《洁净煤技术》“煤与新能源”虚拟专题（一）

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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; 16301IP
点击量; 6911次
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生物质灰对煤焦气化反应的影响

作者(Author)：丁亮, 张旭, 魏佳乐, 李文远, 李伟鹏, 王志青, 房倚天

摘要：生物质灰富含碱金属及碱土金属(AAEM),可作为天然催化剂应用于煤催化气化。生物质灰对煤焦气化反应促进作用也是生物质与煤共气化协同作用的本质原因。然而,生物质灰中AAEM在煤气化过程中会失活,失去部分催化作用。通过固定床热解及气化试验,结合XRD、Raman、XRF及BET等手段,分析了生物质灰种类、添加量、气化温度等因素对煤焦气化反应的影响。结果表明,生物质灰对煤焦气化反应催化作用与AAEM含量及存在形态相关。煤焦气化反应速率随小麦秸秆灰添加量增大而增大,小麦秸秆灰添加量达40%时,煤焦气化反应速率变化趋于平缓。气化反应前期,小麦秸秆灰对煤焦气化反应存在抑制作用;随转化率升高,在相同转化率下,温度越高,小麦秸秆灰催化作用越弱。为抑制小麦秸秆灰中K的失活,以蛋壳作为添加剂,探究了小麦秸秆灰与蛋壳的混灰对煤焦气化反应的影响。结果表明,25%小麦秸秆灰与5%蛋壳的混灰,可进一步增强小麦秸秆灰对煤焦气化反应催化作用。添加小麦秸秆灰使煤焦在气化过程中比表面积增大,孔隙结构丰富,石墨化程度减弱,无定形碳含量增加,气化反应活化能降低,气化反应速率增大。煤焦及添加小麦秸秆灰煤焦气化反应采用随机孔模型模拟效果最好。研究结果为生物质灰在煤催化气化中的应用提供参考。

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2024年第02期

376

214
草酸二甲酯催化合成高值化学品研究进展

作者(Author)：郭凤钦, 赵丽滟, 王利国, 曹妍, 贺鹏, 李会泉

摘要：我国富煤、少油和少气的能源结构决定了我国对煤炭资源具有极强的依赖性。因此,如何发挥我国大储量煤炭资源的优势,实现煤炭资源清洁化、低碳化和多元化利用是亟待解决的问题。将不可再生能源煤炭向多元化学品转化,降低对石油、天然气的消耗和对外依赖,一直是我国煤炭资源利用研究的重点方向。将煤经高温气化为CO和H2后,利用CO和H2合成气合成的草酸二甲酯(DMO)为原料,经催化加氢反应向多种含氧化学品转化是一条已被证实的可行技术路线。随着DMO经过间接加氢反应和连续加氢反应向乙醇酸甲酯(MG)、乙二醇(EG)、乙醇、碳酸二甲酯(DMC)和草酰胺等多种高值化学品转化技术的逐步发展,使我国丰富的煤炭资源得以高效利用,促进了我国能源结构的平衡。围绕DMO向下游产品转化展开详细论述和讨论。根据近年来学者对DMO的研究,DMO初步加氢可得到MG,MG二次加氢可得到EG,EG脱水得到乙醇、C3~C4醇,及DMO氨化制备“新型氮肥”———草酰胺等。重点归纳了各下游产品转化所使用催化剂的研究进展、不同催化剂的催化机理及活性物种的吸附-活化作用机制。详细梳理总结了当前通过引入其他助剂、调控表面酸碱度和引入第二第三金属等提高催化剂性能的方法。针对目前负载型铜基催化剂、铁基催化剂和银基催化剂等在DMO加氢过程中表现出的高选择性和局限性展开了细致的讨论。明确指出了随着产能的不断扩大,铜基催化剂所显现的高温易板结、中毒失活问题,铁基催化剂存在的中间产物加氢能力差及银基催化剂C—O键活化过程作用弱等问题,并进一步对催化剂失活原因和解决方法进行了细致的讨论和分析。详细指出了当前DMO加氢工艺路线存在的问题和挑战,给出了DMO加氢催化剂的未来研究方向和发展趋势。

