洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2024年第08期

• Fe/Co/Ni 基催化剂制备及氨分解制氢性能

  胡利华, 陈境烨, 童金明, 何勇, 许岩韦, 翁武斌, 王智化

  氢能因具有高效、清洁、可持续等优点，被认为是最具发展潜力的化石燃料替代能源。氨气作为一种储氢材料，具有高储氢密度、易液化等优点，因此氨分解制氢是一种理想的氢气制备方法。开发中低温下高选择性、高活性、廉价的氨分解催化剂具有重要意义。Ru基催化剂是氨分解活性最高的单金属催化剂，但成本较高，Fe、Co、Ni等过渡金属是Ru的合适替代品。与此同时，催化剂载体的选择是制备高效催化剂的关键因素。采用浸渍法制备了以γ-Al2O3、SiO2、MgO、TiO2为载体，Fe、Co、Ni为活性组分的系列氨分解催化剂，在氨催化裂解反应平台开展了反应温度400～700 ℃、空速比18 000 h-1条件下的催化剂活性评估试验，并在此基础上对合成的催化剂进行了XRD、BET、SEM、TEM等表征分析，探究不同活性组合、载体种类、反应温度等因素对氨催化裂解的影响。结果表明，Ni/Al2O3催化剂活性最高，空速为18 000 h-1、600 ℃时的氨分解率达91.67%，650 ℃时可基本实现氨的完全分解。除SiO2载体外，Ni基催化剂的活性整体高于Fe和Co基催化剂。表征发现在Ni/γ-Al2O3催化剂存在NiO与γ-Al2O3形成的复合氧化物结构，同时γ-Al2O3载体更大的比表面积和孔体积有利于提高氨分解转化率。

• 基于哈肯模型的质量基础设施内部要素协同机理

  华天熠, 龙妍, 王斌, 刘涛, 赵颖娜

  “双碳”背景下,积极发挥计量、标准、合格评定(认证认可和检验检测)等国家质量基础设施(NQI)要素间的协同作用,可为火电等典型行业的率先碳达峰提供重要的一体化质量基础支撑服务。我国NQI协同创新和应用技术水平在个别地区、个别领域可达到国际先进水平,但总体还存在明显差距,NQI协同发展系统化不足,NQI协同的产业支撑能力薄弱。为促进NQI协同发展,构建了基于哈肯模型的NQI协同演化模型以深入探究NQI内部协同机理,根据识别的各要素内部序参量进行合理归一化处理,进而识别出NQI的序参量和关键变量,以系统分析目前我国NQI协同发展情况,并给出NQI协同支撑火电行业低碳发展建议。结果表明:我国NQI协同发展中的序参量为计量要素,关键变量是标准要素,计量要素的发展在NQI协同发展中起正向作用,标准要素的发展尚未对NQI发展形成正反馈作用;我国NQI三要素发展每年均有提升,其中以标准发展最快速,计量次之,合格评定最慢,计量发展受限于标准发展但也在推进,合格评定需要国家出台更多政策推动合格评定发展;我国NQI的发展存在地区差异性,尤其是合格评定的发展,需要国家出台相关政策鼓励不发达地区合格评定机构的发展。最后,在NQI协同支撑火电行业低碳发展方面,要加强碳排放计量等方面的标准制定,加强碳市场数据监管,提高碳数据的透明度和可信度,出台相关政策鼓励发电企业采用先进的低碳排放技术,并积极参与NQI的建设。

