洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2025年第2期

• 基于液态金属阳极的固体氧化物燃料电池碳基燃料转化与利用

  谷鑫, 蒋一东, 史翊翔, 蔡宁生

  固体氧化物燃料电池（SOFC）因其高发电效率、高燃料适应性、低排放优势备受关注。然而，现有SOFC采用固态阳极，直接供给碳或碳氢化合物等复杂燃料将导致电极内燃料输运困难、结焦、积碳、毒化等问题，一直是研究人员持续攻关的重要挑战。液态金属阳极是一类新型SOFC阳极，因其液态自修复属性而具有抗结焦积碳等特性，可实现碳与碳氢化合物燃料的快速稳定转化。首先对液态金属阳极的运行原理进行了简要介绍，并针对现有的几类常见液态金属电极的反应特性进行了总结，其中在SOFC常规运行温度（700~800 ℃）下，液态锑阳极对应的金属氧化物为液态，可以通过密度作用下的自然对流实现电极内部氧的高效输运，具有良好的反应特性，是目前转化各类碳基燃料最具潜力的液态金属电极。因此，重点归纳了固态碳燃料与各类碳氢燃料在液态锑阳极中的转化机制，并对液态金属阳极的催化作用与杂质耐受特性分别进行了综述。最后，面向液态金属阳极中金属−金属氧化物自循环造成的理论效率损失，通过热力学计算提出了一种基于液态金属阳极的自热重整策略，在此基础上将液态金属阳极SOFC作为一种气电联产的“电化学重整器”，并将反应生成的H2、CO等简单气体小分子通入下游传统SOFC中，实现能量的梯级利用，有望发展一种燃料适应性广、能量效率高的综合性发电技术。

• 多孔有机框架结构及其衍生物的CO2吸附性能研究进展

  张雨珂, 李翔宇, 王建成, 易群

  在应对全球气候变化和减少温室气体排放的紧迫需求下，开发高效、经济的CO2捕集技术成为科研工作的重中之重。在此背景下，金属有机框架（MOFs）与共价有机框架（COFs）及其衍生物因其独特的物理化学性质而成为研究的热点之一。系统地回顾和分析近年来MOFs/COFs等多孔结构的CO2吸附相关研究进展，比较探讨了MOFs、COFs及其衍生物在CO2捕集方面的性能优化策略。聚焦于材料的设计与合成、CO2吸附性能评估、吸附机制解析等方面，全面总结了影响结构吸附性能的关键因素。特别关注了结构的功能化修饰、孔径调控、表面性质改进以及复合材料等策略对CO2吸附能力的影响，并探讨了通过试验和理论计算相结合的方式，揭示吸附剂与吸附质之间的相互作用机制，提供了分子层面的理解。最后分析了现有研究中存在的问题和挑战，提出了未来研究的方向和建议。

• 低阶煤选择性热萃取及产物分析研究进展

  梁鹏, 郝美鲁, 秦锡壮

  褐煤和次烟煤等低阶煤具有较高的氧含量、挥发分和反应活性，适合用于制备酚类、酯类和酮类等高附加值含氧化合物，从而实现低阶煤的高效、低碳利用。热萃取是在温和条件下从低阶煤中选择性分离酚类、酯类和酮类化合物的重要手段，热萃取过程涉及化学键的断裂与重整。从低阶煤的结构、低阶煤的种类、溶剂类型、萃取温度和萃取方式等方面综述了热萃取分离低阶煤中酚类、酯类和酮类化合物进展，归纳了不同溶剂热萃取分离低阶煤中酚类、酯类和酮类化合物的机理，并总结了不同分析手段的应用现状。低阶煤的结构模型尚未得到统一，而被广泛接受的主客体模型表明可以通过定向打断煤分子间的共价键和非共价键实现含氧结构的分离。不同煤化程度的煤分子间化学键的种类和数目以及煤岩组分不同，因此不同种类的低阶煤萃取出的有机质有较大差异。与高沸点溶剂相比，低沸点溶剂萃取率适宜、容易与热萃取产物分离，更适合用于低阶煤的选择性热萃取，然而常规溶剂的特性单一，热萃取时具有一定的局限性，设计萃取率适宜（≤30%）和对含氧官能团选择性高的离子液体是未来的发展方向。此外，精密仪器的检测和热萃取产物的预处理等分析手段有利于充分认识热萃取过程，然而针对热萃取产物的成分复杂问题，有必要引入更为先进的分析手段并建立更低成本的分离提纯方法。为实际工业化应用，需要开发先进工艺与设备，并进行技术经济性评估。

