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“生物质＆固废低碳清洁利用”专题

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》2024年03期，共10篇研究成果。

行业视野: 碳中和
类别; 47个
关键词; 55位
专家; 10篇
论文; 847IP
点击量; 172次
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微藻粗生物油催化加氢提质：外加氢源影响

作者(Author)：王智聪, 谢龙飞, 段培高

摘要：催化加氢是微藻粗生物油改性提质的有效途径,其中氢源是关键。探究了5种常规金属(铁、铝、锡、锌、镁)在超临界水条件下的产氢量,相同质量下铝的产氢量最大。在400℃、2h条件下,以Ru/C为催化剂,以四氢萘为供氢介质对比了4种不同氢源(即微藻水热液化水溶物水热气化氢-M-HTL-H2、小球藻水热气化氢-M-SCW-H2、单质金属铝与水高温反应氢-Al-H2及实验室氢-L-H2)对微藻水热液化所得粗生物油的加氢提质效果。结果表明,无论何种氢源,提质产物中提质油产率最高,其中L-H2所得提质油产率最高(87.6%),而M-SCW-H2所得提质油产率最低(70.4%)。4种氢源对粗生物油具有不同的加氢提质效果,其中Al-H2对生物油的脱氧效果最好(93.03%),同时提质油热值最高(43.05MJ/kg);M-SCW-H2的脱氮效果最好(86.11%);4种氢源对生物油的脱硫效果均达到90%以上。氢源对提质油成分组成影响较大,L-H2所得提质油中芳香烃和不饱和烃含量最高;M-HTL-H2所得提质油中饱和烃含量最高,同时芳香烃含量最低。研究表明,采用不同外加氢源进行粗生物油加氢提质可获得不同生物油质提效果,如将不同氢源配伍有望获得更佳的生物质提质效果。

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洁净煤技术

2024年第03期

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碳中和愿景下有机固废热转化清洁利用技术研究现状与展望

作者(Author)：杨天华, 佟瑶, 翟英媚, 崔爽, 马英

摘要：随着全球气候变化的日益加剧以及能源与环境问题的突出,碳中和成为各国追求可持续发展的重要目标。而作为碳排放的主要来源之一,有机固废的资源化清洁利用技术成为了当前研究的热点。通过清洁利用技术可以实现其高效转化和综合利用,为碳中和社会的建设做出积极贡献。在此背景下,综述了有机固废热转化清洁利用技术的研究进展,包括农林生物质能源利用、市政污泥处理处置及生活垃圾清洁利用技术等方面,总结燃烧、热解、气化、水热4种热化学转化技术的国内外研究进展与应用现状,重点阐述了生物质、生活垃圾焚烧发电和热解气化多联产技术以及污泥协同焚烧、热解碳化等工艺。通过深入分析有机固废处理处置的研究应用现状,探讨可行的高值化资源化转化利用技术,提出有机固废热转化的发展方向。进一步梳理了我国有机固废处理处置相关政策文件,总结了有机固废热转化利用过程中环境减排效益,提出了我国有机固废热转化商业模式建议,旨在为推动我国城乡有机固废无害化、高值化、资源化清洁利用和工业应用提供参考。

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洁净煤技术

2024年第03期

107

42
污泥4种热处理产物中磷的化学提取-沉淀回收性能

作者(Author)：张芷晗, 罗欣宜, 张艾嘉, 杨应举, 刘晶, 乔瑜

摘要：污水处理厂污泥中磷含量较高,对磷进行回收能有效实现磷资源的二次利用。采用磷酸铵镁(MAP)回收法分别对污泥4种热处理产物阴燃灰、掺烧灰、焚烧灰和热解焦的酸浸出液进行磷回收试验,重点分析了各热处理产物在酸浸出-MAP路线下的磷回收性能,包括磷沉淀率、产物中磷和杂质含量,并进一步探究了沉淀产物的环境安全性。结果表明,通过酸浸出-MAP回收法,单位质量沉淀产物磷质量分数达19.82~31.71mg/g,原污泥中磷回收率达49.25%~65.81%。磷回收性能由高到低依次为焚烧灰、热解焦、阴燃灰、掺烧灰。酸浸出-MAP回收产物中含有大量Ca、Fe、Al和Si杂质,且含有一定量Zn、Pb、Cr、Cu、Cd、As和Ni,其中Zn含量远高于其他重金属含量。产物纯度和环境安全性由高到低依次为焚烧灰、掺烧灰、热解焦、阴燃灰。在沉淀产物的环境安全性方面,阴燃灰、焚烧灰和热解焦的酸浸出-MAP回收产物中重金属含量均符合GB/T23349—2009《肥料中砷、镉、铅、汞生态指标》和GB4284—2018《农用污泥污染物控制标准》。掺烧灰的酸浸出-MAP回收产物中Cd质量分数为3.20mg/kg,超过农用污泥污染物控制标准限值3.00mg/kg。