• 软测量技术赋能燃煤电厂碳排放计量的研究进展

  姚顺春, 刘泽明, 卢志民, 郭松杰, 谢子立, 李峥辉, 黄泳如, 李龙千, 卢伟业, 陈小玄

  火力发电企业作为我国能源结构的重要组成部分,长期以来是我国碳排放的主要来源,在我国和全球加速推动低碳经济发展的宏观环境下,火电企业积极响应国家“能耗双控”向“碳排放双控”转变的战略部署。在此背景下,精确计量燃煤电厂的碳排放量变得至关重要。在燃煤电厂碳计量中,烟气流量影响燃煤发电中在线监测法的精度,而燃煤消耗量、燃煤元素碳含量以及飞灰碳含量共同决定核算法的可靠性。目前,大多数燃煤发电企业只对流量和燃煤消耗量进行实时监测,在现场恶劣的环境中对燃煤元素碳含量以及飞灰碳含量进行短周期、高频次的直接监测需要花费较大的人力以及物力,流量监测设备也易受烟道环境影响。而软测量技术以其高效和低成本的特点,可为传统碳排放计量过程中关键参数的监测提供一种替代方法。鉴于此,首先阐述了软测量模型的建立过程,包含数据预处理、辅助变量选择、软测量模型建立以及模型校正。数据预处理能够确保数据质量,提高建模效率;辅助变量选择是从大量潜在的变量中筛选出对目标变量的辅助变量,进一步提高建模效率;软测量模型建立主要是基于机理建模和数据驱动建模,是实现目标变量预测的核心;模型校正通过实际的离线或在线数据,对模型进行进一步优化,提高模型的预测精度。其次,针对碳计量相关参数,分析了烟气流量、燃煤消耗量、燃煤元素碳含量和飞灰碳含量监测存在的问题,论述了软测量技术在上述碳计量关键参数的国内外研究进展和应用,评估了机理建模和数据驱动建模技术的有效性、准确性和实用性。其中,机理分析建模主要基于电厂锅炉进出口的能量平衡以及烟风质量守恒等原理,有着确定的数学物理关系式,具有高度可解释性和稳定性,但是建模过程复杂,预测精度较低;数据驱动建模主要是利用各种机器学习方法,基于电厂分布式控制系统(Distributedcontrolsystem,DCS)丰富的运行数据,对碳计量关键参数进行“黑箱建模”,克服了机理分析建模复杂的过程分析,精度相对较高,但是建模过程不明确,且模型对于不同机组的泛化能力较差。最后,对于软测量技术在碳排放计量领域的发展应用进行了总结与展望。对电厂各参数之间的时序结构、电厂自身计算能力的限制以及机理分析融合数据驱动方法的发展提出相关建议,并对国外二氧化碳预测性排放系统结合软测量技术在国内外燃煤电厂的应用进行展望。

• 烟气碳排放监测数据补缺方法适用性

  陈公达, 程国辉, 蔡汝金, 邹祥波, 朱旺, 叶骥, 秦士伟, 唐顺, 卢伟业

  烟气端碳计量技术近年来逐渐受瞩目,然而由于国内相关技术标准和体系尚待完善,该技术尚未在发电行业的正式推广应用,尤其在CO2监测数据补缺方面鲜有研究。探讨了CO2监测数据缺失时的有效补缺方法,在CO2浓度方面上对比了保持缺失段前最后有效值、基于缺省值与中位修正值的氧气换算三种补缺方法,在长周期碳排放量方面进一步增加对比了取180h内最大碳排放速率的补缺方法。研究结果显示,两机组烟气实际燃料燃烧的最大CO2体积分数在不同负荷率条件时不是固定值,且分布规律也各不同。燃煤机组的反演算最大CO2体积分数散布上下限差异约4%,在负荷率方向上总体变化小,整体反演算数据的中位值18.67%,与缺省值相差小,仅0.03%。燃气机组的反演算最大CO2体积分数在负荷率方向上变化存在两段显著差异,20%负荷率以下时,随负荷率上升而逐渐上升,20%负荷率以上时,随负荷率上升基本稳定,整体反演算数据的中位值11.38%,与缺省值差0.12%。在长周期考察中,用修正方法补缺后数据最接近于正常数据,1个月内造成的碳排放量偏差均控制在1.5t以内,从数据准确性角度看,该补缺方法有高适用性。此外,采用取180h最大值补缺的方法,虽可作为碳数据管理部门对企业的一种有效惩罚性管理手段,但长远来看,随着烟气监测法在火电行业的广泛推广,该方法可能会导致我国在国际层面的碳相关事务谈判或交易中我国火电行业的碳排放总量被高估。