• 固态储氢技术在“氢进万家”示范工程中的应用前景

  赵强, 李力军, 赵朝善, 郝佳, 刘军, 王昕雨, 潘凤文

  发展氢能是我国推动能源结构转型以及实现“碳达峰”的重要措施，主要在燃料电池汽车领域开展示范应用，应用场景较为单一，无法拉动氢能产业链建设完善的氢能供应体系。目前科技部联合山东省政府，在山东地区实施“氢进万家”科技示范工程，重点围绕“一条氢能高速、二个氢能港口、三个科普基地、四个氢能园区、五个氢能社区”的建设目标实施，通过建设纯氢管网、天然气掺氢等措施，开展将氢能应用进入工业园区、社区楼宇和交通移动用能、港口、高速等多场景的应用示范，构建氢能在工业供能、城镇供能、交通运输等3个规模化应用场景，打造“氢进万家”示范工程的齐鲁样板，为全国氢能产业发展贡献山东经验。固态金属储氢由于具备体积储氢效率高、能效高、安全性好等优点，在工业供能、城镇供能、交通运输等场景下均有着较为广阔的市场前景，可有效解决当前高压气态氢气在运输、储存、加注等环节已经暴露的问题，结合“氢进万家”打造的氢能应用场景以及固态金属储氢技术的特点，对固态金属储氢技术的未来应用做了分析和展望，涵盖氢气的存储、输配、供应和换热，对固态金属储氢技术的发展做了预测，将在加氢站内储氢、氢储能/发电领域、应急电源换氢、热电联供储供氢等方面发挥重要作用，镁基固态储氢在大容积固态储氢长途运输、站内储氢应用和热电联供储供氢匹配度较高，解决氢气存储和释放易于控制的问题，站内储氢构建高密度储氢静态压缩一体化系统，能耗和安全性指标提升，镧基和钛基储氢材料用于氢气的规模化存储，应用于氢储能/发电领域，完成常温低压储氢过程，镧镍基储氢材料用于应急电源储氢，实现快速吸放氢，对行业有一定参考意义。

• 高碳资源利用演化及低碳化实现的途径

  梁鼎成, 谢珠璨, 葛君函, 解强, 刘广波, 椿范立, 陈庆平

  在过去的半个多世纪里，高碳资源主要作为能源使用。虽然有力促进了人类社会繁荣发展，但也给地球环境带来了严重的破坏，特别是高碳资源的燃烧会释放大量的温室气体，严重威胁人类可持续发展。从全球高碳资源发展和利用过程来看，推动高碳资源的低碳化利用是未来发展的必然趋势，也是解决气候变暖和生态破坏等重大环境问题的必由之路。为此，系统阐述了高碳资源的发展历程及其面临的问题，分析了实现高碳资源低碳化利用的必要性，并探讨了煤炭、石油和天然气等高碳资源低碳化利用的具体途径。结果表明：在短期内，可通过优化能源结构、提高资源利用效率以及推广碳捕集、利用与封存（CCUS）技术等措施，逐步降低高碳资源的碳排放强度，实现其从源头、过程到终端全过程的低碳、清洁和高效利用。在长期内，充分利用高碳资源的原料属性，通过不断优化与创新利用技术，推动高碳资源的精细化与高值化利用，以生产化学品的方式有效减少碳排放，为实现可持续发展和长期碳中和目标奠定基础。展望未来，随着可再生资源的快速发展，高碳资源与可再生资源进一步融合，将成为应对全球能源转型和碳减排挑战的重要路径。

