“二氧化碳捕集、利用与封存” 专题_中国煤炭行业知识服务平台

“二氧化碳捕集、利用与封存” 专题

为交流和展示近年来我国在CCUS前沿方向取得的最新成果，探讨未来煤炭行业CCUS技术的发展趋势，《煤炭科学技术》于2022年第6期策划出版“ 二氧化碳捕集、利用与封存研究进展” 专题，集中报道我国在金属有机骨架材料二氧化碳捕集技术、二氧化碳吸附剂造粒成型技术、高温二氧化碳吸附技术、化学链燃烧技术、微藻固碳减排技术、二氧化碳地质封存技术、煤炭制氢替代技术等方面的CCUS技术最新科技成果。

行业视野: 环境保护
类别; 42个
关键词; 51位
专家; 14篇
论文; 3970IP
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煤炭制氢替代技术———质子交换膜水电解制氢技术及其衰减机理

作者(Author)：宋洁, 邓占锋, 徐桂芝, 梁丹曦, 彭笑东, 赵雪莹, 徐超

摘要：氢能作为一种零污染、高热值的二次能源，其高效生产和有效利用一直以来都是一个十分重要的课题。目前主流的制氢方式主要是煤炭的焦化和气化，然而，在煤炭的焦化产氢过程中会产生甲烷、一氧化碳等有毒气体，气化过程则会产生大量的二氧化碳，2种煤制氢方式不仅产生的氢气纯度低而且对环境不友好。因此，寻求一种低碳环保、产氢效率/纯度高的制氢方式至关重要。质子交换膜（PEM）水电解制氢具备宽范围快速动态响应能力，在新能源消纳、高比例新能源电网功率动态平衡方面应用前景广阔。但波动电源制氢过程中启停、过载、快速大幅变载等工况会影响质子交换膜电解槽中的关键材料和传热传质过程，导致耐受性不足及性能衰减加剧，严重制约了PEM制氢的大规模推广。因此，亟需开展PEM电解槽衰减机理和失效机制分析，为研发适于波动工况输入的高性能、长寿命PEM制氢装置提供理论指导。主要从传统的煤炭制氢技术6及其弊端、（PEMWE）的基本原理和优缺点、PEM电解槽性能优化的发展现状、PEM电解槽中催化剂、质子交换膜、双极板的衰减机理及其缓解策略5个方面来进行阐述，指导未来PEMWE系统的性能和耐久性提升。

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2022年第06期

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球形颗粒Li4SiO4吸附CO2反应动力学研究

作者(Author)：袁伟洋, 秦昌雷, 陈结, 陈淑珍, 冉景煜

摘要：Li4SiO4吸附CO2的动力学研究普遍以粉末样品为对象，忽略了流化床反应器对于吸附颗粒尺寸的基本要求，因而大幅削弱了其参考价值。为此，基于挤出滚圆法通过添加PE、C6H12O6、NH4HCO3造孔剂实现了Li4SiO4颗粒成型，分别得到了P颗粒、C颗粒和N颗粒，随后采用热重分析、抗压强度测试和孔结构测试研究了3种吸附颗粒的基础特性；进一步基于吸附性能最优的P颗粒进行了CO2吸附反应过程测试与动力学分析。结果表明：P颗粒的抗压强度最低、吸附性能最优，N颗粒的性能则与P颗粒相反，3种造孔后的颗粒吸附性能均强于未造孔颗粒。孔结构测试发现P颗粒具有最佳的比表面积和孔隙结构、C颗粒其次、N颗粒最差，因此造成了性能方面的差异。晶粒模型及Jander模型对P颗粒CO2吸附动力学的研究发现，反应速率常数随温度升高、CO2浓度升高以及粒径降低而增大，P颗粒吸附CO2过程在〖JP2〗动力学控制阶段的活化能和指前因子〖JP〗分别为41.61 kJ/mol和4.20 m0.133·mol-0.289·s-1，而在扩散控制阶段则分别为114.81 kJ/mol和131.92 s-1。

