“煤基能源清洁低碳利用技术”专刊_中国煤炭行业知识服务平台

“煤基能源清洁低碳利用技术”专刊

来源：洁净煤技术

专刊共收录研究进展总结和研究成果21篇，内容包括碳一化学利用技术、煤炭清洁高效转化技术、煤制新型化学品技术、CO2捕获与利用技术、煤炭制氢技术、煤气化燃料电池技术、煤制炭材料技术、煤系废弃物资源化利用技术以及能源洁净高效利用技术等。本期客座主编为中国矿业大学（北京）王永刚教授和太原理工大学李忠教授。

行业视野: 煤化工
类别; 107个
关键词; 114位
专家; 25篇
论文; 9575IP
点击量; 8374次
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固体吸附剂捕集CO2的研究进展

作者(Author)：江涛, 魏小娟, 王胜平, 马新宾

摘要：化石燃料的大规模使用造成了CO2排放量逐年递增，其作为温室气体的主要成分加速了全球变暖及气候变化。CO2的捕集、利用与存储（Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS）技术作为降低碳排放的有效方法，受到广泛关注。在诸多减少CO2排放量的方法中，吸附法分离脱除CO2具备良好的应用前景。固体吸附材料具有操作温度广、不易腐蚀设备、循环使用过程中产生的废物较少且易于处理等优点，被认为是理想的CO2捕集材料。综述了3种类型的CO2固体吸附剂的研究进展，包括低温、中温和高温固体吸附剂，指出了其优点和局限性及强化CO2吸附性能与循环稳定性的措施。通常来说高压对低温固体吸附剂更加有利，但此条件下其选择性较差，且气流中存在的水分会水解某些吸附剂中的配位键，并与CO2产生竞争吸附，导致CO2吸附性能下降。因此低温吸附剂的吸附能力、吸附选择性和水热稳定性是研究重点。中温固体吸附剂中，类水滑石材料面临的挑战在于其独特的氢键堆积结构限制了其吸附容量进一步提高，而MgO吸附剂由于缺少基础活性位点以及固有的高晶格焓同样导致其吸附性能与吸附动力学较差。故中温吸附剂需要优先解决其低吸附能力和低循环稳定性的问题。高温固体吸附剂中，Li4SiO4吸附剂相比于Li2ZrO3吸附剂具备更低的制备成本以及更高的吸附容量，但2者皆面临动力学限制问题。CaO基吸附剂由于其理论吸附容量高、适用范围广、成本低廉、无毒、具备快速的吸附动力学特性等优点受到广泛关注。而在CO2吸附/脱附多循环过程中，钙基吸附剂由颗粒烧结引发的热失活以及颗粒磨损问题是限制其进一步发展的最大障碍。针对这些问题可采用高温预处理、水合作用、化学掺杂、酸改性等方式来提高其吸附性能与多循环稳定性。此外，造粒及规模化制备技术是提高其工业应用潜力需解决的瓶颈问题。

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2022年第01期

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421
煤基固废合成沸石分子筛捕集CO2研究进展

作者(Author)：竹涛, 苑博, 郝伟翔, 韩一伟, 刘帅, 刘亚涛, 宋慧平

摘要：燃烧煤炭向大气中排放大量二氧化碳，造成极大的环境污染。固体吸附法可有效捕集CO2气体，具有成本低、易操作、回收率高等优点，是末端治理去除CO2的主要技术。煤基固废制备用于捕集CO2的沸石吸附剂，不仅有效缓解煤基固废对环境的污染问题，还能达到碳减排的目的。概述了以煤基固废为原料合成沸石分子筛捕集CO2的国内外研究进展。首先介绍了煤基固废合成沸石分子筛技术的研究现状及优缺点，然后对煤基固废沸石分子筛捕集CO2效果进行简述，阐述了影响煤基固废沸石分子筛捕集CO2性能的因素，并提出提升煤基固废沸石分子筛捕集CO2效果的路径，最后总结了目前煤基固废沸石分子筛捕集CO2技术存在的挑战，并展望了该领域未来的发展方向。

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2022年第01期

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铜锌铝催化剂制备方法对CO2加氢反应性能影响

作者(Author)：任超, 徐波, 王安杰, 刘颖雅, 孙志超, 王瑶

摘要：采用溶胶-凝胶法和共沉淀法制备了一系列铜锌铝催化剂，并将其与ZSM-5分子筛联合使用，催化CO2加氢制低碳烯烃。对不同制备方法得到的铜锌铝催化剂进行N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)表征，研究了其在CO2加氢反应中的催化性能，比较了不同催化剂制备方法对催化剂CO2加氢制低碳烯烃反应性能的影响。反应结果表明：不同催化剂的制备方法能显著影响所制备催化剂的CuO颗粒尺度、比表面积以及Cu组分分散度，进而影响CO2加氢反应的性能。该体系中铜锌铝催化剂对CO2转化率及CO选择性影响较大，但对碳氢化合物中低碳烯烃的选择性影响不大。溶胶-凝胶法中采用柠檬酸络合制备的催化剂在反应温度320 ℃，CO2∶H2=1∶3，空速3 600 mL/（g·h）条件下，CO2转化率为20.17%，碳氢化合物中低碳烯烃选择性为50.48%。共沉淀法中碳酸钠沉淀剂制备催化剂在相同反应条件下，CO2转化率为29.14%，碳氢化合物中低碳烯烃选择性为54.57%。

