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“2060碳中和”栏目

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》常规栏目“2060碳中和”。

行业视野: 碳中和
类别; 83个
关键词; 90位
专家; 16篇
论文; 4556IP
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基于铁基载氧体的污泥/生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展

作者(Author)：孙国震, 安泽文, 陈岩明, 梁文政, 王坤, 常国璋, 王翠苹, 岳光溪

摘要：双碳目标背景下,我国积极推进高湿污泥/生物质资源化技术的发展和应用。化学链技术作为一种新兴的能源利用方法,在处理有机固废方面得到了广泛应用研究。概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术研究现状,着重归纳了化学链气化过程中灰分与水分对气化特性影响的研究进展。载氧体作为化学链技术中关键的一环,其应用研究已取得丰硕成果,在众多载氧体中,铁基载氧体因其低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体,但其反应活性较低,需掺杂Ni、Ca、K等元素进行改性。污泥和生物质的灰分及水分对于气化产物和气化效率有双向影响,甚至影响NOx排放。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等氧化物有助于提高载氧体活性,但反应速率太高会造成载氧体局部烧结,继而降低载氧体活性;循环的灰分与气相充分接触,对气体重整具有一定催化作用,从而提高了合成气品质。尽管污泥/生物质中水分析出吸收大量热量,但部分水蒸气和载氧体协同促进碳气化反应从而提高了H2生成率,提高富氢燃气品质;水蒸气作为气化剂过量供给时,CO2产量明显增加,降低了合成气品质。因此,污泥和生物质在化学链气化过程中须利用灰分和水分的正向影响以提高气化效率,控制循环灰量和水分析出速率是关键途径。

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洁净煤技术

2023年第09期

54

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基于事前生命周期评价方法的低碳技术研发潜力分析

作者(Author)：陆嘉麒, 廖文杰, 张楠, 顾敦罡, 饶品华, 李光辉

摘要：低碳技术是实现中国双碳目标的关键之一,然而从生命周期角度而言,新技术的工业应用也需要额外的资源投入并会带来新排放,碳减排效果具有不确定性,因此需通过生命周期评价(LCA)量化所有单元过程对碳足迹的贡献,指导低碳技术的工艺设计和流程优化。传统的LCA方法依赖工厂清单数据调研,可定义为技术工业化应用后的事后评价,但对于尚处于试验规模研发的技术,难以获得LCA所需数据。因此,针对尚未工业应用的新兴技术,事前LCA方法论研究将有潜力成为未来产业生态学领域的重点方向。总结了目前事前LCA方法论存在的清单数据收集、系统边界定义和结果解释等主要问题,提出事前LCA方法除应用于粗略预估新技术潜在的碳足迹等环境影响外,更重要的功能是通过量化与新技术相关的工业生态系统的碳足迹现状作为新技术研发基准目标,发现和优化环境影响较大的过程,为工业应用提出低碳设计建议。通过归纳总结具有代表性的新兴技术事前LCA案例,发现基于试验规模数据计算得到碳足迹与实际工业规模有数量级差距,因此建议在研发过程中投入少量额外人力及软硬件资源,以实现工艺过程的放大模拟,预测其工业规模能耗和投入产出清单并开展生命周期环境影响评价。最后以废弃聚氯乙烯脱氯资源化技术碳足迹评估为例,通过融合基础试验、过程模拟和事前LCA方法量化不同反应物浓度、处理量、反应器设计、运行条件等过程变量对能源与原辅料消耗、直接排放、产物收率、废弃物产生量等过程投入产出清单的影响,并实现以碳足迹作为评价指标,指导新技术低碳工艺设计和运行条件的研发。

