“煤基先进能源清洁低碳利用利用理论与技术”专题

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“煤基先进能源清洁低碳利用利用理论与技术”专题

来源：洁净煤技术

专题来自《洁净煤技术》2023年第1期

行业视野: 环境保护
类别; 94个
关键词; 113位
专家; 19篇
论文; 4625IP
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双碳目标下煤炭深部流态化开采及前景

作者(Author)：于海洋, 许永彬, 陈智明, 刘泽林, 汪洋, 程时清, 吴玉新

摘要：为积极应对全球气候变化，我国提出2030年前达到碳达峰、2060年实现碳中和的双碳目标。我国能源结构决定了煤炭是我国主体消费能源且短期内不会发生变化。为实现双碳目标，煤炭行业需从技术与理论2方面进行创新。为此，围绕煤炭地下气化思路，综述了煤炭深部流态化生产的3种方式：气化、热解以及生物溶解。其中，主要综述了煤炭地下气化技术，包括国内外部分典型煤炭地下气化项目的发展历程、气化工艺及气化稳定性影响因素，并简要分析煤炭地下气化技术仍有待进一步形成工业化生产的原因。同时，将石油行业中的多级压裂水平井同井缝间注采技术引入煤炭深部流态化开采，该技术通过注入气化剂和增加加热装置实现煤炭地下深部流态化开采。基于水平井同井缝间注采技术，探讨了一种新井型在煤炭地下气化、地下热解和地下生物溶解开采中的应用前景及适用范围。相比传统地下气化工艺，水平井同井缝间注采技术具有节约开采成本、提高经济效益、增大气化反应面积和提高波及范围等优势，此外，还可利用新能源技术发电加热，在一定程度上减少碳排放，推动双碳目标实现。最后，结合深部煤炭流态化发展现状，分析当前存在的问题，为我国未来深部煤炭地下气化工业发展提出了建议。

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洁净煤技术

2023年第01期

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氯化-脱氯化和热缩聚合成煤液化残渣基纺丝沥青的分子结构特征

作者(Author)：刘金昌, 刘琴, 申辰阳, 李亚平, 安小雅, 解强, 梁鼎成

摘要：纺丝沥青的性质决定其能否连续、稳定工业化生产沥青基碳纤维，也是影响碳纤维性能的重要因素，而合成方法是调控纺丝沥青性质的重要手段。对比传统热缩聚法，氯化-脱氯化法可以从分子维度调控合成，以制得纺丝性优异的沥青前驱体。迄今，针对采用热缩聚法和氯化-脱氯化法合成的纺丝沥青分子结构特征差异研究鲜有报道。采用元素分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱（MALDI TOF-MS）及固态核磁共振（13C-NMR）表征纺丝沥青的分子组成与结构，采用平均分子模型方法构建纺丝沥青的分子模型。结果表明，采用氯化-脱氯化法合成的纺丝沥青具有更高的碳含量，且在FTIR中1 490和696 cm-1波长处和XPS C1s中287.1 eV结合能处均表现出特有由氯化反应产生的特征峰；由MALDI TOF-MS和13C-NMR 分析可知，由氯化-脱氯化法合成的纺丝沥青具有更高的聚合度、分子量和芳香度，其平均分子量达857，芳香度达0.87，且纺丝沥青的分子结构更趋向于在一维方向上发展的线性结构。根据表征分析结果，采用Shoolery-Budde提出的平均分子模型，构建了由氯化-脱氯化法和热缩聚法合成的纺丝沥青的分子模型。

