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《洁净煤技术》2024年度优秀论文

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》2024年度优秀论文评选活动于2024年12月13日开通投票通道，2024年12月29日截止。根据投票结果，评选出以下获奖论文。恭喜获奖论文作者及团队！编辑部将联系获奖作者发放优秀论文证书及奖励。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 98个
关键词; 126位
专家; 21篇
论文; 16409IP
点击量; 7955次
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固体氧化物电解池材料发展现状与展望

作者(Author)：王傲雪, 郭琳, 郑金玉, 米万良, 张盼盼, 杨志宾

摘要：氢气具有能量密度高、清洁无污染的优点，被认为是符合低碳发展的战略能源。利用风、光、水等可再生电能转换成化学能的方式进行电解制氢已成为主要的绿色制氢方式。目前电解水技术主要包括碱水电解技术(AWE)、质子交换膜电解水技术(PEM)和固体氧化物电解水技术(SOEC)等，其中SOEC效率高、无需使用贵金属催化剂，是高效大规模制氢的首选。SOEC在高温下运行，要求所用材料在高温下具有高导电性和稳定性等特点，同时不同部件所用材料应与热膨胀系数匹配、具有良好相容性，因此从材料方面总结了SOEC阴极、阳极、电解质3种关键部件的材料研究现状。目前阴极材料主要为金属陶瓷和钙钛矿型陶瓷2类材料，阴极高温高湿环境易导致金属陶瓷类材料失活，在长期运行中存在金属的氧化、损失、团聚等问题，因此讨论了制备复合电极、增加阻挡层、制备精细多孔结构等提高金属陶瓷材料稳定性的方法，简述了钙钛矿型陶瓷类材料存在的低催化活性等问题，并介绍了如掺杂过渡、金属原位溶出、负载活性金属纳米粒子等方法以提高材料性能；阳极材料主要为钙钛矿类材料，主要阐述了阳极运行中性能下降的因素，如长期运行过程中分层、裂纹等问题导致阳极材料长期稳定性较差，并讨论了增加阻挡层、循环操作、制备具有高电导率和催化活性的钙钛矿材料等方法，提高阳极稳定性；电解质材料主要由萤石型或钙钛矿类材料组成，重点介绍了制备高电导率材料、薄膜化工艺2种方案降低其阻抗。并对SOEC商业化现状进行介绍，SOEC目前还处于起步阶段，但随研究不断深入，其性能逐步提升，美国、欧盟等发达国家均在积极布局SOEC的商业化应用。最后结合材料发展现状对SOEC的商业化应用前景进行了讨论与展望。

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洁净煤技术

2023年第03期

691

356
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

1031

418
准东煤燃烧过程中钠迁移转化机制研究进展

作者(Author)：马瑞, 魏博, 范卫东, 姚强, 谭厚章, 姚洪, 朱权, 乌晓江, 孔成栋, 马小晶

摘要：近年来,中国西部准噶尔盆地发现的大量低阶准东煤田引起广泛关注。准东煤田是中国目前发现的最大整装煤田,已探明储量3900多亿t,足够供应中国近100a的煤炭消耗。准东煤具有低灰、低硫、反应活性好、储量大、易开采等特点,是未来煤化工、火力发电的优质燃料。然而准东煤中含有大量碱金属钠,钠在燃烧过程中极易挥发,致使锅炉受热面极易发生沾污、结渣等问题,特别是氯化钠和硫酸钠的迁移会引起一系列灰相关的问题,严重制约了准东煤的大规模、高效清洁利用。综述了准东煤的分布及煤质特征,以及钠的赋存形态及测量方法,详细探讨了钠的内部、外部转化机理,以及煤中无机元素如硅铝酸盐、氯、钙、钾等对钠转化的影响,总结了反应条件如温度、压力、反应气氛、颗粒尺度、添加剂对钠迁移特性的影响。尽管已进行了试验、热平衡计算、模拟等多项研究,但准东煤碱金属释放及迁移引起的灰相关问题仍未从根本上得到解决,对其原因的了解还不够全面,重点回顾研究进展,揭示其形成原因。