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2022年第06期

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富马酸铝微球吸附剂制备及其CO2吸附特性

作者(Author)：赵星星, 丁玉栋, 刘骐玮, 朱恂, 王宏, 廖强

摘要：CO2大量排放是造成全球气候变化的主要原因，减少CO2排放成为全球共识。多孔材料具有较高的CO2吸附能力、更高的效率和较低的再生能耗，是一种被认为可以取代当前液氨法捕集CO2的有效方案。因此开发化学稳定，高CO2吸附容量，成本低的吸附剂是多孔材料应用的关键。富马酸铝吸附剂因其高的比表面积，气体吸附能力在气体分离领域具有较大的应用潜力。为了简化富马酸铝的合成步骤，本项研究以富马酸二钠作为连接源，九水合硝酸铝作为金属源，在室温下快速合成富马酸铝MOF（mAlFu）微球吸附剂，并用于CO2吸附。扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）等表征结果显示成功合成了类微球型mAlFu吸附剂。热重分析显示该吸收剂分解温度为400 ℃，具有较高的热稳定性。孔径分析结果表明：mAlFu吸附剂具有发达的孔道结构。研究mAlFu对CO2的吸附性能，结果表明在303 K，100 kPa条件下，mAlFu的CO2吸收量为2.21 mmol/g。通过构建的mAlFu的构象，基于蒙特卡洛法（GCMC）获得mAlFu的吸附量，通过对比实验值与计算值，结果表明选取模拟参数的计算方法可以用于计算mAlFu的气体吸附。同时计算获得烟气条件下的mAlFu吸附剂的CO2选择性，值为14。循环再生性能表明：mAlFu的CO2吸附能力保持稳定，证明mAlFu吸附剂在CO2捕集领域具有较大的应用潜力。

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化学链铁基载氧体磨损特性及机理研究

作者(Author)：亢炜燎, 刘方, 杨丽, 黎彩富, 宋晨

摘要：化学链燃烧技术是目前最有前景的CO2捕集技术之一，载氧体是该技术的关键组成部分。铁基载氧体因其来源广泛、价格便宜和环境友好等优点，被认为最具备有工业化应用的潜力，但其存在寿命短、释氧能力弱的问题，磨损是造成该问题的主要原因之一。采用机械混合法制备了煅烧温度为1 300、1 400和1 500 ℃的Fe-Al复合载氧体，分别开展了冷态、热态以及反应态多组流化床磨损试验，分析了煅烧温度对载氧体的磨损和释氧能力的影响，分别研究了氧化反应和还原反应对其磨损的影响，明确了机械碰撞、温度以及化学反应对载氧体磨损的影响程度。研究结果表明:煅烧温度为1 400 ℃的载氧体展现了抗磨损性和循环稳定性能两者之间最佳平衡，基于反应前后载氧体表面的元素分布、晶相分离和微观形貌演变的分析，发现了化学反应中由还原反应引发的载氧体孔容的增加对其磨损和破碎起重要作用，本工作对开发、设计长寿命的复合载氧体有一定的指导作用。

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铝富马酸金属有机骨架成型颗粒ＣＯ２动态吸附特性

作者(Author)：马丽娇, 丁玉栋, 曾烽棋, 赵星星, 朱恂, 王宏, 廖强

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N2／CO2混合气注入对页岩力学特性影响规律研究

作者(Author)：吴迪, 徐绍桐, 苗丰, 翟文博, 耿岩岩

摘要：工业废气经脱硫注氨处理后，气体主要成分为N2/CO2。基于减少能源消耗，利用页岩储层有效封存CO2的思想，开展N2/CO2混合气注入对页岩力学特性影响规律研究。以四川省龙马溪组黑色露头页岩为试验研究对象，开展恒温恒压条件下，不同浓度配比N2/CO2混合气注入页岩试验，利用单轴压缩试验和巴西劈裂试验，分析N2/CO2混合气中CO2浓度对于页岩力学特性的影响。研究结果表明：页岩试件经N2/CO2二元混合气浸泡后，混合气中随CO2浓度的增加和相变，试件孔隙增长率呈现先增大后减小趋势，孔隙增长率为34.91%～110.6%；页岩试件的强度和泊松比先降低后增大，弹性模量先增大后降低，单轴抗压强度损失率为37.5%～69.1%，抗拉强度损失率为35.3%～85.4%，弹性模量增幅37.5%～54.7%，泊松比损失率为11.8%～20.6%；混合气中CO2浓度和相态变化对页岩损伤强度有较大影响，损伤因子先增大后降低，页岩表现出明显脆性破坏特征，主要破坏模式为劈裂破坏。初步分析表明：页岩在混合气作用下孔隙结构发生改变。当CO2为气态时，页岩吸附CO2，孔隙产生范德华力，使页岩基质膨胀，天然孔裂隙扩展，孔隙增幅加大，强度降低；当CO2为超临界状态时，混合气中SC-CO2（超临界二氧化碳）对页岩有机矿物质溶解能力，随SC-CO2浓度增加而减弱，孔隙增幅降低，强度衰减率降低。混合气中SC-CO2浓度为11.33 mol/L时，溶解有机质能力最强，页岩孔隙度最大，脆性最高，力学性质劣化效果最明显。

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