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2024年第02期

377

186
超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

作者(Author)：曹俊雅, 陈天悦, 罗晨辉, 张莉昕, 桑安

摘要：能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优组合,提升电极材料电荷存储能力攻克超级电容器能量密度低的问题,同时确保超级电容器耐压能力达到要求。在此基础上,提出提升材料电化学性能和循环稳定性、确保原料来源稳定性和一致性、逐步实现量产的商业化需要等有望取得突破的研究方向。

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2024年第02期

417

160
煤与生物质耦合燃烧的协同效应

作者(Author)：周巍, 王浩帆, 熊晟熙, 蒋思磊, 何晓燕, 马晓春, 娄春, 姚斌

摘要：生物质燃料是替代化石燃料的重要能源,在燃煤机组上掺烧生物质是当下生物质能利用的主要途径。由于煤和生物质耦合燃烧过程中存在协同效应,生物质燃料与煤耦合燃烧性能与二者单独燃烧的燃烧性能差异无法通过化学成分或相关性质算术平均来确定,与此同时,生物质中富含的碱金属K也会加重受热面结渣倾向。为研究煤与生物质混合燃烧过程中协同效应,选取神府烟煤与板栗壳作为试验样品,通过混合、研磨与压制,制备成圆饼形颗粒并在Hencken平焰燃烧器上进行燃烧试验。利用高速摄像机结合图像处理技术计算着火延迟时间,利用光谱仪结合自发辐射理论测量燃烧过程中火焰温度、气相K浓度。探讨耦合燃烧着火特性、燃烧特性与气相碱金属释放特性协同效应及其原因。最后,结合灰分分析结果计算各工况结渣指数,获得燃烧气相碱金属释放量与结渣指数相关性关系。结果表明:煤与生物质耦合燃烧着火延迟时间低于理论值,证明耦合燃烧着火存在协同效应,表现为促进着火。受纤维素热解与碱金属元素催化共同影响,生物质质量分数为50%时,着火延迟时间与理论值之差达到最大1.91s,协同效应最大;耦合燃烧释放的碱金属低于理论值,说明耦合燃烧气相碱金属释放协同效应表现为抑制气相碱金属释放,由挥发分-焦炭相互作用与无机反应共同控制,无机反应中Si、Al元素与K反应占主导;随气相K释放量增大,碱酸比与硅比数值增大,结渣倾向升高,结渣指数与气相K释放量间相关性系数均大于95%,说明气相K释放量与结渣指数高度相关,可见在线监测获得的气相K释放浓度具有判别结渣特性潜力。

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2024年第02期

455

260
天然气-中温太阳能互补的新型低碳分布式供能系统

作者(Author)：王彬, 郝勇, 郭轲, 邵煜, 蒋琼琼, 洪慧, 金红光

摘要：基于化学链循环的天然气-太阳能互补转化具有低碳、储能及高效等特点。目前甲烷化学链循环典型还原温度为800℃。在450℃中温条件下,现有技术的甲烷转化率均较低,导致热化学蓄能效率和分布式能源系统能效较低。基于产物分离促进反应平衡移动原理,提出将甲烷重整制氢与化学链循环结合的蓄能方法,氢气被载氧体消耗使氢气分压降低,促进甲烷重整反应正向进行,进而提升甲烷转化率。对比了甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法和传统甲烷直接与载氧体发生化学链反应蓄能方法的甲烷转化率。结果表明,450℃下通过多级循环实现甲烷近完全转化。基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法,建立了多能互补分布式供能系统模型,太阳能甲烷热化学源头蓄能将低品位太阳能提升为高品位燃料化学能,实现了源头蓄能与脱碳。储存太阳能的固体燃料氧化产生高温热能,通过透平做功发电,然后通过余热回收装置实现吸收式制冷和供热,从而实现太阳能和化石燃料的高效互补利用。对系统在典型工况下的热力学性能进行分析,结果表明基于甲烷重整耦合化学链循环蓄能方法的分布式供能系统太阳能净发电效率达24.90%,系统燃料节省率达43.24%,在节能减排方面具有显著优势。

