝備制造等方面，缺少立足長遠的國家氫能源發展戰略與綜合規劃，亟待從發展戰略與規劃、基礎研究、應用研究、產品開發、規范標準、性能測試、技術實證、商業創新等方面全面研究與布局。最后，對我國氫能源利用前景與應用場景進行系統分析，提出推進氫能源利用的戰略舉措和建議：在戰略舉措方面，一是要契合國家戰略，堅持規劃引領，做好氫能源產業發展戰略規劃；二是應突出平臺效應，協同創新發展，發揮好各類核心氫能源產業化平臺作用；三是要加強科技創新，深化產學研合作，加強協同創新，充分發揮科技創新在全面創新中的引領作用；四是健全人才機制，打造核心優勢，充分調動科技人員的積極性和創造性。在政策建議方面，需進一步強化氫能源在國家能源體系中的重要地位，加強核心技術自主研發與技術標準體系建設，因地制宜選擇氫能源產業發展路線，并適當引導國有資本在氫能源產業的優化布局，確保我國氫能產業的健康持續發展。

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潔凈煤技術

2022年第09期

282

180
質子交換膜燃料電池擋板結構優化

作者(Author)：蘇丹丹, 孫峰, 張志國, 殷宇捷, 龐彬, 董小平

摘要：質子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）流道結構優化能提高反應氣體質量傳輸效率和電流密度，是改善PEMFC輸出性能的有效方法。建立PEMFC單直流道幾何模型，通過在流道內添加梯形擋板研究了擋板傾角對反應氣體傳輸特性的影響。結果表明，在流道內添加擋板，可明顯提高流道內反應氣體流速并促進反應氣體由流道向擴散層的質量傳輸；增大對稱和非對稱梯形擋板的前、后傾角，可有效增大擋板下方O2質量分數，提高氣體擴散層中反應氣體通量，強化反應氣體質量傳輸；與對稱梯形擋板相比，前傾角75°、后傾角60°或前傾角60°、后傾角75°的非對稱梯形擋板強化反應氣體質量傳輸的效果更佳；PEMFC擴散層與催化層中的O2摩爾分數隨擋板數量增加而顯著提高，且在擋板對應區域出現反應氣體濃度波峰；PEMFC輸出性能隨流道內擋板數量增加而提升。流道內添加11個前傾角60°、后傾角75°的非對稱梯形擋板時PEMFC峰值功率密度為0.435 W/cm2，比無擋板時提高6.6%。此外，工作電壓U=0.1 V時，無擋板流道的電流密度為1.57 A/cm2，擋板數量為11時,電流密度為1.80 A/cm2，提升約14.6%，研究結果為后續PEMFC流場優化提供了理論和技術借鑒。

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潔凈煤技術

2022年第08期

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