• 钙钛矿催化剂催化低浓度甲烷燃烧研究进展

  竹涛, 王美丹, 苑博, 张学里, 张馨月, 黄钰欢, 李辰, 徐旭东, 孙倩

  煤矿瓦斯是煤矿的伴生气，主要成分是甲烷，大量排放到大气中引起了全球气候变暖等生态问题，因此煤矿乏风瓦斯的减排对于达成双碳目标至关重要。催化燃烧法是一种很有前途的甲烷减排的方法，其关键在于开发低成本、高催化活性的催化剂。近年来，钙钛矿氧化物由于成分灵活、结构特殊、较低的成本以及催化性能的可调控性等优点在甲烷催化燃烧领域受到极大的关注。在钙钛矿催化剂处理低浓度甲烷的工业应用中，存在催化性能低和硫中毒等问题，阻碍了钙钛矿氧化物催化甲烷燃烧体系的进一步发展。介绍了钙钛矿催化剂的可调控结构和合成方法，归纳了钙钛矿催化剂上的甲烷催化燃烧机理，分析了硫的存在导致钙钛矿失活的原因，重点阐述了钙钛矿催化剂提高催化活性以及耐硫性能的设计方法。分析发现：通过优化制备条件、进行元素掺杂、酸性溶液处理、构建多孔新型钙钛矿等方法的应用，可使钙钛矿的表面活性位点与氧空位的数量增加，同时提高活性组分在催化剂表面的分散程度，进而提高催化活性。最后对钙钛矿催化剂催化甲烷燃烧未来设计方向进行了展望。

• 煤粉富氧燃烧反应机制研究进展及展望

  张海, 刘文扬, 曹俊杰, 吴坤民, 罗赛贝, 范卫东

  煤粉富氧燃烧技术作为实现燃煤电站二氧化碳高效捕集的关键途径，凭借其在碳减排领域展现出的巨大潜力，已成为全球能源与环境领域的研究焦点。在当前我国以煤为主的能源结构下，深入解析煤粉在富氧燃烧条件下的复杂反应网络与微观作用机制，对推进煤炭资源清洁高效利用具有重要意义。然而传统试验研究方法受限于宏观特性统计与微观反应细节的关联缺失，难以精确揭示不同因素对煤粉热解与燃烧过程的影响机制以及反应过程中分子层面的动态演变规律。近年来，随着计算化学的快速发展，基于反应分子动力学（ReaxFF MD）与密度泛函理论（DFT）的跨尺度模拟方法，为突破这一技术瓶颈提供了全新的研究范式。在研究对象方面，从煤的三维网格结构模型出发，拓展至类煤基质结构模型。基于分子以及量子化学的跨尺度研究，详细梳理了煤粉热解与燃烧过程中的产物释放规律，氮元素迁移特性以及主要反应机理；系统阐释了富氧燃烧特征气氛（CO2、H2O）对煤热解与燃烧过程的影响机制；深入探讨了在富氧条件下煤中特征组分（特征电子基团、金属原子）的作用机理。最后就揭示复杂煤结构内部反应过程、反应力场开发、分子模型修正等问题，对分子与量子跨尺度模拟进行了总结与展望，力图为新型富氧燃烧技术的开发奠定理论基础。