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洁净煤技术

2024年第03期

90

20
CO2间接矿化工业固废制备多晶型碳酸钙研究进展

作者(Author)：梅杰琼, 陆诗建, 任雪峰, 康国俊, 刘玲

摘要：CO2和工业固体废弃物的排放量逐年上升,威胁人类的生存和发展,世界各国迫切寻求降碳减排的解决路径。研究人员基于钙、镁元素与CO2反应生成稳定的碳酸盐反应,开发出一系列CO2矿化工艺,实现CO2的永久封存。为实现CO2的大规模封存和含钙固废的高值化利用,降低矿化成本,选取廉价易得的含钙工业固体废弃物为矿化原料,从多晶型微纳米碳酸钙的制备入手,总结了含钙工业固废浸取和CO2间接矿化的最新研究进展,介绍了含钙工业固废间接矿化常用的浸取剂,并着重分析了间接矿化制备微纳米碳酸钙时反应条件和晶型控制剂对碳酸钙晶型和形貌产生的影响,对其控制原理进行了解释说明,总结了CO2间接矿化含钙固废当前存在的技术难点,展望了未来的研究重点。国内外结果表明,调变温度、pH、搅拌速率以及CO2通气速率等矿化反应条件或添加晶型控制剂能有效控制碳酸钙的晶型、形貌和尺寸。利用含钙工业固体废弃物间接矿化CO2制备微纳米碳酸钙能够满足不同领域对碳酸钙的使用要求,能带来经济效益和环境效益,具有广阔的发展前景。

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洁净煤技术

2024年第03期

91

42
低阶煤和生物质水热碳化特性及水热炭功能化改性研究进展

作者(Author)：宋瑞珍, 杨晓阳, 张鹏, 王宝凤

摘要：低阶煤中大量含氧官能团赋予其强亲水性,导致孔隙表面吸收大量水分,从而增加运输成本,能源转化效率降低,因此低阶煤的清洁低碳高效转化备受关注。水热碳化反应能耗较低,可直接处理高含水率有机固体物质,是一种绿色低碳高效经济的低阶煤提质技术;而生物质作为可代替化石燃料的可再生能源,水热碳化也可大幅提高其利用率。低阶煤与生物质共水热碳化时,二者会产生一定的协同效应,相较于单一水热碳化具有更高的产率和碳保留率。对水热炭进行功能化改性,可以进一步丰富其孔隙结构,增加材料表面的官能团,进而制备出性能优异的功能性炭材料,用于CO2和SO2等气体吸附。综述了低阶煤和生物质单独水热碳化及共水热碳化特性,分析生物质水热碳化主要影响因素;同时对水热炭活化改性和掺杂改性方法进行了总结,比较了氮、硫掺杂及硫氮共掺杂方式、掺杂机制及改性水热炭应用范围。此外,还对改性水热炭对CO2和SO2吸附性能等进行了综述,探讨了多孔炭表面吸附CO2和SO2的机理;最后对低阶煤和生物质共水热碳化以及水热炭低成本制备气体吸附剂等未来发展方向进行了展望。

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洁净煤技术

2024年第03期

76

14
钙钛矿锚定纳米氧化铈及其化学链干重整性能

作者(Author)：章菊萍, 宋富平, 刘天柱, 朱焘, 李东方, 祝星

摘要：化学链甲烷干重整(CL-DRM)可同时利用二氧化碳和甲烷两种温室气体,将其转化为可用于费托合成的合成气。采用溶胶凝胶法及浸渍法制备了一系列(Ni/CeO2)/ABO3(钙钛矿型)氧载体,探究Ni/CeO2负载对钙钛矿储氧性能的影响,揭示Ni/CeO2负载量对La0.8Sr0.2FeO3钙钛矿氧载体催化活性作用规律,进一步研究氧载体的化学链循环稳定性。结果发现,CeO2与载体La0.8Sr0.2FeO3相互作用有利于钙钛矿形成氧空位,从而增强其氧迁移能力。Ni/CeO2的负载提高了氧载体的储氧性能,增强反应活性,降低了反应初始温度,但过高的负载量将导致甲烷裂解形成积碳。当Ni/CeO2负载量为质量分数20%时,甲烷转化率高达82%,H2/CO物质的量比为2.1,在30次氧化还原循环后结果稳定,表现出优异的氧化还原循环稳定性。此外,CeO2粒径可显著影响金属Ni分散度。CeO2粒径的减小增强了与金属Ni界面相互作用,提升了氧载体的反应活性,减少甲烷裂解。通过CeO2粒径调控使氧载体的CH4转化率达87%以上,CO选择性达90%以上,H2/CO物质的量比为2.18,接近2.0的理想值。利用钙钛矿锚定活性物种制备复合氧载体的策略为实现化学链干重整的高性能提供了一条有效途径,高活性和高稳定性的复合金属氧化物氧载体的制备为相关领域储氧催化材料制备提供了参考借鉴。