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洁净煤技术

2023年第08期

89

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双碳目标下以煤炭为基础的氨合成与清洁利用的未来与挑战

作者(Author)：吴锦, 邹隆志, 陈扬, 朱航, 梅剑, 熊楚豪, 吴烨, 刘冬

摘要：氨作为重要的化工原料,已有一百多年历史,氨化工为改善人类生产生活做出巨大贡献。然而,随着节能环保要求逐渐严格,新时代新发展方向为氨化工带来新挑战。介绍近年来各类氨化工新技术的发展,分别从氨合成、氨燃烧以及氨利用3个方面综述了氨合成及其清洁利用的研究进展。传统Haber-Bosch法合成氨过程会排放大量CO2,即便是最先进煤气化或天然气重整制氨工艺,也难以满足双碳目标要求。可再生能源制氢—Haber-Bosch法合成氨是可预见阶段中最有可能规模化应用的绿色合成氨技术。而随着电子技术及各种检测手段飞速发展,化学链、电催化、光催化、等离子体等一批新型合成氨技术备受关注,其摆脱了传统方法高温高压的反应条件,降低了生产过程中污染物排放,为绿色氨合成开辟新道路。与此同时,在碳中和背景下,氨以其储氢量高、理想燃烧产物清洁无污染等特性受到重视。氨通常需借助H2、CH4等燃料进行掺混燃烧或通过催化剂促进燃烧。我国多煤少气,氨与煤混燃也有研究,但其稳定燃烧及产物中NOx控制相对更困难。氨的化学链燃烧具有高燃烧效率、成本低、几乎不产生NOx等优点。此外,近些年氨制氢、氨法碳捕集、氨法脱硫脱硝等化工应用也稳步发展。氨制氢钌基贵金属催化剂产氢效率高,过渡金属催化剂价格低廉,将贵金属和过渡金属的结合也为其发展提供思路;氨法碳捕集技术能有效缓解温室效应,发展较成熟,但仍需优化;氨法脱硫脱硝可选择性降低烟气中SO2、NOx,氨/活性炭法、氨/电子束法及氨/脉冲电晕法均有较好发展前景。以上技术的发展进一步拓宽了氨应用领域,为氨化工开辟新方向,未来氨合成与清洁利用研究,还需引入更多可持续发展理念和科技创新,为绿色氨化工注入新的动力。

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洁净煤技术

2023年第07期

160

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我国新能源风光发电制氢成本动态测算

作者(Author)：孙旭东, 成雪蕾, 王树萌, 王佳伟, 赵玉莹, 张博

摘要：新能源发电制氢技术不断成熟,制氢成本直接影响氢能产业商业化推广与应用｡针对电解水制氢技术方案投入与运营成本变化,基于新能源产业风光发电成本视角构建了碱性(ALK)电解槽+风电､质子交换膜(PEM)电解槽+风电､碱性(ALK)电解槽+光伏发电､质子交换膜(PEM)电解槽+光伏发电4种电解水制氢组合方案的成本动态测算模型,并通过敏感性分析研究了相关因素对制氢成本的影响｡结果表明:4组方案制氢成本在研究期内(2017—2020年)分别降低了13.95%､29.22%､19.55%和31.03%,2020年制氢成本分别为17.90､28.27､21.54和32.23元/kg,而能耗和发电成本是降低4种方案制氢成本最具潜力的影响因素｡同时,对比分析了其他电源及传统化石能源制氢等不同制氢技术工艺的经济性,不同制氢情景下,制氢成本由低到高分别为煤制氢､工业副产氢､天然气制氢､煤制氢+碳捕获收集(CCS)､ALK风电制氢､甲醇制氢､ALK 光伏制氢､ALK谷电制氢､PEM光伏制氢和PEM谷电制氢｡

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洁净煤技术

2023年第06期

285

159
生物质化学链气化-燃气轮机-有机朗肯循环发电

作者(Author)：穆林, 胡天才, 王震, 黄贤坤, 赵亮, 尹洪超

摘要：生物质化学链气化（BCLG）是具有发展前景的生物质利用和碳捕集技术，有机朗肯循环（ORC）是可提高能源品位的能源转化技术。为实现生物质能源高值化利用，提出了一种生物质化学链气化联合燃气轮机（GT）并耦合有机朗肯循环（ORC）的新型发电系统。该系统通过子系统间物质/能源交换实现了不同品位能源的梯级利用。采用Aspen Plus软件进行模拟，研究以玉米秸秆、稻秆及麦秆为气化燃料时，氧与生物质比（λ）和压气机压比（PR）等对BCLG-GT系统发电效率的影响。模拟结果表明，麦秆是3种生物质中应用于BCLG-GT系统的最优气化燃料，最佳模拟工况为：λ=0.05，PR=13。在BCLG-GT子系统运行最佳工况基础上耦合ORC子系统，研究了4种不同有机流体工质（R245fa、R134a、HCFC-123和R-404A）和有无回热装置对ORC子系统发电效率的影响。结果表明：R245fa具有更高的实用价值与较好的环境友好性，相较其他3种有机流体工质具有明显优势；另外，加装回热装置后，ORC系统的净输出功率提高了13.37%，新型具有回热装置的BCLG-GT-ORC发电系统的净能量效率达35.48%。本研究为工业规模的生物质化学链气化装置的设计和优化提供思路和理论指导。