• 庆华烟煤有机显微组分化学链气化反应特性及动力学分析

  万慧凝, 王强, 姚奇, 陆有朋, 吴建波, 吴玉花, 张慧, 白红存

  煤化学链气化是实现煤炭资源清洁利用与高效转化的关键技术，是具备新质生产力特色的过程方法，对于可持续发展十分重要。煤化学链气化过程主要涉及煤中不同显微组分在载氧体作用下与气化剂的反应，但不同显微组分转化行为和机制的区别仍不明确。研究采用热重分析法探究庆华烟煤显微镜质组和惰质组的化学链气化特性，基于气固反应模型对化学链气化反应的动力学进行分析。结果显示，显微镜质组和惰质组的化学链气化反应均对应3个反应阶段，相同温度下镜质组反应活性高于惰质组。由于惰质组结构较镜质组更稳定，镍基载氧体对镜质组的催化作用更显著。不同气化温度下，显微组分的碳转化率均随着气化反应时间增加而呈现增加趋势。基于3种气固反应动力学模型拟合结果，球对称收缩核模型能够较好反映庆华烟煤显微组分的化学链气化反应过程，该模型为最佳机理函数。选择该模型对化学链气化反应动力学参数开展了计算。镜质组和惰质组化学链气化反应的活化能值分别为169.78、176.46 kJ/mol。惰质组化学链气化反应的活化能较高，说明相较于镜质组而言惰质组的化学链气化反应性较差，需要在反应中重点强化。

• 烧绿石载体催化剂用于长链碳氢燃料水蒸气重整制氢

  李林, 王昱瑞, 李爽, 史翊翔

  通过柴油水蒸气重整制富氢合成气由于其有高H2/CO比和外部热源可用性，备受关注。然而，柴油中长碳链及复杂组分构成使催化剂存在氢气产率低、高温热烧结、积碳等技术难题。为了实现柴油高效重整制氢，创新性地采用不同A位(La3+/Pr3+/Sm3+)和B位为Ce元素构成的烧绿石作为载体并负载贵金属Rh制备催化剂，由于其载体有良好的氧流动性从而提升了柴油重整性能和抗积碳性能。通过拉曼光谱和电子顺磁共振表征结果表明：相比Pr2Ce2O7、Sm2Ce2O7和CeO2载体，La2Ce2O7载体含有更多的氧空穴和超氧\mathrmO_2^-离子，此外XPS、O2-TPD表征结果表明：质量分数3% Rh/La2Ce2O7催化剂相比Rh负载其他载体催化剂含有更丰富且更活泼的表面吸附氧物种，这与质量分数3% Rh/La2Ce2O7催化剂在正十六烷水蒸气重整中性能最优有密切关系。质量分数3% Rh/La2Ce2O7催化剂转化率最高达到97.2%，产物中氢气体积分数达到70.2%，副产物体积分数最低，甲烷(CH4)体积分数仅为0.03%，且没有乙烯产生(未达色谱检出线0.000 01%)，此外C2~C5体积分数也只有0.000 5%。将Rh含量进一步降低的质量分数1% Rh/La2Ce2O7催化剂应用于真实柴油水蒸气重整制氢，发现柴油重整性能相比正十六烷重整仅轻微下降，转化率仍高达97.5%，产物氢气体积分数达67.9%，副产物CH4、乙烯和C2~C5体积分数分别低至0.15%、0.04%和0.07%。催化剂显示出较好的重整性能及抗积碳性能，在工程实践应用中显示出巨大潜力。