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洁净煤技术

2023年第01期

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2-甲基-6-乙酰基萘的合成及分子结构解析

作者(Author)：徐静文, 王远, 石支尧, 胡浩权, 靳立军

摘要：2-甲基-6-乙酰基萘（2,6-MAN）作为高性能聚酯材料（如聚萘二甲酸乙二醇酯PEN）的前驱体，其高选择性合成具有重要意义。以2-甲基萘（2-MN）为原料，乙酰氯（AC）为酰化剂，三氯化铝（AlCl3）为催化剂，采用正交试验法考察反应物配比、反应时间、反应温度、酰化液滴加温度对酰化过程的影响。采用重结晶法纯化产物，考察溶剂用量、降温速率对目标产物纯度的影响。质谱、红外、一维核磁及二维核磁结果显示，酰化主产物为含有C6取代的乙酰基官能团的2,6-MAN。正交试验结果表明，反应物配比对酰化产物收率影响最大，酰化剂及催化剂量的不足会降低收率；反应温度对2,6-MAN纯度影响最大。当n(2-MN)/n(AC)/n(AlCl3)为1.00/1.20/1.45，反应温度为25 ℃、反应时间为4 h，酰化液滴加温度为-5～-2 ℃时，酰化产物收率达90.93%、2,6-MAN纯度为76.32%。以甲醇水溶液为溶剂提纯酰化产物时发现，溶剂用量较多和慢速程序降温可提高目标产物纯度。当溶剂与酰化产物质量比为5/1，慢速降温时可得到纯度大于98%的产品，满足工业氧化生产要求。

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洁净煤技术

2023年第01期

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富油煤地下原位热解余热利用过程数值模拟

作者(Author)：陈美静, 漆博文, 王长安, 毛崎森, 车得福

摘要：富油煤作为一种公认的特殊煤炭资源，储量巨大，是我国重要的战略能源。富油煤原位热解是一种摒弃传统煤炭开采，直接在地下热解提油的新技术。前人对原位注气加热研究主要集中在油页岩开采利用。地块热解后的残余热量具有重要经济效益，然而鲜见其余热利用过程研究。通过构建富油煤半焦层降温冷却的二维大尺度模型，研究了冷却介质种类、入口流速及温度、半焦层初始温度、布井方式、水平裂缝数目、加热时长和加热介质入口流速对余热利用过程的影响规律。结果表明，冷却介质流速对半焦层冷却效果提升有限；加热介质流速对平均温度上升的贡献有限。相较N2和水蒸气，CO2作为冷却介质能加快半焦层冷却。增加注气井数量有助于改善半焦层温度的均匀性、提高冷却效率，但半焦层冷却效果几乎不受注气井位置影响。双水平裂缝布置能满足有效冷却的要求。通过对半焦层冷却初始状态各参数优化，有助于了解冷却过程的温度变化规律，提高余热利用效率，为富油煤原位热注入开采全过程研究提供理论依据。

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2023年第01期

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CO2近零排放的煤间接液化和IGFC集成系统

作者(Author)：杨占奇, 许明, 张乐乐, 杜念友, 龚思琦, 张继华, 杨霞, 李初福

摘要：在碳中和背景下，煤间接液化面临着巨大的碳减排压力。在先进煤间接液化技术基础上，构建了CO2近零排放的煤间接液化和煤气化燃料电池（IGFC）集成系统，通过高温燃料电池直接利用煤制合成气和费托合成尾气高效发电，替代传统的自备电站给煤间接液化过程供电供热，同时实现尾气CO2富集，降低CO2捕集难度。介绍了国内外IGFC技术研究进展，开展了系统集成关键技术IGFC技术研发与示范，依托煤间接液化装置建成了国内首个兆瓦级IGFC技术试验基地，开发了国内首套100 kW级CO2近零排放的IGFC试验示范系统，实现了连续稳定运转，燃料电池系统发电功率101.7 kW，发电效率53.2%，CO2捕集率98.6%，验证了集成系统可行性。

