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主办单位：煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
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《洁净煤技术》“煤与新能源”虚拟专题（一）

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“煤与新能源”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

新能源

类别

145个

关键词

180位

专家

32篇

论文

17423IP

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7377次

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  • 水泥生料共热耦合原位加氢制合成气

    作者(Author)： 张卫涛, 于少康, 徐明, 董猛, 郭大冰, 杨宇森, 邵明飞, 段雪

    摘要：水泥工业是世界第三大能源消耗行业和第二大CO2排放行业,占全球CO2排放的7%。水泥生料(CaCO3、Fe2O3、Al2O3和SiO2的混合物)通过高温(>900℃)煅烧得到水泥熟料,此过程能耗高且释放大量CO2。基于双碳背景,通过球磨法制备水泥生料,采用碳酸盐共热耦合原位加氢还原的创新策略,实现在700℃下水泥生料原位加氢生成CO,其选择性可达94.8%,CO生成速率达0.76mmol/min,显著降低了碳酸盐的热解温度并抑制了CO2排放,同时获得了均匀多孔的CaO颗粒。采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面及孔径分析(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(InsituDRIFTS)等表征手段,重点探究了反应温度和水泥不同组分(Fe、Si和Al)等因素对碳酸盐加氢性能的影响。结果表明,Fe元素有助于提升CO产物选择性且生成少量甲烷,Si和Al元素的加入降低了碳酸盐加氢反应速率。InsituDRIFTS表明水泥生料加氢生成CO可能遵循甲酸盐中间物种机制。本研究通过水泥生料共热耦合原位加氢制备合成气,实现水泥工业源头降耗与减排增效,为低碳水泥熟料的制备技术提供了新策略与理论依据。
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    洁净煤技术
    2024年第04期
    509
    193
  • 双碳时代下多源生物质热化学转化资源化利用研究进展

    作者(Author)： 陆强, 谢文銮, 胡斌, 刘吉, 张镇西, 李凯

    摘要：生物质是唯一的可再生碳资源,具有来源广泛、储量丰富等显著优势,利用先进的生物质热化学转化技术,可获得多种高值燃料、化学品和碳基材料,进而实现对化石资源的部分替代,在新能源领域具有重要的战略地位和发展前景。尽管生物质能源化利用技术已取得长足发展,但伴随社会与科技飞速进步,生物质的范畴已不再局限于传统农林废弃物,而是涵盖了农林源、工业源和生活源等多种来源的有机废弃物。复杂组成结构和差异化热分解特性为生物质的高选择性和大规模转化带来严重阻碍,如何实现其高值资源化利用仍面临诸多挑战。论述了生物质热化学转化技术发展现状,从多源生物质组成与热分解特性出发,针对热转化产物品质低和选择性差等问题,对比分析了当前选择性热解制备高值产物、热解重整制氢、新型气化等多种前沿资源化利用技术的最新研究成果与发展趋势。然而,要推动双碳时代下多源生物质热化学转化技术的进一步发展,仍需重点关注以下方面。首先,规模化利用是未来发展的必然趋势,开发高效的催化工艺与反应装备至关重要。通过突破催化剂效率瓶颈与循环再生技术,降低催化运行成本,同时研发新型热转化反应设备,优化传热与抗结焦性能,实现目标产物的定向富集,配合高效的原料收储运策略,从全流程提升生物质热化学转化工业化生产经济性。其次,全组分转化是实现生物质高值利用的关键。通过深入研究生物质不同特征组分分解机理和协同转化机制,开发耦合多重预处理、定向热转化和精准分离冷凝等技术,将生物质原料
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    洁净煤技术
    2024年第03期
    917
    280
  • 微藻粗生物油催化加氢提质：外加氢源影响

    作者(Author)： 王智聪, 谢龙飞, 段培高

    摘要：催化加氢是微藻粗生物油改性提质的有效途径,其中氢源是关键。探究了5种常规金属(铁、铝、锡、锌、镁)在超临界水条件下的产氢量,相同质量下铝的产氢量最大。在400℃、2h条件下,以Ru/C为催化剂,以四氢萘为供氢介质对比了4种不同氢源(即微藻水热液化水溶物水热气化氢-M-HTL-H2、小球藻水热气化氢-M-SCW-H2、单质金属铝与水高温反应氢-Al-H2及实验室氢-L-H2)对微藻水热液化所得粗生物油的加氢提质效果。结果表明,无论何种氢源,提质产物中提质油产率最高,其中L-H2所得提质油产率最高(87.6%),而M-SCW-H2所得提质油产率最低(70.4%)。4种氢源对粗生物油具有不同的加氢提质效果,其中Al-H2对生物油的脱氧效果最好(93.03%),同时提质油热值最高(43.05MJ/kg);M-SCW-H2的脱氮效果最好(86.11%);4种氢源对生物油的脱硫效果均达到90%以上。氢源对提质油成分组成影响较大,L-H2所得提质油中芳香烃和不饱和烃含量最高;M-HTL-H2所得提质油中饱和烃含量最高,同时芳香烃含量最低。研究表明,采用不同外加氢源进行粗生物油加氢提质可获得不同生物油质提效果,如将不同氢源配伍有望获得更佳的生物质提质效果。
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    洁净煤技术
    2024年第03期
    402
    143
  • 低阶煤和生物质水热碳化特性及水热炭功能化改性研究进展