• 一锅法制备复合材料的吸附性能

  马亚凯, 朱锡锋, 王储

  为应对水体中抗生素污染对生态环境和人类健康的威胁，同时推动重质生物油高值化利用，研究致力于开发一种具有高吸附容量和高稳定性的多孔碳材料。针对传统生物炭吸附剂孔隙结构单一、表面活性位点不足等问题，结合金属有机骨架模板法与化学活化协同策略，通过调控生物油重质组分的碳化过程，探究其对四环素的吸附机制，为绿色吸附材料的规模化应用提供理论支持。研究以生物油重质组分为可再生碳源，通过一锅法同步整合2−甲基咪唑锌盐与KOH活化剂，在高温碳化过程中实现模板定向造孔与化学活化的协同效应，制备多孔碳材料。为揭示协同机制，对比制备了仅含模板（HZ-800）、仅含活化剂（HK-800）及两者协同（HZK-800）的3类材料。系统采用比表面积分析、微观形貌表征等方法解析材料结构特性，通过系列吸附试验考察环境条件对四环素去除效率的影响，并结合动力学模型、等温线拟合及热力学参数计算阐明吸附机理。结果表明：模板与活化剂的协同作用有效构建了层次化孔隙网络，HZK-800展现出显著优化的比表面积与良好的孔隙结构，其吸附性能远超单一处理材料。该材料对四环素的最大吸附容量达到464.55 mg/g，且在强酸、强碱环境中仍保持稳定吸附效率。结构表征证实，锌盐模板引导形成介孔框架，活化剂刻蚀产生丰富微孔，而生物油芳香组分碳化形成高稳定性的石墨化材料，三者协同实现了孔隙结构与表面化学性质的调控。研究开发的HZK-800多孔碳在吸附容量、环境适应性和循环稳定性方面展现出显著优势，不仅为抗生素污染治理提供了经济高效的解决方案，也为生物质资源的高效转化与功能化碳材料设计提供了新思路，对推动水处理吸附技术的绿色化发展具有一定的实践意义。

• 水热合成锌锰基脱硫剂中晶体生长机制

  武帅山, 孙阳杰, 牛芳芳, 王建成, 米杰, 冯宇

  中高温煤气脱硫是实现煤炭清洁高效利用的关键技术之一。由金属氧化物脱硫反应动力学中硫化物生长扩散机理可知，保持脱硫剂活性组分高分散和小尺寸有利于减小脱硫反应扩散传质阻力，提高活性相利用率。采用不同种类锌盐和六亚甲基四胺（HMTA）在负载有MnO2种子层的纳米纤维载体上水热合成了一系列锌锰复合氧化物脱硫剂。通过探讨反离子与锌锰氧化物晶粒尺寸的内在关系，阐明了活性相晶体成核及生长机制。研究表明：水热溶液中反离子对Zn2+与OH−络合缩合反应有显著的抑制作用，反离子分别与NO3−和SO42−相比，脱硫剂中Mn3O4晶相平均晶粒尺寸减小39.2%，活性相颗粒粒径减小24.7%。同时，脱硫测试表明，脱硫剂ZN@MCNFs的总体活性组分利用率比ZS@MCNFs提高7%。研究所阐明的锌锰基脱硫剂晶体生长机制，为开发性能优异的金属氧化物脱硫剂提供了理论支撑。

• 二维TiO2−Al2O3载体的制备及其在加氢脱氮中的应用

  闵冰竹, 张萌, 王兴宝, 李文英

  将我国高产量的煤焦油加工利用可以缓解能源紧张问题，煤焦油加氢脱氮是煤焦油清洁高效利用的重要手段，而此过程的关键在于高性能加氢脱氮催化剂的制备。针对普通的Al2O3易与负载的活性金属存在强相互作用而影响加氢性能的问题，基于二维载体特殊的表面性能和层状结构，以氧化石墨烯为结构导向剂，TiO2为改性剂，对Al2O3进行改性，制备了一种新型片层TiO2−Al2O3复合载体材料。并采用共浸渍法在其上负载活性金属，制备了系列NiMoS/TiO2−Al2O3催化剂。试验通过制备不同维数的载体材料，探究了载体的结构对相应NiMoS催化剂加氢脱氮催化活性的影响。结果表明，反应温度350 ℃，反应釜中压力3 MPa，反应4 h时，相比于三维负载型催化剂，二维负载型NiMoS/TiO2−Al2O3催化剂能够使喹啉的转化率由94.2%提升至99.4%，脱氮率由0.6%提升至74.8%，其中丙基环己烷和丙苯的收率分别为58.4%和13.4%，说明二维负载型NiMoS/TiO2−Al2O3催化剂具有较好的加氢脱氮性能。进一步分析载体及改性后催化剂的几何结构发现，二维TiO2−Al2O3载体存在多孔的片层结构，Lewis酸比例高，有利于1,2,3,4−四氢喹啉的进一步加氢和十氢喹啉的开环，从而生成脱氮产物丙基环己烷。NiMoS催化剂的比表面积大，MoS2在载体表面的分散度高，团簇颗粒小，金属−载体间相互作用较弱，易被还原硫化生成更多的NiMoS活性相，因而具备了更优的催化加氢脱氮性能。

