《洁净煤技术》“化学链技术”虚拟专题_中国煤炭行业知识服务平台

首页 > 专题

《洁净煤技术》“化学链技术”虚拟专题

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》编辑部筛整理了近期刊发的部分“化学链技术”虚拟专题文章，供广大学者借鉴。扫描二维码可获取全文，点击最下方阅读原文可获取所有文章。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 64个
关键词; 88位
专家; 16篇
论文; 9012IP
点击量; 4880次
下载量

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。

免费下载

洁净煤技术

2023年第05期

869

299
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。

免费下载

洁净煤技术

2023年第04期

790

310
铁基载氧体纤维素化学链解聚试验及分子模拟

作者(Author)：郭文倩, 蒙亮亮, 耿畅, 李娜, 吴舸, 张慧, 郭庆杰, 白红存

摘要：为探索纤维素在铁基载氧体作用下的化学链解聚机理及过程。通过热重分析试验研究不同升温速率下纤维素的化学链燃烧特性；通过化学反应动力学计算纤维素化学链燃烧过程中的活化能并揭示其动力学机制；利用ReaxFF MD模拟综合技术从微观原子尺度阐释纤维素化学链燃烧过程微观反应网络。热分析结果表明，铁基载氧体的加入可降低纤维素化学链解聚的起始温度，其释放的晶格氧有助于促进纤维素的化学链解聚。纤维素化学链燃烧过程分为3个阶段：挥发分析出燃烧、半焦转化燃烧和焦炭燃烧阶段。反应动力学研究显示，纤维素在热转化过程中不同转化率下的活化能为220～405 kJ/mol，其中第3个阶段的反应活化能最高。ReaxFF MD模拟结果显示，纤维素化学链燃烧过程整体遵循自由基链反应理论。纤维素裂解产生的活性自由基与载氧体释放的晶格氧反应生成2-羟基丙酮等中间体，然后进一步发生自由基反应生成CO2。最终获得了载氧体作用下纤维素化学链解聚过程中CO2生成释放的复杂反应网络。

免费下载

洁净煤技术

2023年第04期

338

272
化学链燃烧钙基载氧体研究进展

作者(Author)：狄子琛, 巩盼, 杨凤玲, 宋慧平, 程芳琴

摘要：化石能源燃烧产生大量CO2，碳捕集、利用与封存技术是目前唯一能实现化石能源大规模低碳化利用的减排技术。化学链燃烧是一种新的解耦燃烧技术，可在燃烧过程中实现原位碳捕集。载氧体是该过程高效稳定运行的关键。钙基载氧体因其特有的高载氧量、低成本、易获得且对环境友好等优势被认为具有应用潜力。总结了化学链燃烧技术及6类常见载氧体的原理及发展，重点介绍了钙基载氧体存在的瓶颈问题——热力学和动力学适宜温区、分压匹配难，总结了国内外通过控制反应条件、添加剂等手段调控反应过程，强化其反应性和再生性的相关研究，并解析了惰性载体、金属氧化物等添加剂对钙基载氧体性能的强化效应和影响机制。研究表明，惰性载体可有效改善载氧体分散特性，从而提升反应活性，有助于提高机械强度。与惰性载体相比，添加金属氧化物可能更有效。传统的功能强化方法可一定程度改善载氧体性能，但难以从根本上突破其再生性差的瓶颈。未来研究可聚焦2方面：基于人工智能在材料科学中的应用，定向筛选与优化廉价钙基天然矿石/工业固废等材料作为载氧体；重构载氧体的形貌构造和晶体结构，调控氧原子、硫原子的迁移转化行为，降低氧传递对硫原子的携带效应，实现再生性能强化。

免费下载

洁净煤技术

2022年第12期

598

264
煤化学链燃烧脱汞研究进展

作者(Author)：刘壮, 周劲松, 周启昕, 周灵涛, 陆洋, 李博昊

摘要：煤化学链燃烧技术可有效实现CO2的捕集封存，对我国实现双碳目标具有重要意义。煤化学燃烧过程中产生的汞污染因其对人体的剧毒性以及对铝制CO2压缩设备的腐蚀性而亟需有效解决。为了推动煤化学链燃烧汞污染的有效治理，总结了气化介质、气化产物、载氧体和反应温度对煤化学链燃烧过程中汞释放、转化及迁移的影响及机理，并针对存在的问题提出发展建议。CO2不能直接将Hg0均相氧化，但会抑制HCl对载氧体脱汞的促进作用。H2O(g)不仅会通过促进煤中挥发分的析出、抑制孔结构的熔融以及提高煤燃烧效率来增强Hg的释放，还会与Hg反应生成Hg(OH)2继而分解成HgO和Hg0，并抑制HCl向Cl的转化而抑制Hg0向Hg2+的氧化。CO、H2和NH3等强还原性气化产物会通过消耗载氧体表面氧而抑制Hg0的氧化。H2S会与载氧体表面活性氧反应生成表面活性硫而促进载氧体对Hg0的脱除，但H2S浓度过高则会在载氧体表面生成对Hg0氧化并不活跃的环状硫或链状硫而抑制H2S的促进作用。HCl会增强载氧体的脱汞效果，其在低温段（80～280 ℃）的促进作用归因于HCl预吸附的Eley-Rideal机理，在中温段（280～580 ℃）的促进作用归因于Langmuir-Hinshelwood机理，在高温段（＞580 ℃）的促进作用主要归因于HCl对Hg0的均相氧化。载氧体对Hg0氧化的促进作用主要归因于载氧体表面活性氧对Hg0的直接氧化、载氧体将H2S氧化成活性S以及将HCl氧化成活性Cl和Cl2。燃料反应器温度升高会增强煤中Hg的释放，但也可通过促进Cl的生成和抑制CO的生成促进Hg0氧化。空气反应器温度升高，不仅有利于空气反应器中Hg0的氧化，还会通过增强煤的充分燃烧以及减弱焦炭对Hg的吸附作用而抑制Hg0从空气反应器出口逸出。鉴于H2O(g)含量对气化速率、Hg释放及Hg0氧化的影响，提出确定合适的H2O(g)含量以实现增强气化速率、减少Hg释放以及促进Hg0氧化协同效应。鉴于载氧体在实现氧高效传递和增强燃料反应器内Hg0氧化的协同效应，提出确定合适的载氧体以实现载氧体在氧传递和Hg0氧化的一体两用。鉴于燃料反应器温度对煤中Hg释放和Hg0氧化的影响，提出确定合适的燃料反应器温度以尽可能减少煤中Hg在燃料反应器内的释放以及增强Hg0的氧化，从而利于CO2富集提纯。鉴于空气反应器温度对Hg0氧化的影响，提出确定合适的燃料反应器温度以尽可能增强空气反应器中Hg0的氧化，从而减少Hg从空气反应器出口逸出。