    作者(Author)： 宋瑞珍, 杨晓阳, 张鹏, 王宝凤

    摘要：低阶煤中大量含氧官能团赋予其强亲水性,导致孔隙表面吸收大量水分,从而增加运输成本,能源转化效率降低,因此低阶煤的清洁低碳高效转化备受关注。水热碳化反应能耗较低,可直接处理高含水率有机固体物质,是一种绿色低碳高效经济的低阶煤提质技术;而生物质作为可代替化石燃料的可再生能源,水热碳化也可大幅提高其利用率。低阶煤与生物质共水热碳化时,二者会产生一定的协同效应,相较于单一水热碳化具有更高的产率和碳保留率。对水热炭进行功能化改性,可以进一步丰富其孔隙结构,增加材料表面的官能团,进而制备出性能优异的功能性炭材料,用于CO2和SO2等气体吸附。综述了低阶煤和生物质单独水热碳化及共水热碳化特性,分析生物质水热碳化主要影响因素;同时对水热炭活化改性和掺杂改性方法进行了总结,比较了氮、硫掺杂及硫氮共掺杂方式、掺杂机制及改性水热炭应用范围。此外,还对改性水热炭对CO2和SO2吸附性能等进行了综述,探讨了多孔炭表面吸附CO2和SO2的机理;最后对低阶煤和生物质共水热碳化以及水热炭低成本制备气体吸附剂等未来发展方向进行了展望。
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    洁净煤技术
    2024年第03期
    590
    227
  • 生物质焦反应活性及其与拉曼光谱表征关联性研究进展

    作者(Author)： 包钲言, 卢志民, 陈金铮, 蔡坚锋, 姚顺春

    摘要：生物质能作为目前使用量最大的可再生能源形式,具有储量巨大、零碳排放、可再生及供应稳定等优点。生物质焦作为生物质能利用的重要形式,其反应活性因原料种类不同表现出巨大差异,严重阻碍了生物质能的进一步研究和利用。生物质焦的反应活性主要受无机元素、织构特性及碳结构的影响。拉曼光谱作为近年来发展迅猛的碳结构表征技术,已广泛应用于生物质焦的物理、化学结构特性研究。从生物质焦拉曼光谱的特征峰位置、特征峰宽、特征峰强度比和特征峰面积等光谱参数出发,综述国内外生物质焦的碳结构,并解析了生物质焦在热化学转化中碳结构的演化规律。拉曼光谱能有效表征生物质焦的碳骨架结构,高度有序的芳香或石墨化结构会降低生物质焦的反应性。目前对生物质焦反应活性与拉曼光谱参数表征的碳骨架结构之间的相关性研究仍较少,且多聚焦在单一种类生物质,其结论普适性仍需验证。也有少量关于多种生物质原料的焦反应活性和拉曼光谱表征研究,但未给出定量的结论。介绍笔者在多种生物质原料的焦反应活性与焦的拉曼光谱指标的关联性方面的研究进展,以期为生物质燃料的反应活性后续研究提供参考。展望未来,生物质焦的拉曼光谱研究发展潜力很大,目前主要研究仍基于一阶拉曼光谱区域分析,二阶拉曼光谱未受到重视;一些前沿的拉曼光谱技术,如表面增强拉曼光谱、针尖增强拉曼光谱、相干反斯托克斯拉曼散射等,也尚未引入生物质焦的碳结构表征和反应活性研究中,未来应重点考虑。
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    洁净煤技术
    2024年第03期
    519
    507
  • 生物质碳基电解水催化剂定向构筑研究进展