• 力−热耦合作用下神府富油煤原位热解提油产物分布特性

  郭伟, 俞尊义, 杨盼曦, 王晶, 杨甫, 李红强, 高琨, 马丽, 敬庆文, 杨伯伦, 吴志强

  针对富油煤地下原位热解提油面临高地应力、地质情况复杂以及热解产物分析困难等挑战，设计搭建高温三轴试验装置模拟富油煤地下原位热解工况。试验装置包括高温高压供气模块、原位热解模块、伺服控制模块以及产物分离冷却模块。以陕北神府富油煤为研究对象，基于高温三轴试验装置模拟了不同埋深深度下的高温高压热解试验。高温三轴仪能够提供0～15 MPa的轴压（埋深深度0～600 m），应力加载响应迅速并且在热解过程中能够保持稳定。试验时高温三轴仪可以加热煤样中心温度至600 ℃左右，能够实现富油煤在设定的温度下进行热解试验。模拟埋深深度从100 m增加到300 m，轴压从2.45 MPa增加到7.35 MPa，热解半焦产率从67.70%升至68.04%，焦油产率呈现先升高后下降趋势，最高为6.50%。埋深增加时焦油中轻油、酚油含量逐渐增加，分别从19%和9.5%增加至25%和12%；沥青在焦油中的比例从25%降低到20%；芳香烃含量从32%升高至38%，脂肪烃含量从28.5%降低到19.3%。煤层渗透率随地应力增加而降低，阻碍热解过程中的传热和传质，导致富油煤热解产物停留时间增加，焦油二次反应，长链脂肪烃化合物发生断裂转化为小分子化合物，甲基、亚甲基同样不断脱出；另一方面应力促进了焦油分子缩合反应的发生，多环芳烃的含量迅速提高。地应力增加提高了轻质芳烃及焦炭的产率，焦油品质向轻质化提升。

• 功能化石墨烯复合多金属氧酸盐电极材料的制备及其电化学性能

  钟丽蓉, 夏铭, 李彦君, 刘媛媛

  水系锌离子电池由于其低成本、高丰度和高理论比容量等优势，在后锂电时代的新型储能体系中脱颖而出，受到学界的广泛关注。开发稳定高效的储锌正极材料，是锌离子电池发展的重点和难点。多金属氧酸盐(简称“多酸”)，具有较强的氧化还原活性和多电子转移特性，被视为极具潜力的电极材料，但多酸易溶解、易团聚和导电性较差等问题，阻碍了其在储能领域的应用。为解决上述问题，采用氧化石墨烯(GO)为基底材料，在其表面原位生长聚苯胺(PANI)，通过静电相互作用固载Keggin型多酸H3PMo12O40，得到了rGO-PANI-PMo12(GPM)复合材料，利用石墨烯及其表面功能基团，提高多酸的抗流失性、分散性和导电性。通过XRD、FTIR、SEM、TEM、XPS以及电化学性能测试等方法，探究了GO和苯胺单体(ANI)的比例对GPM材料的形貌、结构和电化学性能的影响规律。结果表明：当GO和ANI在质量比为1∶20时，所制备的GPM材料融合多酸和石墨烯的优点，兼具较强的氧化还原活性和高导电性，表现出优异的电化学性能，在0.2 A/g下，放电比容量高达258 mAh/g，且在2 A/g的条件下，循环1000圈容量保持率为82.2%。此外，反应动力学研究结果表明，GPM电极的电化学反应过程为扩散和电容共同控制，表现出较快的Zn2+扩散速率和电荷转移速率。