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2023年第10期

882

329
煤气化渣高值化利用的研究进展及应用展望

作者(Author)：冯向港, 王海燕, 葛奋飞, 张印民, 张永锋

摘要：我国能源资源禀赋和煤气化产业的发展使煤气化渣排放量已达6000万t/a。大量的煤气化渣堆存不符合能源清洁低碳高效利用的理念。对煤气化渣进行消纳处理过程中,由于含水量高、含碳量高,限制了规模化利用途径,因此需转换传统思路,向高值化方向进行性能开发是一种趋势。重点综述了煤气化渣在高值化方面的研究进展,概述了煤气化渣的来源及物理化学性质,总结了国内外煤气化渣在催化剂框架、聚合物补强、多孔材料、农业堆肥等高值化方面的研究现状,提出了高值化利用存在的局限性问题,展望了未来的发展方向。煤气化渣高值化利用是固废性能开发的主要形式,可降低生产成本,减少环境污染,并且煤气化渣的特性显示煤气化渣是错位的资源,适度开发其在高值化方面的应用,可实现煤气化渣变废为宝。

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2023年第11期

752

253
二氧化碳催化加氢制甲醇研究进展

作者(Author)：郭嘉懿, 何育荣, 马晶晶, 胡晨烨, 何生忠, 周子苗, 杨辉, 胡修德, 郭庆杰

摘要：近年来，许多工业领域频繁使用化石燃料，导致温室气体（GHG）大量排放，大气中二氧化碳含量急剧增多。化石燃料的枯竭，全球变暖、气候变化以及燃料价格的急剧波动，使新型环保燃料成为研究热点。将二氧化碳转化为高附加值产品的过程被认为是应对气候变化和能源高速消耗的有效措施。甲醇是一种重要的化工原料和能源，在行业内的需求与日俱增。为顺应国家双碳目标和绿色环保战略规划，CO2热催化加氢制甲醇工艺得到广泛研究。使用二氧化碳生产甲醇工业生产过程中，二氧化碳的来源很多，可从炼油厂、炼煤厂、制锰厂等排放的烟气中分离。氢气可从绿色能源发电电解水得到，如太阳能、水力或风能发电。利用可再生能源进行CO2催化加氢制甲醇，不仅可在很大程度减少二氧化碳排放，碳资源也可实现循环再生利用，能有效缓解我国当前能源及化工原材料缺口。通过介绍甲醇性质以及近年来国内外甲醇生产技术发展历史，从催化剂和工艺方面综述了甲醇制备方法以及尚需解决的关键问题，目前二氧化碳制甲醇催化剂虽然有了一定研究进展，但其性能距实现工业化还有一定难度，CO2催化加氢制甲醇整体所需工业成本较高，其中制氢成本是影响过程经济性的关键因素。将可再生能源光、风、水等转化为电能，再用电解水制绿氢是理想的研究方向，不但不会大量排放二氧化碳，还会消耗二氧化碳，符合国家双碳和绿色环保战略规划。