• 改进型火电机组烟气直测法碳计量不确定度评定方法

  黄辉, 刘俊, 崔洪滨, 李阳海, 刘栗, 贺俊, 徐万兵, 王楠, 周淼, 许涛, 徐龑

  电力行业碳排放占全国总碳排放的40%以上,加快健全火电厂碳排放的精确计量和不确定度评定方法对电力行业碳排放精细化监管有重要作用。考虑到安装在电厂现场的浓度、流量等计量仪表长期运行后,其测量性能和精度发生变化,采用仪表出厂时的精度计算不确定度无法真实反映测量结果的可信度。提出了一种适用于生产实际,基于计量仪表定期检定结果的不确定度评定方法,并对湖北省某电厂660MW机组的碳排放在线监测结果进行不确定度评定,分析不确定度贡献,并提出优化建议。结果表明:该机组直测法碳计量结果的扩展相对不确定度为8.282%(包含因子k=2,置信水平95%)。除压强外,其余项均为B类不确定度占主导。是否考虑灵敏系数及B类不确定度评定方法的选择都会对结果产生显著影响。影响碳排放不确定度的主要来源为CO2浓度和烟气流量测量,采用更高精度的气体成分和流量测量仪器对测量仪表进行定期维护、校准以及优化烟道内测点布置等均有助于减小不确定度。

• 基于深度学习的烟气温度和CO2浓度在线检测

  周颖, 娄春, 马晓春

  基于低分辨率红外发射光谱采集技术,耦合深度学习计算方法,提出了一种烟气温度和CO2浓度在线检测方法。利用气体光谱辐射模型计算训练数据,基于多层感知器(MLP)神经网络反演火焰烟气温度和CO2浓度的分布,结果表明,MLP神经网络模型对温度、CO2和H2O体积分数的反演误差均低于1%,预测精度均大于94.5%,具有良好的泛化能力和预测能力。建立了一套基于深度学习与发射光谱耦合的烟气温度和CO2浓度在线检测装置,并对乙烯扩散火焰和C2H4/NH3部分预混火焰展开了研究。乙烯扩散火焰烟气温度和CO2体积分数的测量结果与模拟火焰结果相一致,验证了基于深度学习与发射光谱耦合的在线检测法的可行性。改变部分预混火焰的掺氨比例,分析火焰中轴上方不同高度处气体的温度和CO2浓度变化,结果表明,同一高度处的烟气温度会随着掺入氨气的增加而增大,而CO2体积分数会呈先增大后急剧减少的趋势。所提出的方法可以较灵敏的检测温度和CO2浓度的变化,用于多种火焰的燃烧诊断研究,在燃煤电厂碳排放在线检测上也有一定的应用前景。

• 适用于生物质直接耦合煤发电过程的温室气体核算方法优化

  赵悦, 李小姗, 张立麒, 赵永椿

  生物质与煤直接耦合燃烧发电作为降低火电行业碳排放的关键技术选择得到广泛关注,在双碳目标的推动下,准确量化生物质掺烧电力生产过程温室气体排放能有效提升发电行业碳排放数据的准确性与一致性,确保国内碳排放交易市场向更公平稳定的方向发展。介绍了国内外生物质耦合煤发电机组碳核算方法,提出生物质直接耦合发电机组温室气体核算边界、计算方法和核算参数的选取原则。结果表明:与现行核算法相比,基于生物质直接耦合煤发电的温室气体核算方法在核算边界、核算范围和计算方法上均有一定差异。对于核算边界,有必要新增燃料燃烧过程N2O排放、新增设备资源带来的间接碳排放;针对常见生物质是否可视为零碳燃料进行评估,发现在各省份生物质的最佳经济运输半径内秸秆、城市垃圾、林类剩余物等常见生物质均达到温室气体减排要求,且合理运输范围(48km)内均可视为零排放;在计算方法上,燃料消耗量建议根据碳排放量分层级选取测定方法,小比例掺烧时碳氧化率可直接选取缺省值99%,并且建议核算脱硫环节带来的碳排放,对循环流化床燃烧温度在1123K以下的工况需要进行N2O核算。

