洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2025年第4期

• 有限元数值模拟在能源小分子电催化还原体系中的应用进展

  聂全灏, 宋雪旦, 刘朔, 于畅, 邱介山

  H2O、CO2、N2等小分子物质的电催化转化技术在氢气、甲烷、氨等化学品合成领域获得广泛应用。近年来，基于光伏、风电、水电等发电技术的发展，电催化技术产生了巨大的发展应用空间。然而，电催化体系的复杂多相反应过程涉及电化学、传质、传热等多物理场的强耦合作用，传统实验方法难以全面解析其内在机理，制约了电催化技术的进一步发展。有限元数值模拟是基于电场、温度场和流动场等物理场耦合建立电催化体系的数学物理模型，模拟体系内部的电催化反应、物质传递、动量传递和热量传递等过程的有效方法，能够揭示电催化体系中“构−效”关系的内在规律，指导设计和优化电催化体系。梳理了有限元数值模拟在电催化领域中的发展历程，简介了电催化体系中有限元数值模拟的计算流程，指出了有限元数值模拟在电催化体系中能够解决的实际问题。从催化剂结构设计、边界条件调控、反应器设计3个方面，回顾了近年来有限元数值模拟在能源小分子电催化转化技术中的研究进展。最后展望了有限元数值模拟在电催化领域中的发展方向。有限元数值模拟正在从辅助分析工具发展为电催化体系优化的重要驱动力。随着计算方法的进步和多学科交叉融合，有限元数值模拟有望在质子耦合电子转移机制解析、工业级电解槽放大等关键问题上发挥更大作用，加速能源小分子电催化技术的实际应用。

• 基于深部煤炭地下气化的CO2地质封存潜力及研究进展

  王炜彬, 刘淑琴, 戚川, 刘岳明, 杨瑞召, 蒋斌斌, 李井峰

  深部煤炭地下气化耦合CO₂封存（UCG-CCS）是实现煤炭清洁开发与碳减排的关键技术，在提高燃空腔利用率的同时，将CO2进行地质封存，具有注入性好、密闭性复杂、节约运输成本和埋存潜力巨大等特点，近年来成为CO2封存研究的热点。从机理研究、稳定性评价、封存效能及泄漏监测4个维度系统综述其研究进展：① 深部煤炭地下气化燃空腔深度、温度有利于超临界CO2封存，燃空腔的高渗透性可保证CO2良好注入；气化残焦、灰渣和垮落的岩石具有吸附和矿化能力；与燃空腔内咸水层的长期相互作用有利于CO2溶解封存。② 空腔密闭性与气化煤层厚度、气化面宽度、留存煤柱宽度、地层深度和地质构造等因素有关，通过气化炉结构综合设计确保密闭性；需控制CO2注入压力避免突破盖层压力；CO2地质封存长期运移依赖于长周期数值模拟及工程观测；注入井和生产井是CO2泄漏的重要途径。③ 地下气化燃空腔封存能力取决于燃空腔形貌、产气量和产气组分，目前亟需一种准确的煤炭地下气化燃空腔封存CO2封存能力评价模型。④ 泄漏监测是工程封存CO2必不可少的风险管控环节，CO2封存需长期监测地表变形、井筒泄漏及污染物迁移，但面临地层非均质性、高温腐蚀、信号衰减等挑战，需构建多相渗流模型及环境可持续性指数评估体系保障安全。

• 固体氧化物电解池共电解制合成气技术：结构、性能与衰减机理

  冯仰光, 林科迪, 武安祺, 刘华, 林王林, 张旸, 官万兵

  合成气是一种重要的工业原料，传统的合成气制备方法主要包括天然气重整、煤气化等，但这些方法往往伴随着高能耗、高碳排放等问题。固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC）共电解制备合成气因其高效、灵活、低碳排放等优势，近年来受到广泛关注。在共电解过程中，SOEC的性能衰减是一个重要问题，主要源于电极材料的烧结、电解质的结构劣化、杂质污染等因素。这些衰减机制会导致电解池的内阻增加、催化活性下降，从而降低合成气的产率、能量效率和使用寿命。SOEC的高温运行条件对材料的稳定性和耐久性提出了极高要求，开发新型耐高温、抗衰减的材料是当前研究的重点之一。描述了固体氧化物电解池（SOEC）共电解制备合成气的基本原理、热力学与动力学及其反应途径和运行条件，重点详细阐述了SOEC 3种典型结构结构与共电解制合成气性能及其衰减机理，讨论了燃料极的镍迁移、镍团聚、镍氧化，空气极Sr偏析和空气极/电解质界面分层以及金属连接板材料对空气极的毒化，电解质产生孔隙和裂纹等衰减现象，并指出了基于SOEC的CO2/H2O共电解制合成气面临的挑战。总之，SOEC共电解制备合成气是一种具有广阔前景的技术，其在低碳化工和能源转型中具有重要应用潜力。通过深入研究SOEC的反应机理和衰减过程，有望推动该技术的进一步发展和应用。

