《煤炭学报》“低碳热转化”专题_中国煤炭行业知识服务平台

《煤炭学报》“低碳热转化”专题

“双碳”目标下我国能源结构正经历深刻转型和升级。可再生能源的发展正在加速推进，装机容量和发电比例显著提升，成为我国未来能源结构的重要支撑。煤电的定位将由主体能源转变为灵活性调峰能源。推进能源绿色低碳转型，不仅顺应全球能源绿色低碳化的趋势，也为实现国家能源安全和可持续发展提供了强大动力支持。

行业视野: 加工
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新型燃煤电厂发电−脱碳−供热一体化的耦合系统

作者(Author)：徐熙然, 汪若凡, 李珏, 陈海军, 吴影

摘要：伴随着能源需求的提高，所伴随而来的环境问题也日益加剧，燃烧产生的CO2便是温室气体的直接来源，其中燃煤电厂是主要碳排放源，且在生产过程中产生大量的余热。燃煤电厂脱碳系统和热电联产系统对热源温度要求相近，针对这一特性，可以在控制燃煤电厂的碳排放量的同时，对其过程中产生的余热进行回收利用，提高系统的供热能力。基于燃煤电厂发电系统、固体胺吸收剂脱碳系统以及一次/二次供热系统，创新性地提出了一种发电−脱碳−供热一体化的耦合系统。引入背压式供热汽轮机和背压式脱碳汽轮机取代低压汽轮机，以背压式供热汽轮机和背压式脱碳汽轮机的排汽分别给供热过程和脱碳过程提供热源，在保证脱碳能力的前提下显著降低了耦合系统的发电能力损失。为再进一步提高耦合系统的热力性能，采用吸收式换热技术高效回收脱碳系统释放的低温余热，提高耦合系统的供热能力。计算结果显示，新型发电−脱碳−供热一体化的耦合系统回收了90%以上脱碳系统释放的低温余热，系统的供热能力由785.06 MW提升至1288.94 MW，供热能力升高65%，节能效果显著。

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微米级蜂窝状软木多孔炭的制备及吸附四环素的性能

作者(Author)：张己召, 王启航, 李承禹, 何丹味, 母军

摘要：以工业废弃软木颗粒为原料，KHC2O4为活化剂，采用一步法慢速热解、活化得到具有蜂窝状结构的分级多孔活性炭KHBC，并将其应用于吸附水体中的盐酸四环素 (TC)。通过拟合孔隙结构参数与四环素吸附量分析活性炭孔隙与吸附性能的关系，通过静态吸附实验探究初始pH、温度、初始质量浓度、离子强度等因素对吸附性能的影响，利用SEM、FT-IR等技术对KHBC吸附前后的物理化学结构进行表征，建立活化工艺−软木活性炭孔隙结构−吸附性能间的相关关系。结果表明，活化温度和KHC2O4添加比例的提高对比表面积和总孔体积有积极影响，并促进2～5 nm介孔的形成。比表面积和总孔体积与吸附TC容量间呈较强的线性关系，R2分别为0.985 2、0.958，2～5 nm介孔容积与TC吸附容量的R2为0.838 8。当活化温度为900 ℃、活化剂添加比例为5∶1时，得到的KHBC5-900比表面积高达2 447 m2/g，2～5 nm的介孔明显增多，对水体中TC的吸附效果最好，其呈现微孔−介孔的孔径结构，在45 ℃时吸附量高达1 113.45 mg/g，25 ℃时吸附量高达961.54 mg/g，5 min即可达吸附总量的85%，1 h可达吸附平衡，是未活化BC-900吸附量 (21.25 mg/g) 的46倍。且吸附能力几乎不受环境pH和离子强度的影响。KHBC5-900对TC的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型，吸附过程是自发和吸热的，吸附机理表明，孔隙填充是主要的吸附机制，同时存在π-π相互作用和氢键相互作用。

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非热等离子体强化Cu催化CO₂加氢制甲醇机理探索

作者(Author)：陈玉民, 董永恒, 史承静, 孙龙坤, 朱丙鑫, 李冰, 刘洋, 周怀春

摘要：CO2耦合绿氢制甲醇可同时实现CO2规模转化利用和绿氢储存，甲醇可作为绿色低碳燃料或工业平台产品大规模应用，对推动碳捕集、利用与封存(CCUS)技术进一步发展具有重要意义。非热等离子体(NTP)能在温和条件下活化CO2进行加氢反应，耦合催化剂后可实现甲醇等特定产物定向调控，但其反应机理亟待明确。基于此，结合介质阻挡放电(DBD)实验与连续脉冲等离子体反应动力学模拟，对NTP强化Cu/γ-Al2O3催化CO2加氢制甲醇反应机理和过程耦合规律进行研究。实验证明，NTP与10% Cu/γ-Al2O3耦合可在80 ℃、0.1 MPa下实现18.74% CO2转化率和36.28% CH3OH选择性。放电参数在线监测和原位发射光谱(OES)测量结果表明，耦合Cu/γ-Al2O3后局部放电增强，使得平均电子能量和密度增加促进CO、H生成并参与表面反应而消耗，导致光谱强度减弱。进一步由敏感性和ROP分析发现，NTP中H、CO等活性物质通过CO2(S)+H→COOH(S)、CO+H(S)→HCO(S)、CO(S)+H→HCO(S)、CH3O(S)+H→CH3OH(S)等E-R反应替代对应高能垒L-H反应促进甲醇高效生成。分析反应路径得出，甲酸盐(HCOO*)路径是Cu/γ-Al2O3表面甲醇生成主要路径，其中反应CH3O(S)+H(S)→CH3OH(S)+Cu(S)是最大限速步，RWGS+CO氢化路径中通过CO2(S)→COOH(S)→CO(S)路线生成CO(S)并快速脱附为降低CH3OH选择性重要因素。不确定性分析表明，虽然提高CO2吸附速率可有效提高其转化率，但当H(S)不足时反而会增加CO选择性，最优CO2和H2吸附速率比为γ(H2)/γ(CO2)=7～8；提高CO(S)吸附稳定性并增强H2电子碰撞解离以促进H生成，可提高CO(S)→HCO(S)、CH3O(S)→CH3OH(S)等速率，协同实现27.4%、51%的CO2转化率和CH3OH选择性。

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