• 燃煤电厂碳排放绩效核算及影响分析

  李朋, 周卫青, 白孝轩, 陈传敏, 刘松涛, 孙天祥

  为提高火电碳排放核算准确性和时间分辨率,采用AspenPlus结合数学模型对碳排放绩效核算,并分析机组负荷、排烟温度、配风量、煤质成分对碳排放绩效的影响。结果表明,某燃煤电厂200MW机组燃料燃烧碳排放绩效为674.02g/kWh,钙法脱硫碳排放绩效为3.10g/kWh。对比实测法,核算偏差仅为4.07%,验证了核算方法的合理性。在碳排放绩效影响因素分析方面,100%THA、75%THA、50%THA、30%THA两两之间上升幅度依次为1.52%、3.86%和6.92%。排烟温度对于碳排放绩效影响相对较弱,温度由75℃升至145℃,碳排放绩效仅增长0.02%;随着配风量增加,碳排放绩效先上升后下降,5.00×105、6.80×105、8.00×105kg/h下碳排放绩效分别为682.74、673.48、679.20g/kWh;此外,含碳量低、低位热值较高的煤种碳排放绩效相对较低,煤粉水分增加碳排放绩效略微提升。

• 基于实测数据的高炉煤气单位热值含碳量推荐值的修正方法

  万迎峰, 李秋军, 潘书婷, 范敏

  炼铁工序是钢铁行业CO2排放量最大的主体工序,高炉煤气单位热值含碳量(简称CC)的取值,对于炼铁工序CO2排放量核算影响大。GB/T32151.5-2015附录B给出的高炉煤气CC推荐值(70.8×10-3t/GJ)为全碳组分CC,并非燃烧过程CC。基于某钢厂高炉煤气低位热值及主要组分含量实测数据,计算得出不同组分含量下高炉煤气CC实测值,分析不同组分含量高炉煤气低位发热量实测值、全碳组分CC实测值、燃烧过程CC实测值等实测参数变化。结合排放因子法广泛应用的现状,基于CC实测值波动情况,提出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3种将CC推荐值修正为燃烧过程CC的方法,在各自适用条件修正值与实测值的偏差均小于5%;最后,用该钢厂高炉炼铁工序2021年有关统计数据,针对高炉煤气CC推荐值修正前后高炉本体碳排放计算结果进行对比分析,修正前高炉本体每吨铁的碳排放量-0.19t,修正后高炉本体每t铁的碳排放量0.415t,修正结果与真实碳排放情况较吻合。

• 基于双因子学习曲线模型的化学链燃煤电站技术经济性

  叶骥, 陈创庭, 黄慧, 匡草, 洪瑜武, 徐祖伟, 刘靖康, 赵海波

  化学链燃烧(CLC)被认为是最有前途的碳捕集利用和封存技术之一,其成本是走向商业应用必须考虑的一个重要因素,但目前尚无对CLC燃煤发电技术进行成本变化预测的相关研究。对CLC燃煤电站(2×350MW)进行技术经济性分析,得到CLC改造电站的发电成本为419.595元/MWh,二氧化碳减排成本和碳捕集成本分别为96.142、85.847元/t(以CO2计,下同)。为预测CLC燃煤电站的投资成本变化趋势,提出一种新的学习速率模型并获得双因子学习曲线。然后考虑基准、高速、低速3种技术发展情景,对CLC技术的中长期成本进行预测。结果显示,随着累计装机容量和研发投入的增加,发电成本将逐步下降。基准情景下CLC电站的发电成本可下降至311.767元/MWh,降幅在100元/MWh以上;高速情景下CLC电站的单位投资成本降至2593.789元/kW,接近传统燃煤电站水平,发电成本降至202.689元/MWh,与常规CFB电站相比成本优势明显。