• 煤沥青族组分衍生碳储钾性能研究

  刘畅, 杨云磊, 王乐, 王新海, 李晓, 郑勇, 李红梅

  近年来，煤系沥青衍生碳材料因其结构可调和导电性高等特点，被广泛应用于钾离子电池负极材料。然而，煤沥青分子结构与组成复杂多样，不同沥青分子间的结构差异会影响沥青衍生碳材料的结构和电化学性能，精确控制碳材料微观结构颇具挑战，特别是煤沥青族组分与其衍生碳材料储钾性能间的构效关系仍不明晰。因此，迫切需要充分了解沥青的组成和结构特征，考察煤沥青原料组成对其衍生碳微观结构与储钾性能的影响。采用溶剂分级萃取技术对煤沥青进行族组分分离，成功分离出甲苯可溶物（TS）、甲苯不溶−喹啉可溶物（TI-QS）和喹啉不溶物（QI）。TS在800 ℃时的衍生碳材料（TS-800）主要以插层储钾为主，受限于较少的存储位点和较低的碳层间距，其容量和循环稳定性均较差；TI-QS−800由于插层和吸附储钾共同作用，在低电流密度下容量相对较高（333 mAh/g），但在大电流下倍率性能明显降低；QI-;800具有较大的层间距和无序度，有利于钾离子的快速迁移，大电流密度下的倍率性能最佳，循环性能相对更优。不仅为煤沥青基碳材料的设计和制备提供了新的思路，也为钾离子电池负极材料的开发提供了重要的实验数据和理论支持。

• 细颗粒煤流化强化层燃燃烧机理分析与实验

  朱双, 郭强, 范垂钢, 丁广超, 李松庚

  在双碳资源背景下，为实现煤炭的高效清洁利用，采用层燃复合细颗粒煤流化的燃烧方式可提升层燃炉上粗颗粒煤的燃烧效率。为了对这一现象给出理论解释，进行了相关机理实验研究。首先通过管式炉等温燃烧实验验证了复合燃烧方式的可行性：实验通过对比粗细煤混合燃烧与粗颗粒煤单独燃烧时的烟气组分变化、颗粒表面温度、着火时间和燃尽时间等参数，探究流化细煤存在下的燃烧效果；并结合气相和固相侧数据分析分别对照说明了流化细煤的促燃作用。其次，系统地研究了床层温度、细煤占比以及空气风量对粗细混煤燃烧的影响，重点考察了着火时间、燃尽时间、碳转化率、颗粒表面温度和反应指数，为复合燃烧方式在层燃炉上的实践提供理论指导。此外，为了深入了解煤燃烧难易程度，采用等转化率法对粗细混煤燃烧进行动力学分析。等温燃烧实验结果表明，在流化细煤存在的情况下，着火时间提前了59%，燃尽时间缩短了26%，燃烧6 min后固体失重率高达98%，表现出良好的引燃和促燃效果。因素探究实验显示，燃烧的流化细煤在粗煤周围产生了高温区，粗细煤混合燃烧时在较低工作温度（550 ℃）下即可快速引燃，最佳细煤占比为33%。增大空气风量能提前着火，并且显著缩短燃尽时间，但较高风速会带来对流冷却。动力学计算给出平均表观活化能为26.37 kJ/mol。