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洁净煤技术

2023年第01期

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煤直接液化鼓泡床反应器流场流动特性及强化机制

作者(Author)：黄胜, 钱嘉澍, 张园林, 吴诗勇, 陈剑佩, 吴幼青

摘要：针对大型鼓泡床反应器存在返混增强、物料流场分布不匀匀性趋强以及传质效率低等影响反应器安全稳定高效运行的突出问题，开发了一种径向展开的新型阻尼分布器，在冷模试验平台上探索阻尼分布器对气泡聚并及破碎行为的影响规律，考察大型反应器中不同阻尼分布器组合方式的流场流动特性，探究了阻尼分布器组合在工业反应器放大过程中的流场强化效果。结果表明：设置阻尼分布器后，鼓泡床反应器冷模试验装置中湍流涡尺度减小，气泡破碎概率提高，不同气泡群经阻尼分布器后气泡群平均直径从13.48～24.38 mm降至9.40～20.38 mm，表面积增幅为8.5%～71.9%。设置阻尼分布器可提高反应器局部气含率和液速分布均匀性，适当增加阻尼分布器层数有利于扩大流场的轴向影响范围。增大阻尼分布器直径有利于减小各高度平面间局部液速的差值并提高局部气含率径向分布均匀性，不同高度平面中心液速的差值由0.6 mm/s降至0.3 mm/s，同一高度平面局部气含率方差可降至未设置阻尼分布器时的15%。在反应器放大过程中，流体绕流的径向范围扩大，设置阻尼分布器后局部气含率和液速分布均匀性进一步提高，同一高度平面局部气含率方差可降低至未设置分布器时的7%，局部液速差值由1.3～2.7 mm/s降至1.0～1.1 mm/s。设置1/4倍塔径分布器并以安装间隔∶分布器直径=7∶1的方式设置阻尼分布器组合时，流场强化效果较好。

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2023年第01期

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前驱体盐对铁钛催化剂及其脱硝性能的影响

作者(Author)：张嘉晖, 蔡思翔, 邱学武, 姜宏

摘要：利用低价态铁前驱体盐(FeSO4)对高价铁前驱体盐(Fe(NO3)3)进行替换，制备一系列新型铁-钛复合氧化物基脱硝催化剂。在该系列催化剂中，Fe0.5Fe0.5TiOy催化剂展现高稳定性、水硫耐受性及优异的低温活性与催化选择性等优点。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积测试(BET)、程序升温法(H2-TPR、NH3-TPD、O2-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)和原位红外(In situ DRIFTs)等分析手段对催化剂进行表征。结果表明，Fe0.5Fe0.5TiOy催化剂具有较大的比表面积（65.056 7 m2/g），较高的表面可增加还原物种含量、酸性位点数量及表面活性氧浓度。此外，该催化剂表面的NH3-SCR反应过程主要遵循E-R机理。

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2023年第01期

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活性焦脱除烟气污染物研究进展

作者(Author)：温昶, 文邬浩, 王大鹏, 井振启, 刘骞, 徐明涛, 朱光玥

摘要：活性焦是一种高效、低成本的烟气污染物净化吸附剂，具有较好的抗碎强度和可再生性能，可应用于电厂等行业烟气脱除污染物，是干法烟气净化技术的核心材料，符合我国绿色经济、循环经济的发展要求。综述了活性焦应用于烟气污染物脱除的研究进展，对活性焦的制备、活化、改性、表征、工程应用进行介绍，且归纳了污染物（SO2、NOx、Hg0、VOCs）在活性焦上的去除机理，总结了影响活性焦吸附性能的相关因素以及废弃活性焦再生工艺的研究成果。目前，活性焦制备的方式有物理制备和化学制备。物理制备主要通过水蒸气等气体在高温条件下使活性焦具有更佳的孔隙结构，而化学制备主要通过酸、碱、盐等溶液对活性焦进行浸渍处理，优化活性焦的孔隙结构，丰富活性焦表面上的官能团，为活性焦提供更多吸附位点，以提高活性焦脱除烟气污染物能力。而在活性焦吸附污染物的过程中，污染物在活性焦上主要发生物理和化学吸附。一部分污染物直接吸附附着在活性焦表面，一部分污染物受吸附条件和活性焦官能团的影响，在吸附位点上发生化学反应，转化为其他易回收或无害物质。其中，烟气中SO2通常转化为H2SO4，NOx催化转化为N2，Hg0主要转化为HgO或HgSO4，VOCs最终转化为CO2和H2O。活性焦通过这一系列的吸附转化过程实现烟气污染物脱除。为提升活性焦的工程应用潜力，经吸附的活性焦还可通过水洗、加热、微波等方式再生使用。活性焦的再生条件、再生方式也得到广泛研究，提高活性焦的循环吸附性能。随活性焦吸附条件（吸附温度、烟气组分等）等影响因素研究的逐渐深入，活性焦脱除污染物效率有较大提升，其中较好的活性焦吸附性能可达90%以上。此外，随活性焦制备工艺逐渐成熟，活性焦协同吸附污染物的效果较好，在一定程度上得以应用。总结了国内外活性焦在工业实践中的应用，并提出该技术存在的问题和展望，为今后活性焦的研究与应用提供参考。

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洁净煤技术

2023年第01期

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