• 低能耗CO2混合胺吸收剂复配筛选与工业验证

  徐冬, 黄艳, 宋俊朝, 史晓宏, 王涛, 曾伟强, 张帅, 李水飞, 方梦祥, 高翔

  在如今温室效应日益严重背景下,化学吸收法作为当前最具应用前景的燃煤烟气脱碳技术,受国内外广泛关注,开发低再生能耗、高稳定、易工程化应用的吸收剂是目前研究热点。提出了以高容量、低能耗三级胺为吸收剂主剂,高动力学一级胺和高稳定环状胺为辅剂吸收剂方案;并形成了从实验室配方遴选、百标方时中试工艺匹配到万t/a级规模工业装置运行优化的工程化开发体系。通过鼓泡吸收试验与吸收-再生循环试验对吸收剂进行快速筛选,初筛获得一种性能好的吸收剂配方,通过200m3/h中试与万吨级工业装置测试优化运行参数并完成工业验证。测试结果表明,笔者开发的CEU型吸收剂CO2脱除率达90%,最优再生热耗达2.42GJ/tCO2,在工业装置上完成了>700h稳定运行。

• 基于堆栈电解池的纳米SnO2电催化CO2还原试验

  魏书洲, 谭舒婷, 熊卓, 徐祖伟, 赵永椿, 张军营

  利用新能源电能电催化还原二氧化碳(CO2)技术能在减排降碳过程将CO2转化为增值化学品,有广阔应用前景,在多种还原产物中,甲酸(HCOOH)易储存和运输,储氢密度高,应用前景好。氧化锡(SnO2)电催化材料成本低、毒性小,且SnO2用于电催化还原CO2制HCOOH选择性高。而在电催化还原的工业化中,合理的电解池结构有重要意义。为探究更合理的电解池结构,提出一种自制的多层堆栈式电解池,将通过火焰喷雾热解方法制备的SnO2纳米颗粒作为电催化剂,进行电催化还原CO2研究。探究电解池的阴极-阳极间距、电解液流速、电解液浓度及电极堆栈数目等参数对电催化性能影响。试验结果显示:阴极-阳极距离越小,电能损耗越少,电催化还原CO2性能更佳;电解液的流速对催化剂还原性能无明显影响,但过大的流速使反应的电流密度产生大的波动;在电解液浓度小于1mol/L时,催化剂对HCOOH的选择性随着电解液浓度增加而增加,而在电解液浓度大于1mol/L时,各产物的选择性趋于稳定;电极堆栈排放时,电流密度略下降,但整体法拉第效率和HCOOH的法拉第效率均所提高,并对析氢反应有较明显抑制作用。使用堆栈电解池可减小电荷转移电阻及扩散电阻。对于该堆栈电解池,在阴极-阳极间距10mm、施加电位-1.2Vvs.RHE、KHCO3浓度1mol/L下,SnO2在堆栈条件对HCOOH的法拉第效率达37.53%,且总的法拉第效率达75.83%。结果表明:使用堆栈电解池可提升催化剂催化性能,提升目标产物的选择性。