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2022年第01期

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整体煤气化燃料电池联合发电(IGFC)技术研究进展

作者(Author)：王琦, 杨志宾, 李初福, 雷泽, 刘淑琴

摘要：整体煤气化燃料电池联合发电技术(IGFC)是一种新型煤基洁净高效发电技术，不考虑热电联供的情况下，发电效率达60%以上，可有效控制污染物的排放，为CO2捕集和回收创造了条件，可实现CO2的近零排放。IGFC系统一般由煤气化净化、燃料电池发电、余热回收及CO2捕集和封存等子系统构成，其中燃料电池发电技术是制约IGFC发展的关键技术。固体氧化物燃料电池（SOFC）及熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是适配IGFC系统的2种燃料电池技术，其中SOFC在生产成本及发电效率方面更具优越性。2017年国家能源集团牵头，联合中国矿业大学（北京）、北京低碳清洁能源研究院、华能清洁能源技术研究院、清华大学等，在国家重点研发计划项目支持下承担了开发100 kW级SOFC和MCFC发电单元，建成MWth级CO2近零排放的IGFC示范工程任务，项目成果推动了我国IGFC系统从基础技术研发向产业化迈进的步伐。

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2022年第01期

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我国煤系针状焦技术发展现状分析

作者(Author)：程俊霞, 赵雪飞, 朱亚明, 赖士全, 高丽娟

摘要：我国煤系针状焦的发展起源于20世纪80年代，经过不断努力，目前煤系针状焦的生产已经初具规模。回顾总结了我国煤系针状焦制备技术所经历的3个主要发展阶段：实验室技术开发与工业化初步发展阶段、煤系针状焦工业化技术壁垒突破和圆梦国产化阶段、煤系针状焦技术深度发展阶段。同时，详细介绍了各发展阶段煤系针状焦技术的研究重点及发展方向，依次从煤系针状焦生产过程的3道主要工序：预处理工序、延迟焦化工序和煅烧工序入手，充分讨论了目前各工序采用的生产工艺流程。预处理工序以溶剂萃取法为基础，开发出了3种特色预处理工艺技术，总体上实现了精制沥青收率高、喹啉不溶物（QI）脱除效果理想的原料预处理操作。延迟焦化工序发展了零循环比和可调循环比的2种不同工艺技术，其根本区别是进入焦炭塔的物料不同，而具体操作工艺的差别在于零循环比工艺采用恒温、变压、短生焦周期操作方式，可调循环比工艺采用变温、变压、长生焦周期操作方式。2种工艺技术中，多数煤系针状焦生产企业选择了可调循环比工艺；煅烧工序以回转窑煅烧工艺为主，罐式炉煅烧工艺为辅；前者加工周期短、产能理想，但是炭质烧损大，收率低，且对含有较多粉料的生焦煅烧不友好，因此近2 a罐式炉煅烧工艺技术重新受到关注。通过分析目前国内煤系针状焦技术现状，打破现有煤系针状焦产品质量欠佳及“同质化”严重的局面，强调注重生产过程的技术基础研究以及不断完善生产工艺过程的策略来提高我国煤系针状焦产品的质量，增强国际竞争力。最后提出了未来我国煤系针状焦技术发展趋势是开发两段焦化工艺，实现操作简单、人为干预少、工艺参数控制精度高、环境友好及副产品附加值高的先进生产技术。在此基础上实现针状焦产品质量“品质高端化”、性能“应用差异化”的战略目标，以助力我国煤系针状焦行业的有序健康发展。