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洁净煤技术

2023年第05期

227

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铁基载氧体化学链水分解制氢耦合乙酸热分解试验

作者(Author)：高道星, 豆斌林, 张华, 罗川奇, 杜金博

摘要：采用载氧体催化剂化学链直接分解水一步制纯氢，并将其与生物质热转化耦合，开发具有应用前景和经济性的制氢同时制合成气的新方法具有重要意义。探究金属螯合溶胶-凝胶方法制备掺杂Ce-Ni的铁基载氧体，以化学链水分解耦合乙酸热分解方式制取纯氢和富氢合成气，首先在氧化态载氧体作用下，乙酸催化热分解制取富氢合成气，载氧体被还原，实现了载氧体晶格氧的迁移，通过原位CO2吸附实现热分解过程强化；其次是利用还原态载氧体与水发生铁-蒸汽过程制氢。研究发现，在乙酸催化热分解过程进行原位CO2吸附强化，提高了合成气H2纯度并减少积碳。与无掺杂纯氧化铁与空白石英砂对照，掺杂适量的Ce与Ni的Fe基载氧体具有显著制氢作用，随Ce、Ni量增加，乙酸分解阶段CO2和CO生成量减少，水分解阶段H2先增后降，最佳载氧体Fe、Ce和Ni组分物质的量比为100∶10∶3，加入相对于载氧体不同质量比的CO2吸附剂均可有效降低合成气中CO2与CO气体量，最佳质量比为1∶2，在该条件下合成气中H2体积分数提高了11.96%～26.17%，CO2体积分数减少了22.85%～49.28%，CO体积分数减少了29.18%～34.05%，15次循环后载氧体仍保持较好的稳定性。

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洁净煤技术

2023年第04期

186

71
介质阻挡放电辅助氨/空气预混旋流燃烧试验

作者(Author)：陈磊, 沈洁, 江贻满, 吴进, 陈加淮, 方世东

摘要：氨是一种高效氢载体，有望成为下一代无碳燃料，但较窄的燃烧极限和较高的NOx排放阻碍其使用。等离子体是一种高效、低能耗的助燃方法，得到广泛应用。设计搭建自制的耦合介质阻挡放电的氨/空气预混旋流燃烧台架，研究了燃烧极限、火焰形貌、O2和NOx含量的变化规律。未放电时，贫燃极限为0.75，富燃极限为1.1～1.2。当量比为0.9时，火焰传播速度最快，火焰最短；在贫/富燃极限附近时，火焰充满整个燃烧室。当量比在1.05～1.10时，NO含量保持在较低水平，未生成NO2。当量比由1.05减小至0.75时，NO体积分数由97×10-6（3.5% O2）增至2 785×10-6（3.5% O2）。随当量比降低，少量NO会进一步被氧化为NO2，当量比为0.75时，NO2体积分数达171×10-6（3.5% O2）。介质阻挡放电明显增强燃烧反应，抑制壁面猝熄的负面作用，O2略下降,燃烧极限扩展至0.65～1.30。当量比0.75～1.05生成的NOx同比减少40%～45%。分析探讨氨燃烧生成NOx机制，发现NOx主要来源于燃料，并随当量比降低，O/H浓度提高，NHi浓度降低，产生NO的副反应占比升高，有利于NOx生成。放电产生大量活性自由基，其中NHi促进NO+NHi和NHi+NHi反应是NOx减少的重要原因。等离子体辅助氨燃烧能显著扩宽燃烧极限，减少NOx生成，为氨的清洁高效燃烧提供一种新方法。

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洁净煤技术

2023年第03期

209

75
生物质催化热解制油及油品改性提质研究进展

作者(Author)：赵荣洋, 杨美玲, 李杰, 常国璋, 王翠苹

摘要：基于国家碳中和背景，生物质作为一种重要的可再生资源，其有效利用至关重要。生物质热解制油具有规模化潜力，成为目前生物质利用的主要方式。生物质热解技术按照液化方式不同分为直接液化和间接液化，但生物质直接液化所得生物油组分不稳定，间接液化所得生物油品质取决于反应器型式、反应温度及催化剂类型等，不同制备方法的生物油品质差别较大，生物油改性提质成为其实际应用的必要条件。归纳比较了生物质热解过程中提高生物油品质的催化剂类型，着重综述了原生物油分离为轻质组分和重质组分后分别改性提质的技术路线，可转化为燃气、燃油甚至化学品，实现生物油的高值化。针对轻质油组分的改性方法有水蒸气重整制氢、催化裂解、加氢脱氧、催化酯化等，催化剂类型以分子筛及贵金属为主；而重质油组分水含量低、黏性大，相关提质研究较少，目前报道以加氢、裂化、酯化、添加溶剂、气化为主。生物油提质改性方法中，催化剂、氢源、耗能是限制其规模化、工业化应用的主要原因，降低催化剂成本及提高催化剂寿命、减少氢源使用或利用低成本氢源、简化工艺及降低反应温度是生物油提质技术发展方向。

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洁净煤技术

2023年第02期

256

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