• NH3/H2掺混MILD燃烧及NOx排放特性的数值模拟

  刘祥涛, 王国昌, 司济沧, 李鹏飞, 米建春

  化石能源的利用推动了人类社会的进步,但也造成了全球气候变化,威胁人类的生存与发展。在此背景下,氨和氢作为零碳燃料引起了人们的重视,但其燃烧利用面临诸多问题。MILD燃烧是一种新型燃烧方式,有望实现氨/氢混合燃料的清洁高效燃烧,但目前研究非常有限。采用数值模拟方法对预混NH3/H2射流火焰的MILD燃烧和排放特性进行研究。改变了射流中的氢气比例(X(H2)F)和当量比(ΦJ),并详细分析了温升、反应域、抬升高度、自由基浓度以及氮氧化物(NOx)排放等。结果表明,添加少量H2可显著增强NH3火焰的稳定性,降低自着火温度并消除火焰抬升。此外,X(H2)F的增加能提高燃烧温度,加快H、O和OH自由基的产生,并使燃烧模式由MILD燃烧转变为高温燃烧。富燃料且氢气比例较低时,NH3在燃烧前大量分解为H2,导致燃烧温度较高。关于NOx排放,N2O和NO是最主要来源,NO2可忽略不计。整体上,N2O和NO的排放随X(H2)F的增加先升高再降低。当X(H2)F较低时,N2O的浓度峰值与排放量和NO相当。提高X(H2)F,温度升高,导致N2O转化为NO和N2,因此NO变为主要的NOx排放源。此外,富燃工况中,燃烧温度、OH浓度及射流对伴流中氧气的卷吸共同影响NO排放。

• 考虑可再生能源不确定性的风光火储联合调度优化

  宋祉慧, 田军见, 倪战士, 林其钊

  风光火储联合调度是助力火电行业实现“双碳”目标的重要路径之一。为应对可再生能源出力不确定性对电力系统的影响,以实现总运行成本最小为优化目标,构建风、光出力不确定参数合集,建立两阶段鲁棒优化模型对风光火储联合系统进行调度优化。将不确定性优化问题解耦成包含确定性参数的第1阶段以及涉及不确定性变量的第2阶段。其中,第1阶段基于可再生能源出力预测值,求解火电机组启停状态和储能设备充放电状态,第2阶段作为灵活调控阶段,求解扰动发生后最恶劣场景下各设备的输出功率,并采用列约束生成算法结合算例进行计算。结果表明,该模型通过合理弃能和储能调峰可有效平抑火电机组净负荷波动,缓解机组调峰压力。相比确定性优化模型,该不确定性优化模型求解所得运行成本增加,表明考虑可再生能源不确定性的鲁棒优化具有更高的保守度,同时,可再生能源出力偏离度越大,其运行成本增幅相比确定性优化越小,有效降低了可再生能源出力偏差对系统经济性的干扰。

• 光谱响应曲线对双色法燃烧测量技术精度影响

  韩磊, 程勇, 朱宁静, 王哲, 黄志锋

  基于CCD相机的双色法广泛应用于燃烧温度场和烟黑浓度场测量,为认识燃烧规律和掌握燃烧状态发挥重要作用。已有工作大多忽略CCD相机的光谱响应特征,而将CCD相机各通道检测信号视为火焰在特定波长处辐射能量,给测量结果带来误差,并鲜有针对光谱响应曲线简化所引起测量误差的分析。以乙烯/空气层流扩散火焰为例,模拟不同光谱响应曲线CCD相机的火焰重建过程,分析了形状、半宽、不对称性等不同光谱响应曲线参数对火焰温度及烟黑浓度重建精度的影响。结果表明,光谱响应曲线形状和半宽对重建精度影响较小,在无测量误差条件下,温度场平均重建误差均小于1%;当光谱响应曲线不对称或中心波长不准确时,重建结果误差明显增大,在无测量误差条件下,温度场平均重建误差可达2.4%。对CCD相机进行黑体炉及光谱响应曲线标定,通过CCD相机对乙烯层流扩散火焰进行测量发现,利用中心波长和实际光谱响应曲线测量结果具有明显偏差,最高温度和最大烟黑浓度偏差分别为4.74%和16.4%。