• 水泥生产系统富氧燃烧改造的性能模拟优化

  陈涛, 王玉亭, 周月桂

  以日产3000 t熟料的水泥干法生产设备为研究对象，采用Aspen Plus软件建立了水泥生产系统富氧燃烧改造的工艺流程模型，研究了采用富氧煤粉燃烧方式生产水泥熟料的系统能量效率和CO2捕集成本。结果表明：在相同的水泥熟料生产条件下，当烟气再循环率为51%时，富氧燃烧气氛下系统沿程温度分布与空气气氛下相匹配，此时富氧燃烧整体氧气体积分数为26.4%。富氧燃烧方式需要配置的空气分离装置和CO2纯化压缩装置将导致系统能量效率比传统生产方式下降18.9%，并且采用该方式生产1 t水泥熟料需花费532.1元。但在CO2捕集成本方面，采用富氧煤粉燃烧技术生产水泥熟料的系统CO2捕集成本为227.3元/t，比传统的燃烧后CO2捕集成本降低了58%。因此，对水泥熟料采用富氧燃烧技术生产，可以保证熟料的产量和品质，同时CO2捕集成本也比燃烧后CO2捕集成本更低，具有显著优势。

• 面向双碳目标的煤粉纯化−燃烧：纯化反应N转化

  张驰, 任强强, 韩绍博, 胡玉洁, 崔瑞芳, 李林宣

  在“双碳”战略目标驱动下，煤炭高效清洁利用技术革新已成为能源领域的重要研究方向。煤粉纯化−燃烧耦合技术作为新型热转化工艺，其核心在于通过预纯化过程实现燃料氮的高效脱除，为后续燃烧环节的NOx源头控制提供新路径。为探究反应温度对煤粉纯化反应氮析出与转化特性的影响，基于高温热化学转化机理，在自行搭建的1700 ℃四温区滴管炉试验台上，设置不同温度条件进行纯化反应。结果表明：反应温度从900 ℃提升至1300 ℃，煤气中H2和CO占比大幅度增加，煤气产率和煤气组分均有所增加；各组分转化率有所增加，N元素向气相的转化率从48.26% 跃升至83.14%，相当一部分焦炭N在高温时发生转化，仅有16.86%燃料N残留在固相焦炭N中，这部分氮将是后续燃烧过程中NOx的主要来源。当温度达到1000 ℃时，燃料N向N2的转化率超过50%，且温度升高能进一步提高还原成N2的比例，同时转化为NH3和HCN的比例也有所增加，而促进燃烧前燃料N的析出并还原成N2是煤燃烧NOx减排的关键所在。另一方面，神木烟煤经过纯化反应，比表面积和孔容积大幅增加，最高分别增加为原煤的66.3倍和10.5倍，平均孔径有所减小，燃料碳架稳定性下降，反应活性位点增加，燃料燃烧特性有所改善，且随温度升高这种改善作用进一步提升，可见纯化反应有利于后续燃料的清洁高效燃烧。

• 二氧化碳加氢合成甲醇技术现状及催化剂研究进展

  何聂燕, 李学琴, 刘鹏, 陈卓, 郑宾国, 雷廷宙

  化石燃料燃烧排放大量的温室气体，研究CO2减排与利用已成为世界性关注的热点和急需解决的问题。以CO2为原料合成甲醇是大规模实现低碳减排和清洁能源再生产的有效路径。然而，CO2转化高附加值产品的过程仍存在反应活性位点不清晰、催化剂成本高等技术难题。以CO2为原料转化为高附加值化学品的合成路线为切入点，重点介绍了CO2加氢合成甲醇的技术路线及发展现状，总结了甲醇合成过程中影响其选择性的因素；发现催化剂是影响CO2加氢制甲醇工艺过程的重要影响因素之一；进一步比较了不同催化剂的特性，尤其铜基催化剂对合成高产率及高纯度的甲醇具有较好的催化活性；最后，详细分析了铜基催化剂在甲醇合成中的机理及存在的问题；探讨了铜基催化剂活性中心的存在形式，从活性组分、载体、助剂3个方面分析了催化剂活性、选择性及稳定性的变化规律，展望了CO2加氢合成甲醇技术的发展方向，以期为CO2加氢制甲醇所用高活性、低成本的铜基催化剂制备和筛选提供理论参考。