    作者(Author)： 刘法明, 李国宁, 马为洋, 郭敏, 李诗杰, 肖强强, 陆万鹏, 李辉

    摘要：生物质碳具有廉价易得、环境友好以及物化结构可调控的优点,是负载过渡金属的良好基底,在电解水方面应用前景广阔。碳基底的比表面积、孔隙分布等物化结构直接影响了催化活性位点的利用以及电解液离子扩散,是发挥过渡金属电解水催化潜力、决定催化剂性能的关键。介绍了不同生物质的热解机理,对高温热解法、水热碳化法以及微波热解法等生物质碳常见制备方法进行了归纳,并比较不同制备方法优缺点。总结了物理法、化学法及模板法等生物质碳物化结构定向调控策略,探讨了不同调控策略对生物质碳比表面积、孔容、平均孔径等物理化学性质的影响。归纳了杂原子掺杂及金属活性组分负载等常见生物质碳基电解水催化剂构筑策略,并对其在析氧反应、析氢反应、双功能催化及杂化电解水等方面的研究现状进行总结,详细阐述了其在电解水方面取得的进展。最后对生物质碳基电解水催化剂在微介孔比例调控、导电性提升、亲水性提升以及催化剂成型处理等方面面临的挑战进行了展望。
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    洁净煤技术
    2024年第03期
    461
    185
  • 兰炭与生物质混合燃烧对NOx、SO2排放及燃烧特性的影响

    作者(Author)： 王学文, 陈隆, 张朝, 张鑫, 刘鹏中, 杨石

    摘要：生物质与兰炭掺混燃烧被认为是解决大量碳排放、NOx和SO2等空气污染相关问题的潜在途径。分别通过热重试验和滴管炉试验研究纯兰炭、兰炭与生物质混合物空气分级燃烧特性,分析掺混比对混合燃料着火温度、燃尽温度、结渣特性、沾污特性及燃烧特性指数的影响,确定适宜空气分级燃烧比例、最佳燃烧温度和最佳掺混比。结果表明,掺烧生物质可有效降低混合燃料着火点,其着火点由474℃降至300℃,掺烧生物质后燃尽温度略降低,兰炭掺混生物质燃烧未明显提高燃烧特性指数;兰炭粉掺混生物质燃烧有高灰分沉积倾向,结渣倾向小。相比掺烧前,不同温度掺烧生物质后出口NOx和SO2质量浓度均较低,1200℃出口NOx和SO2质量浓度降幅均较高,分别达87.27%和80.2%。未空气分级时,综合出口NOx等参数得出,适宜生物质质量分数为30%~40%,最佳燃烧温度1200~1300℃。分级燃烧时,生物质质量分数30%的NOx初始排放随温度变化平缓,稳定性好,出口NOx质量浓度最低,均低于125mg/m3。研究结论可为有机固废焚烧处置设备的运行及相关燃烧工况组织调控提供一定技术支持。
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    洁净煤技术
    2024年第03期
    398
    209
  • 适用可再生能源不确定特性的合成氨多稳态柔性工艺技术

    作者(Author)： 吉旭, 林今, 聂李红, 周利, 袁绍军, 张欢, 贺革, 戴一阳

    摘要：双碳背景下,风光可再生能源发电是能源发展的重要方向,“绿氢”由于其长周期存储和零碳特征,可以有效解决风光电力消纳的难题,有望与电能一同成为未来能源体系的两大支柱。但是由于氢气自身特性和氢脆造成的材料瓶颈,“绿氢”发展遇到制储运多环节安全性与经济性挑战。绿电制氢制氨的“电制绿氨”路径被认为是解决“绿电”“绿氢”技术经济困局的重要途径之一。针对风光资源的不确定性,分析了基于合成氨“哈-博”工艺多种解决方案的优劣,提出了多稳态柔性“电制绿氨”工艺模式以解决“源网氢氨”复杂技术特征耦合下的设计、装置和运行问题;研究了多稳态柔性“电制绿氨”工艺的系统性技术架构、整定经济运行负荷与运行周期的最优化方法;开发了电氢氨一体化数字仿真模型,计及电力约束、资源波动、氢氨需求、系统运行效率和可靠性等因素,对全场景、全流程下的“电制绿氨”进行协同优化,形成了一套面向动态运行的绿电耦合化工的设计方法;研究了催化剂结构性能调优与合成塔内件结构的优化方法,开发了复杂变工况条件的催化剂宏观动力学模型,以及电氢氨一体化协同调度与智能控制技术。多稳态柔性“电制绿氨”工艺实现了合成氨经济运行负荷在30%~110%,负荷调节速率在0.5~1.0%/min,支持日、班,及班内多时域负荷调节要求,30%~110%负荷运行下单位合成氨综合能耗均优于GB21344—2015《合成氨单位产品能源消耗限额》的标杆值。
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    洁净煤技术
    2024年第02期
    995
    316
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