• 生物质重整煤气喷吹-氧气高炉的低碳潜力分析

  毛文超, 黄志辉, 张泽武, 李小姗, 熊卓, 张立麒

  我国钢铁行业以高炉-转炉长流程为主,一次能源消耗主要为煤粉与焦炭,化石能源消耗大、碳排放高,其中70%的CO2排放集中在高炉炼铁工序。双碳背景下,亟需研发低碳炼铁技术以降低高炉工艺的能源消耗和CO2排放。提出一种生物质重整煤气喷吹-氧气高炉(BRGI-OBF)工艺流程,该工艺通过优化气化炉工艺参数与生物质替代煤粉重整,产生的重整煤气满足高炉的富氢冶炼需求,并降低了化石能源的使用。结合高炉煤气富氧燃烧碳捕集,可实现末流烟气中CO2富集,从而实现高炉低能耗与低碳(负碳)排放。为分析BRGI-OBF工艺的低碳潜力,首先运用AspenPlus搭建了BRGI-OBF工艺模型,研究了气化炉输入热量与生物质种类对工艺性能的影响。基于计算得到的工艺参数,运用高炉炼铁工艺能耗计算方法,对比分析了传统高炉工艺与炉顶煤气循环-氧气高炉(TGR-OBF)工艺的能耗与碳流情况。结果表明,向气化炉提供适宜的热量可有效减少煤粉用量,同时增加循环煤气量,最多可减少煤粉用量124.2kg/t(以生铁计);生物质种类对生物质用量与重整煤气的组分产生显著影响,采用杨木半焦进行重整时,杨木半焦用量为204kg/t,重整煤气中H2体积分数达29.91%,满足富氢冶炼需求。此外,BRGI-OBF工艺显著改善了能源结构,其化石能源占比约55%,与传统高炉相比,降低煤粉消耗17.6%、焦炭消耗29.3%。该工艺流程耦合富氧燃烧碳捕集技术后,末流中存在碳素372.6kg/t,以易于压缩捕集的高浓度CO2(>90%)形式存在。扣除由杨木半焦造成的碳素排放,总碳素排放为-109.9kg/t,相当于生产每吨铁水可额外捕集CO2403kg,可实现生物质+CCS的负碳技术,为钢铁行业实现深度脱碳提供重要支持。

• CO2加氢制甲醇催化剂与项目进展

  叶知远, 饶娜, 夏菖佑, 刘硕, 梁希

  甲醇是重要的有机化工原料和优质燃料。在气候危机、能源危机背景下,发展甲醇经济利于实现化工、能源和交通运输行业绿色低碳转型,保障能源供应安全。系统地介绍了两步法、一步法CO2加氢制甲醇工艺路线,分析、归纳和梳理了铜基、铟基、固溶体与贵金属催化剂性能表现。由数据可知4类催化剂反应条件集中分布在200~300℃,1.5~5.0MPa。铜基催化剂是目前研究和应用最广的催化剂,其CO2转化率和甲醇选择性中位数分别为13.6和69.2。与铜基催化剂相比,铟基催化剂和固溶体催化剂CO2转化率和甲醇选择性与铜基催化相当,但稳定性更优。而贵金属催化剂CO2转化率(最佳值66,最小值0.6)和甲醇选择性(最佳值100,最小值11)极值差别大且少见稳定性相关的数据。固溶体催化剂在工业条件表现出优异的催化性能和稳定性,可能成为未来规模化应用的催化剂种类之一。此外,梳理了国内和国际现有CO2加氢制甲醇的项目与技术路线。目前国内外二氧化碳加氢制甲醇项目数量不断增多,其中部分已建成投产,甲醇生产能力从4000t/a到200000t/a不等。目前这些项目甲醇生产碳源主要来自工业排放源CO2捕集装置,而氢气主要通过电解水获取。碳中和目标下,CO2加氢制甲醇技术的重要性愈发显著,建议从CO2加氢制甲醇催化剂技术研发和项目产业化应用方面加大支持力度。