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洁净煤技术

2024年第02期

402

190
煤基固废制备胶凝材料研究进展及应用

作者(Author)：常瑞祺, 张建波, 李会泉, 曲江山, 李少鹏, 李占兵, 武文粉

摘要：煤矸石、粉煤灰、气化渣作为煤炭开采—化工转化—燃煤发电等过程产生的固体废弃物,年排放量超过15亿t,综合利用率约60%,主要以低端建工建材消纳为主,市场趋于饱和。随着环保政策趋近,煤基固废的资源化利用新途径开发迫在眉睫。基于煤基固废具有铝硅酸盐成分、潜在的火山灰活性和特殊的微观结构等胶凝特性,低成本高性能的低碳胶凝材料成为其规模化高值利用的新途径。综述煤基固废胶凝材料的活性激发技术及应用领域。活性激发方面,阐述了物理激发、碱激发和酸激发等活化方式对胶凝材料矿相变化的影响规律和产品性能调控,总结了现有技术的优势和需要解决的问题。应用领域方面,分析了煤基固废胶凝材料在建筑材料、道路修复、环境修复等领域的应用效果。基于上述现状,对煤基固废胶凝材料激发机理研究、组分配比优化、材料环保性能、工程应用推广等未来发展方向进行展望。研究对煤基固废制备胶凝材料具有重要的借鉴意义,为煤基固废规模化利用提供新途径。

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2024年第02期

609

216
藤蔓结构NiCo-MOF@CNTs复合电极材料制备及性能

作者(Author)：任国行, 顾波, 杨小芹, 彭晓雪, 魏金雨, 贾嘉, 林喆, 秦志宏

摘要：超级电容器是一种高性能电化学储能装置,具有功率密度高、循环稳定性强、充放电速率快等特点,在可再生能源存储中发挥重要作用。为提高超级电容器性能,满足日益增长的能源储存需求,利用水热法制备NiCo-MOF@CNTs复合电极材料,通过改变碳纳米管(CNTs)添加量,使复合材料储能特性达到最优。CNTs不仅增加了材料的比表面积和导电性,还与NiCo-MOF形成独特的藤蔓结构,其中NiCo-MOF构成藤蔓的叶片,为电荷存储提供活性位点,而CNTs构成与叶片相连接的茎蔓,将电子源源不断传递至活性中心,改善电化学性能。与未添加CNTs相比,效果最好的NiCo-MOF@CNTs5的比表面积由25.65m2/g增至44.27m2/g,平均孔径由37.86nm降至18.99nm,孔径分布更有利于电解质离子的扩散与传输;在1A/g电流密度下,比电容高达1569F/g,电流密度增至20A/g时,倍率性能高达74%,高于未加入CNTs的NiCo-MOF电极材料(42.6%)。组装成非对称超级电容器后,在1A/g电流密度下比电容为194F/g,电流密度增至20A/g时比电容仍有147F/g;在5A/g电流密度下经5000次充放电循环后,比电容保有率91.2%;在759W/kg功率密度下的能量密度高达50.63Wh/kg,功率密度提至17.3kW/kg仍能实现41.94Wh/kg高能量密度。

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洁净煤技术

2024年第01期

354

167
生物质平台化合物催化转化制备芳香多元羧酸研究进展

作者(Author)：呼延成, 张文静, 曹景沛

摘要：芳香多元羧酸,如对苯二甲酸、邻苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸等是重要的大宗化学品,可以制备各种聚合物材料,在日常生活的各个领域应用广泛。工业上,这些芳香多元羧酸是以石油基衍生的芳香烃为原料进行高温高压催化氧化获得。在双碳背景下,开发利用可再生生物质替代传统化石能源生产芳香多元羧酸具有重要的现实意义。生物质转化过程是首先在化学或生物催化下,将生物质降解到一系列C1~C6的平台化合物,然后再通过这些化合物之间的耦合转化制备工业化学品。详细总结了生物质平台化合物催化转化制备芳香多元羧酸的研究进展。这些工作的创新点是开拓新的生物质基合成工艺来生产芳香多元羧酸,关键挑战步骤是芳环的构建。针对该难点,成功开发了两种策略:①呋喃类分子与烯烃的Diels-Alder反应与后续脱水芳构化反应;②醇脱水生成共轭二烯烃,再与烯烃进行Diels-Alder反应以及后续的脱氢芳构化反应。按所生产芳香多元羧酸的种类进行分类,包括对苯二甲酸、苯酐/邻苯二甲酸、苯三甲酸以及均苯四甲酸。研究为生物质催化转化新体系的研发与工艺过程优化提供借鉴。

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2024年第01期

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