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2023年第04期

938

669
大宗风电退役风机叶片资源化回收利用技术研究进展

作者(Author)：马文静, 张宇彤, 杨春振, 胡中发, 王中权, 孙锦余, 谭厚章, 王学斌

摘要：2020年我国提出“碳中和”目标后,我国风力发电呈爆发式增长,风机叶片的需求越来越大,同时大规模风电机组逐渐开始退役,预计到2040年我国累计退役风机叶片达到288万t。由于风机叶片所用材料较复杂,对其进行资源化回收利用仍是一项挑战。为此介绍了风机叶片的制造特点及其废弃物来源、处理必要性等,并从环境影响和产物价值等方面详细阐述现有处理技术。结果表明:目前对风机叶片的处理方式主要有机械处理、填埋处理、化学溶解处理、焚烧处理和热解处理等,其中焚烧处理包括焚烧发电及水泥窑协同处置;根据退役风机叶片特点及处理方法的优缺点,结合当前我国实际情况,建议优先发展水泥窑协同处置法,风机叶片中的可燃成分燃烧为水泥烧结提供能量,而玻璃纤维等固体残渣则作为熟料水泥原材料,该方法可将退役风机叶片最大化资源化利用,但应合理控制掺混比例;此外可适当发展热解处理法,可彻底处理退役风机叶片,具有减容、减量、资源化等优点,但处理成本较高,热解产物难以再利用,因此,提高风机叶片热解处理的经济效益关键在于充分发挥热解产物的价值,降低处理成本。

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2023年第10期

1345

491
煤燃烧非常规污染物排放控制

作者(Author)：张军营, 崔向峥, 王志康, 王建豪, 肖日宏, 熊卓, 赵永椿

摘要：随着工业的发展,环保和健康问题被日益重视。燃煤电厂是大气污染物的主要人为排放源之一,目前,我国针对粉尘、SO2、NOx等常规污染物的控制已达到国际领先水平。同时,针对燃煤过程产生的非常规污染物(PM2.5、重金属、汞、SO3、VOCs等)的排放控制成为当下研究的热点和难点。基于燃煤电厂非常规污染物的生成与排放特征,分析了当前尾部烟气净化装置和各种非常规污染物控制技术的优缺点及面临的挑战。针对5种典型的燃煤非常规污染物排放控制现状进行论述。首先,从多种团聚技术角度分析了煤燃烧PM2.5排放控制现状;第二,从燃烧前、燃烧中和燃烧后3个角度分析了重金属排放控制现状,并阐述了异相凝并技术治理燃煤重金属污染的优势;第三,从碳基和非碳基吸附剂角度分析了汞排放控制现状,并强调了磁珠脱汞技术治理燃煤汞排放的示范效果;第四,从碱基吸附剂、化学团聚和非碱基吸附剂等角度分析了SO3排放控制现状,并突出了非碱基吸附剂高温磺化脱除SO3的创新性;第五,从尾部烟气净化装置和活性炭喷射技术角度分析了VOCs排放控制现状。此外,针对我国非常规污染物控制现状,提出适宜的污染物协同脱除方法,为今后燃煤电厂多污染物协同脱除技术的应用提供参考。

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洁净煤技术

2023年第10期

761

289
基于DFT泛函方法的煤炭热化学利用机理研究进展

作者(Author)：唐瑜慕, 黄睿, 虞育杰, 李剑烽, 姚贤锐, 何禹

摘要：煤炭在我国现阶段一次能源消费中占据主导地位，煤炭清洁高效转化是构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系的重要组成部分。通过量子化学可获取试验方法难以测定的过渡态电子结构及几何构型等关键信息，从微观层面揭示煤炭热化学转化中有机分子释放、迁移及转化过程，为煤炭的清洁利用提供理论指导。概述了煤的结构与反应性研究中常用的量子化学计算方法的特点和作用，总结了基于密度泛函理论方法在煤燃烧污染物脱除、煤气化、煤热解及煤液化等热化学转化机理研究中的应用。重点探讨了煤燃烧中NOx及重金属污染物的脱除机理、煤焦气化反应的促进机制、煤热解中含氧官能团脱除机理及煤液化中的氢传递机理。目前基于密度泛函理论方法的研究能够有效揭示某种煤、某一方面的性质与其反应中所表现出的特征，但尚缺乏对煤分子结构系统全面的认知，随相关理论认识的进一步完善，将进一步发挥微观机理研究优势，为煤炭清洁转化利用技术的研究及应用提供借鉴。

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洁净煤技术

2023年第02期

494

209