• 纳米多级孔SAPO-11分子筛制备及其催化2-甲基萘烷基化反应

  张晓华, 张璞, 纪琳, 江乐杰, 宋艳萍, 魏海国, 曾庆峰, 叶闰平, 冯刚

  SAPO-11分子筛作为微孔沸石,通常粒径大,如何在水热法基础上进一步合成纳米多级孔SAPO-11分子筛极具挑战。在水热合成SAPO-11分子筛基础上,通过对前驱体凝胶进行老化处理制备纳米多级孔SAPO-11分子筛。其中,在80℃用搅拌老化制备的SAPO-11分子筛有最小晶体尺寸,通过SEM可知通过搅拌老化制备的S11-80℃-stirring分子筛呈现一种均匀纳米棒状结构,这些纳米棒的直径约500~700nm,长度约2~4μm。2-甲基萘(2-MN)主要来源于煤焦油,可用于制备2,6-二甲基萘(2,6-DMN),用于合成高端聚酯,为此将上述纳米多级孔SAPO-11分子筛用于催化2-甲基萘烷基化反应,结果表明使用老化处理制备的纳米多级孔SAPO-11分子筛有77.8%的2-MN初始转化率,20.4%的初始选择性,2,6-DMN、2,7-DMN的什么比为1.13,反应第4小时2,6-DMN选择性最高,为39.9%,通过系列表征揭示了纳米多级孔SAPO-11分子筛择形催化催化机理。

• 钙循环捕集CO2小试和中试台架研究进展

  王长清, 谭煜幺, 林明玮, 刘文强, 邓黎丹, 周子健, 徐明厚

  燃煤电厂产生CO2会加重温室效应,因此实现温室气体减排目标至关重要。碳捕集技术已被确定为降低电力部门碳排放的关键措施。胺洗涤等化学吸附剂和氧燃烧技术等成熟技术集成到发电厂时,效率损失很高(8.0%~12.5%),因此,为尽量减少效率损失和相关电力成本,需开发新的二氧化碳捕获技术。钙循环工艺是一项很有前途的技术,效率损失可降至7%。。由于资金成本高,目前尚未开发出有商业规模的成本效益技术,而在设计和建造商业规模装置前,需深入了解各操作条件的系统行为,以优化工艺参数并评估可行性。概述了全球可用的小试试验台架和中试工厂测试设施,总结了测试设备的特性和操作条件及提取关键的试验结果,表明CaL工艺的可行性在1kWth~1.9MWth的实验室规模和中试规模设施中得到广泛研究。在这些CaL系统中,碳酸化炉的工作温度600~700℃,煅烧炉的工作温度800~1000℃。进入到碳酸化炉里CO2均来自电厂,均可实现90%以上CO2捕集效率。此外,调整操作设计参数,如CO2入口浓度、碳酸化炉或煅烧炉温度等,将影响CO2捕集效率。总之,这些结果为未来大规模台架的开发收集有价值的操作数据,这也将是在未来能源发展中扩大和部署这项技术的关键所在。

• 微细粒煤泥浮选分离强化方法及技术研究进展

  王学霞, 于梅, 王烨敏, 马超, 卜祥宁

  微细粒煤泥的高效浮选分离对于提高煤炭利用率、减少环境污染、实现资源节约有重要意义。然而,微细粒煤泥质量小,缺乏足够的动能克服与气泡附着的能垒,导致颗粒与气泡矿化效率低,是制约微细粒煤泥高效浮选回收的瓶颈。此外,黏土矿物夹杂污染、浮选泡沫性质和捕收剂性能等因素对微细粒煤泥浮选选择性影响也很重要。为解微细粒煤泥浮选强化方法及技术研究进展,从增大表观粒径、减小气泡尺寸、强化流场调节、捕收剂优化、浮选设备改进、浮选工艺创新和矿浆预处理等7方面进行综述,并深入探讨不同浮选分离强化方法及技术的优劣势。其中,絮凝浮选、超声驻波团聚、纳米气泡浮选、湍流强度调控及捕收剂分子设计优化等均在实验室研究阶段,向工业化应用发展的过程中还需开展大量基础理论研究及半工业化研究,而寻求成本效益卓越的新型药剂、浮选设备升级赋能、浮选工艺智慧创新及浮选矿浆预处理精细强化或将是现有选煤厂强化微细煤泥浮选分离效果较妥当且切实可行的方案。