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超级电容器用煤基多孔碳改性研究进展

作者(Author)：吴小燕, 秦志宏, 杨小芹, 林喆

摘要：煤炭因其碳含量高、储量丰富及价格低廉，而成为优质的多孔碳碳前驱体。以煤炭为原料制备超级电容器用多孔电极材料是实现煤炭高附加值利用的重要方向之一。研究表明，通过调整孔结构、改善表面化学活性均能有效提高煤基多孔碳电极材料的电化学性能。其中调整孔径分布可利用物理活化和化学活化联合、模板法和化学活化联合以及不同化学活化剂联合三种方法。物理活化和化学活化联合法主要是通过水蒸气或CO2对KOH活化过程进行辅助，在得到大量微孔的同时获得一定量的介孔，并实现煤基多孔碳孔隙与润湿性的协同调控。模板法与化学活化联合则可在获得与模板剂相同孔结构的同时，通过KOH活化进一步造出丰富微孔，从而实现合理的孔径分布。除使用模板剂外，也可利用碳前驱体自身含有的大量杂质充当自模板。采用不同化学活化剂联合的方法也能实现孔结构的调节，例如K+和Na+的离子尺寸不同，联合利用便可得到不同的孔径分布；利用KCl在高温下的流动性，可以将KOH的中间产物带入更广范围和更深层次，从而实现微孔向介孔的转化。改善表面化学活性则可通过炭前驱体预氧化和引入杂原子两种方式。如通过强酸或强氧化剂对原煤进行预处理，可以提高所制备碳材料的有机氧含量，增加活性位点并提高润湿性。通过掺杂剂掺杂可在碳材料中引入杂原子，其中应用最多的是N掺杂，所引入的含氮结构包括吡咯-N（N-5）、吡啶-N（N-6）、季铵-N(N-Q)和氧化-N（N-X）四种。此外，O、B、S和P也是常见的掺杂原子。另一种引入杂原子的方法是通过煤与生物质共碳化，此时生物质既充当碳源也充当杂原子源。杂原子掺杂可改善碳材料的润湿性、导电性和结构稳定性，并可产生一定量的赝电容。本文从以上这些方面综述了近几年来煤基多孔碳电极材料的研究进展，分析了不同改性方法的优缺点，并对目前研究所存在的问题进行了讨论，对超级电容器用煤基多孔碳未来研究趋势进行了展望。

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煤热解废水成分分析及生物毒性评价

作者(Author)：盖恒军, 庞欣然, 丰丙萧, 王振东, 肖盟

摘要：为提高煤热解废水的可生化性以保障生化装置的稳定运行，需明确废水的毒性来源并评价预处理工艺中废水毒性消减性能。采用三辛胺萃取结合大孔树脂分级吸附的方式将污染物进行分类以克服峰面积重叠和差异大的分析难题，利用发光细菌法评价测得污染物毒性并确定了废水中关键污染物，评估了4种常规液液萃取体系对废水生物毒性、化学需氧量、总酚和关键污染物消减的影响，为预处理工艺的改进提供理论支撑。结果表明，酚类化合物对煤热解废水生物毒性的贡献最大，其中甲酚的毒性贡献最高；酚类化合物苯环上取代基的种类、位置和数量均对生物毒性有明显影响；杂环类化合物在生化出水中残留浓度较高，对废水的毒性也有较大贡献；4种常规萃取剂对废水毒性消减率自大到小依次为醋酸丁酯(96.6%)、甲基异丁基甲酮(95.1%)、异丙醚(92.4%)和三辛胺(79.5%)。三辛胺萃取后废水的总酚消减率最高，但对化学需氧量、生物毒性的消减能力却最低，说明该类络合萃取剂不适合处理复杂含酚废水；醋酸丁酯与甲基异丁基甲酮可较广谱地脱除各类关键污染物，对化学需氧量和毒性的消减率较高，适用于热解废水的萃取处理。

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煤经合成气制可降解聚乙醇酸的技术进展

作者(Author)：叶林敏, 黄乐乐, 段新平, 袁友珠, 谢素原

摘要：自2009年以来，煤经合成气制乙二醇产业在我国迅速扩张，预计到2022年，我国煤制乙二醇总产能将增至1 368万t/a。日渐成熟的煤制乙二醇技术进一步带动了煤经合成气制可生物降解塑料聚乙醇酸的技术发展，即将煤制乙二醇技术中的草酸二甲酯选择性加氢为乙醇酸甲酯，再经聚合反应合成可降解塑料聚乙醇酸。聚乙醇酸既定位为聚酯行业的高端产品，也用于生产可完全降解聚酯制品，是国家鼓励发展的新型材料，在“限塑令”实施的国家和地区具有较大的市场需求潜力和需求空间，因此，开展煤经合成气制可降解聚乙醇酸这一分支技术的研发，对丰富煤制乙二醇产业的产品结构具有重要意义。围绕煤经合成气制可降解聚乙醇酸技术的研发进展，论述了草酸二甲酯选择性加氢制乙醇酸甲酯单体和乙醇酸甲酯聚合制聚乙醇酸的技术原理，以及该技术路线的工程设计方案和可行性。对于乙醇酸甲酯单体的合成，其技术关键在于通过设计和调整催化剂的结构、组分以及优化反应条件，实现草酸二甲酯的高转化率和乙醇酸甲酯的高选择性。对于乙醇酸甲酯制聚乙醇酸，目前主要有2种工艺技术，即以乙醇酸甲酯为原料或经乙醇酸的直接缩聚法和经乙交酯的开环聚合法。聚合工艺的选择直接影响聚乙醇酸的产品质量：直接缩聚法生成低分子量的聚乙醇酸，开环聚合法可以生成高分子量的聚乙醇酸。发展煤经合成气制可降解聚乙醇酸技术，将有利于我国煤制乙二醇产业的发展和拓展。

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