免费下载

洁净煤技术

2022年第08期

491

274
NiFeAlO4载氧体制备及煤化学链燃烧反应特性

作者(Author)：王九占, 魏泽华, 荆洁颖, 李文英

摘要：采用共沉淀法和溶胶凝胶法制备了具有尖晶石结构的NiFeAlO4载氧体，考察了制备方法、载氧体与煤质量比对NiFeAlO4载氧体化学链燃烧特性和循环稳定性的影响，并分析了载氧体对煤转化过程的作用。结果表明，溶胶凝胶法制备的NiFeAlO4载氧体具有更好的反应性，当载氧体与煤质量比为20:1时，碳转化率为86.7%，远高于煤单独热解时的碳转化率（34%），此时CO2浓度为93.6%。对反应前后NiFeAlO4载氧体晶相结构和形貌的分析表明，循环过程中经过“还原-氧化”后生成的NiO和载氧体颗粒团聚是导致载氧体活性下降的主要原因。相较于载热作用，NiFeAlO4载氧体在煤化学链燃烧中主要起供氧作用，它不仅会促进挥发分向煤气的转化，而且NiFeAlO4载氧体与焦炭之间也存在固固反应，利于更多CO2气体的生成。

免费下载

洁净煤技术

2021年第02期

541

311
化学链合成氨技术研究进展及展望

作者(Author)：吴烨, 冯鸣谦, 方婧, 刘冬, 张睿, 应遥瑶, 徐磊

摘要：氨气不仅是重要的化工原料和良好的氢载体，它可以作为无碳燃料的属性也引起了越来越多科研工作者的关注。低能耗高效率的合成氨工艺是实现氨能够作为燃料应用的关键。笔者阐述了合成氨工艺的发展历程，概述了以Haber-Bosch 工艺为基础的多相催化和光、电等外场力驱动的合成氨工艺的新发展，重点介绍了化学链合成氨的最新研究成果，并对其研究方向进行展望。传统Haber-Bosch 工艺苛刻的反应条件以及热力学和动力学之间的矛盾，促使科研工作者一直努力探索可持续的环境友好型合成氨技术。随着催化科学和表面科学的进步，人们对合成氨的反应机理和催化剂的物化性质有了更深入的认识，这为开发“绿色”合成氨工艺提供了有价值的参考信息，如要提高过渡金属催化合成氨性能，须尽量规避表面物种吸附能间的线性关系。另外，以可再生能源为能量来源的光、电催化合成氨，借助外场作用可以有效地影响反应速率和机理。化学链技术的发展为合成氨工艺提供了新思路，将合成氨过程解耦为吸氮和释氮产氨两个或多个分步反应，可较好地缓解合成氨热力学和动力学矛盾，规避反应物竞争吸附。同时，各分步反应可分别优化，使整个化学链合成氨工艺达到最佳反应效果。未来采用太阳能聚热供能以及以生物质炭为碳源，并对化学链合成氨工艺进行经济性分析反馈指导工艺流程的优化，可降低碳基化学链制氨工艺的成本和能耗。

免费下载

洁净煤技术

2021年第02期

1322

1036
应用不同机器学习算法预测化学链中氧载体性能

作者(Author)：阎永亮, 查健锐, 段伦博, Peter T. Clough

摘要：低成本和高性能的氧载体材料筛选是化学链技术未来商业应用的关键。超过1000 种材料被作为氧载体在化学链条件下进行测试。其中，矿石和工业副产品作为氧载体最近引起了极大的兴趣，因为它们成本低、供应方便，特别是与固体燃料具有充分的反应性。然而，这些材料具有高度可变的成分，这强烈地影响了它们在化学链中的性能。采用实验方法逐个测试成本巨大。本文运用新兴的机器学习算法，以天然锰矿为对象，将已有的实验数据作为训练集，去预测含锰矿物在化学链反应中的性能，并对比支持向量机和人工神经网络两种算法在预测过程中的表现。其结果显示这两种算法对训练集内的数据均有较好准确性，但在对新输入值预测的准确性、鲁棒性方面存在差异。支持向量机可以避免神经网络在小样本训练集下，存在的过度拟合现象。另外，灵敏度分析表明氧载体锰含量变化对反应特性的影响较大，而比表面积的影响较小。本文的工作可为氧载体材料的选择、设计和优化提供参考。

免费下载

洁净煤技术

2021年第02期

827

545