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《洁净煤技术》“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; 104个
关键词; 113位
专家; 21篇
论文; 18086IP
点击量; 8789次
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COx高选择性加氢制低碳烯烃研究进展

作者(Author)：杨庆伟, 孙哲毅, 邵斌, 胡军

摘要：C2—C4烯烃()是国民经济发展的重要化工原料,我国需求量逐年攀升,而C=2—C=4C=2—C=4其生产工艺主要依赖石脑油裂解。将煤炭、天然气、生物质等非石油基碳资源先转化为合成气(CO/H2)再转化为,对维护我国能源安全至关重要。同时,将工业烟气中的CO2作为碳资源C=2—C=4转化为,对实现人工碳循环、解决温室气体带来的全球气候问题具有重要战略意义。相比于传C=2—C=4统费托合成技术,通过金属氧化物–分子筛(Oxide−Zeolite,OX−ZEO)路线将COx(包括CO和CO2)直接高选择性转化为被认为是一个突破性的发展,但目前仍然存在COx转化效率与C=2—C=4产率的制衡关系。笔者概述了近年来OX−ZEO催化在COx加氢制低碳烯烃中的研究进展,重C=2—C=4点讨论了影响催化性能的关键因素如金属氧化物的种类和元素组成以及分子筛酸性与拓扑结构等,详细解析了氧空位作用和抑制副反应策略对COx加氢反应调控机制,同时总结了OX−ZEO的催化反应机理,对OX−ZEO双功能催化路径在COx加氢转化制低碳烯烃应用中目前存在的挑战和未来的发展进行了展望。

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2024年第11期

220

89
二氧化碳捕集-加氢转化一体化技术研究进展与展望

作者(Author)：赵传文, 黄浦, 郭亚飞

摘要：开发与应用CO2捕集-加氢转化一体化技术是应对当前全球气候变化危机、实现“双碳”目标的重要途径之一。其中具有吸附和催化组分的双功能材料研发与优化是技术核心。系统总结了国内外主要科研机构对应用于CO2捕集原位甲烷化和原位逆水煤气变换这2类主要CO2捕集-加氢转化一体化技术双功能材料的主要工作,包括合成方法、吸附性能、反应动力学、促进机理、失活机理和应用模式等方面,并详细介绍了国内外主要科研机构在CO2捕集-加氢转化一体化方面取得的最新进展。DFM是兼具催化和吸附组分的复合材料,在催化组分选择上,贵金属催化剂虽然活性高,但成本昂贵,Ni基催化剂成本较低,但还原性较差、在含氧气氛下易失活;在吸附组分选择上,金属氧化物(如CaO、MgO)和碱金属碳酸盐(如Na2CO3、K2CO3)是具有潜力的吸附组分,特别是MgO和CaO因其理论吸附量高而被视为最有前景的吸附组分,尽管面临实际吸附量不理想和循环稳定性差的挑战。目前研究主要通过碱金属熔盐掺杂提升MgO实际吸附量,通过掺杂金属助剂(如La、Co、Fe等)提高CaO吸附剂的循环性能和抗烧结能力。动力学研究表明反应速率高度依赖于H2分压,通过调节吸附和催化的时间可提高CH4平均产量。ICCU技术展现出广阔的应用前景,尤其是在钢铁、能源、化工等关键领域。然而,全面评估技术的环境影响,特别是从生命周期评估(LCA)角度,对于全面理解ICCU技术的环境可持续性及其在碳减排中的贡献至关重要。未来,通过持续研究和技术创新,解决现有挑战,ICCU技术有望在工业化应用中取得显著成果,为全球碳减排做出重要贡献。

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2024年第04期

1052

251
生物质热解焦油CO2重整技术研究进展

作者(Author)：马晓茜, 廖艳芬, 陈新飞

摘要：高温热解制气技术是生物质资源化利用领域重要研究方向,但热解焦油堵塞、腐蚀、利用难的问题限制了高温热解制气技术的应用。热解焦油CO2催化重整技术可实现焦油与CO2向H2和CO的协同转化,在降低热解气焦油与CO2含量的同时提高系统的能量回收效率。在热解焦油CO2催化重整过程中,贵金属催化剂在热解焦油催化重整中具有较高的催化反应活性,但其昂贵的成本限制了贵金属催化剂的大规模工业应用。在过渡金属催化剂中,镍基催化剂的催化活性高且成本较低,但镍金属颗粒在高温下烧结、团聚、积碳等问题会使反应活性降低,限制了镍基催化剂的长期运行。由于热力学限制,镍基催化剂的活性组分易在高温下团聚和烧结。针对镍基催化剂的烧结失活问题,通过掺杂改性少量贵金属提高催化剂的塔曼温度可以改善镍基催化剂的抗烧结性能。另一方面,在镍活性颗粒表面构筑核壳结构,提高镍金属颗粒在壳层中的分散性,可有效限制活性金属之间的迁移团聚与烧结失活。在焦油CO2催化重整过程中,高温会促进焦油裂解与CO歧化反应等副反应在催化剂表面形成碳沉积。围绕镍基催化剂的积碳失活问题,金属掺杂改性、核壳结构修饰与空气气氛引入可以限制丝状积碳沉积,减缓催化剂积碳失活的问题。

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2023年第12期

881

278
热化学硫碘循环水分解制氢研究进展

作者(Author)：王智化, 曾俊杰, 何勇, 李明阳, 王晓丁

摘要：随着化石能源日益短缺和环境污染日益严重,寻求高效、清洁、可再生能源迫在眉睫。氢能作为现代能源体系新密码,因清洁、可再生、可存储、用途广泛等优点,近年来受到广泛关注。目前制氢方式众多,但大规模、高效、低成本、绿色的制氢方式才是未来氢能经济的基础。其中,热化学硫碘循环(也称碘硫循环)水分解制氢因具备上述优点被认为是最具发展潜力的制氢方法之一。从Bunsen反应、H2SO4分解和HI分解3方面综述了热化学硫碘循环水分解制氢的基础研究情况,对目前各国已建立的硫碘循环系统进行总结,着重介绍了核能耦合硫碘循环制氢流程的最新进展。从经济、环保和安全方面对目前核能耦合硫碘制氢进行分析讨论,以期为未来研究和发展提供新思路。针对Bunsen反应部分,寻找一种高效分离反应物的新方法至关重要;而对H2SO4分解和HI分解部分,现阶段主要研究仍集中在开发稳定、高效、低成本的催化剂。经过几十年研究,热化学硫碘循环水分解制氢技术已取得长足发展。在实际产氢中,苛刻的高温高腐蚀环境、复杂的耦合流程是限制其规模化、工业化的主要原因,开发由工业结构材料制成的耐腐蚀和耐热系统,继续对耦合流程进行优化和模拟是未来热化学硫碘循环水分解制氢技术的发展方向。

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2023年第11期

828

386
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

1257

462
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

656

357
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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2023年第08期

646

314
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

726

373