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洁净煤技术

2024年第03期

76

5
我国30省份秸秆水热液化技术的碳减排潜力分析

作者(Author)：刘祚希, 魏莹莹, 王建, 杨天华, 王姗姗, 李秉硕, 李彦龙, 刘珊

摘要：水热液化技术作为一种可开发利用前景广阔的生物质热化学法,目前中国对于水热液化技术碳减排潜力研究仍属于空白状态。为减少温室气体排放和能源消耗,将常规水热液化技术与光伏技术结合,利用可再生能源电力替代水热液化系统运行过程中的电力消耗,同时生产的生物炭利用土壤固碳技术还田土壤,实现负碳排放。研究了中国30个省份部署光伏水热液化厂的温室气体排放、能源消耗和碳减排潜力,建立中国多地区混合生命周期评价模型,将投入产出生命周期与IPCC因子方法结合计算温室气体排放和能源消耗。首先对河南省为示范省的光伏水热液化厂进行生命周期温室气体排放和能源消耗评估。建造过程中,光伏水热液化厂的CO2排放量为128.76t(CO2-eq),能源消耗总量为48371.07kg(标准煤)。使用建立的混合生命周期评价可在投入产出的经济背景下获得每个省份和该省份下经济部门的能源消耗和温室气体排放影响。从空间视角看,河南省影响最显著;此外,化学产品部门是最大的隐含温室气体排放和能源消耗部门。结合情景分析不同比例生物炭还田土壤的减碳效力,结果表明将河南省一个光伏水热液化厂生产的生物炭全部还田土壤将减少CO2排放量1686.53t。分析41~200km运输距离产生的温室气体排放影响,结合生物炭固碳技术,结果表明即使在秸秆匮乏地区通过扩大收集半径收集足够的秸秆产量,建造光伏水热液化厂,将生产的全部生物炭还田将减少CO2排放量1603.91t。光伏水热液化技术具有大规模部署潜力,假设将各省秸秆最大化使用到光伏水热液化技术中,生产生物油、生物气替代化石燃料使用将减少CO2排放量213.2Mt/a,生产的生物炭全部固定土壤中,累计减少CO2排放量114.14Mt/a。因此,中国30个省份部署光伏水热液化技术对实现国家温室气体减排目标具有重要影响。

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洁净煤技术

2024年第03期

100

6
生物质焦反应活性及其与拉曼光谱表征关联性研究进展

作者(Author)：包钲言, 卢志民, 陈金铮, 蔡坚锋, 姚顺春

摘要：生物质能作为目前使用量最大的可再生能源形式,具有储量巨大、零碳排放、可再生及供应稳定等优点。生物质焦作为生物质能利用的重要形式,其反应活性因原料种类不同表现出巨大差异,严重阻碍了生物质能的进一步研究和利用。生物质焦的反应活性主要受无机元素、织构特性及碳结构的影响。拉曼光谱作为近年来发展迅猛的碳结构表征技术,已广泛应用于生物质焦的物理、化学结构特性研究。从生物质焦拉曼光谱的特征峰位置、特征峰宽、特征峰强度比和特征峰面积等光谱参数出发,综述国内外生物质焦的碳结构,并解析了生物质焦在热化学转化中碳结构的演化规律。拉曼光谱能有效表征生物质焦的碳骨架结构,高度有序的芳香或石墨化结构会降低生物质焦的反应性。目前对生物质焦反应活性与拉曼光谱参数表征的碳骨架结构之间的相关性研究仍较少,且多聚焦在单一种类生物质,其结论普适性仍需验证。也有少量关于多种生物质原料的焦反应活性和拉曼光谱表征研究,但未给出定量的结论。介绍笔者在多种生物质原料的焦反应活性与焦的拉曼光谱指标的关联性方面的研究进展,以期为生物质燃料的反应活性后续研究提供参考。展望未来,生物质焦的拉曼光谱研究发展潜力很大,目前主要研究仍基于一阶拉曼光谱区域分析,二阶拉曼光谱未受到重视;一些前沿的拉曼光谱技术,如表面增强拉曼光谱、针尖增强拉曼光谱、相干反斯托克斯拉曼散射等,也尚未引入生物质焦的碳结构表征和反应活性研究中,未来应重点考虑。

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洁净煤技术

2024年第03期

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