• 水泥行业燃烧中碳捕集技术研究及应用进展

  王俊杰, 杨华伟, 朱治平, 蔡军

  水泥行业是CO2排放大户，约占全球CO2排放量7%。碳捕集被视为碳中和“兜底”技术，燃烧中碳捕集具有捕集能力强、过程能耗低、捕集成本小等优势。系统梳理了国内外水泥行业布局的燃烧中碳捕集项目，包括直接分离技术4项，富氧燃烧技术12项，钙循环技术4项。直接分离技术通过间接换热捕集生料分解产生的CO2，围绕该技术国外布局了LEILAC项目，核心为直接分离反应器，两期项目设计碳捕集规模分别为2.5万t/a和10万t/a，一期试验表明分离CO2纯度>95%；国内某公司开发了外燃式旋窑技术，正在建设5万t/a碳捕集示范项目。富氧燃烧技术分为部分富氧燃烧、第1代全系统富氧燃烧和第2代全系统富氧燃烧。部分富氧燃烧技术仅在分解炉内实现富氧燃烧，可捕集60%~75%的碳排放。富氧气氛(O2/CO2)下生料中碳酸钙分解受到抑制，分解炉温度需增加60~70 ℃以获得较高分解率。围绕该技术国内已建设2个项目。全系统富氧燃烧技术在回转窑、分解炉内构建富氧气氛，CO2捕集能力90%~95%。第1代全系统富氧燃烧技术通过烟气循环控制燃烧温度，研究表明富氧气氛对于熟料质量无明显影响，通过参数调整可实现回转窑温度分布与空气气氛一致。与第1代相比，第2代全系统富氧燃烧技术取消了烟气循环系统，回转窑温度通过过剩O2控制，研究表明增加O2当量比具有理想的温度控制效果，围绕该技术国外已布局多个项目。由于CaCO3、CaO分别是水泥原料和熟料的主要成分，且预分解工艺包含分解炉，钙循环技术在水泥行业具有天然优势。重点论述了集成钙循环工艺布置及CLEANKER项目工业试验结果，表明碳捕集率20%~80%，在碳酸化炉温度450~750 ℃，随着温度升高CO2捕集效率明显增强，从0增加至最高100%。围绕碳捕集能力、项目规模、能耗及减排成本、技术风险，对燃烧中碳捕集技术进行了对比分析。我国水泥产量占全球约45%，建议加强新技术研发、加快推进技术工程验证、完善相关配套设施。

• 5000 t/d级富氧燃烧水泥窑全流程设计优化及经济性分析

  高思远, 段元强, 段伦博, 马雷, 杨红彩, 杨俞

  作为基建大国，我国水泥行业碳排放量居高不下，需要合适的碳减排方案。富氧燃烧作为一种碳减排方案，具有碳捕集成本低，捕集效果好等优势，对水泥行业碳减排有着重要意义，但目前仍缺少全流程的方案设计和对应实际生产的系统优化。以产量约5000 t/d的干法水泥产线为参考对象，采用Aspen Plus软件建立了参考机组模型，并验证了模型的准确性。在此基础上，进行了水泥窑富氧燃烧全流程设计，通过工艺流程优化和系统整体热量匹配，有效降低了系统漏风系数，提高了尾部烟气中的CO2体积分数。搭建水泥窑富氧燃烧碳捕集模型，研究在富氧燃烧工况下的水泥窑碳捕集效果与能耗，确定最佳运行工况，并计算碳捕集成本。结果表明：在基础工况下烟气中的CO2湿基体积分数为79.7%，经压缩纯化后的CO2体积分数为99.5%，系统CO2回收率可达97.3%。分析各项影响因素对系统能耗的影响，发现当供氧体积分数为97%，漏风系数为0.03，烟气循环比为0.46，混合氧气体积分数为30%时，碳捕集能耗最低。此外，燃烧气氛中的高O2体积分数有助于劣质煤的掺烧，能够有效降低燃料成本。在最优工况下，按照6 000 h/a运行时间计算，捕集CO2约98.7万t/a，每年因碳捕集所新增加的成本约1.85亿元，折合CO2碳捕集成本为187.4 元/t，相较于传统的燃烧后捕集成本及前人的富氧燃烧碳捕集成本大幅降低。

• 基于流态化活化的煤基燃料O2/CO2燃烧碳捕集技术研究进展

  张海霞, 沈威, 朱治平, 刘晓星, 徐贵玲, 齐晓宾, 曹晓阳, 颜雲飞

  我国承诺将在2030年前推动CO2排放量达到峰值，进而在2060年前达成碳中和目标。目前，煤炭等化石能源在我国能源消费结构中仍占据相当比重，对保障能源供应的稳定性与安全性意义重大。采用碳捕集技术，可以有效降低碳排放，甚至实现近零排放，助力能源转型稳步推进。富氧燃烧是燃烧中碳捕集的核心工艺，具有CO2浓度高、捕集成本低、燃烧效率高、污染物排放少等优势，因而具有广阔的应用前景。为拓宽富氧燃烧技术的燃料适应性并增强其与工业领域的适配性，提出了碳基原料流态化活化技术新思路，采用该技术可制备气固活化态类气体燃料，进而通过类气体燃料的富氧燃烧，实现碳捕集；或通过类气体燃料的富氧气化，制取富CO合成气，用于化学品合成，实现CO2资源化利用。首先剖析了流态化活化技术的基本原理，阐明了CO2在该过程中的作用机制。然后，全面综述了碳基原料经流态化活化后所得煤气的特性和活化半焦的特性，重点探究了活化温度、碳与CO2物质的量比（CC比）、反应气氛、氧气浓度及燃料种类等对煤气组成、煤气产率、煤气热值的影响，同时还研究了这些因素对活化半焦粒径分布、微观形貌、比表面积、孔隙结构、碳架结构、反应活性等的影响规律。此外，梳理了气固活化态类气体燃料在O2/CO2气氛下的气化特性，考察了燃料特性、CO2浓度和O2/C物质的量比等对气化性能指标的影响；梳理了气固活化态类气体燃料在O2/CO2气氛下的燃烧特性，总结归纳了NOx排放规律及反应调控机理。最后，对流态化活化技术进行了总结和展望，以期为工业领域燃烧中碳捕集技术及CO2的大规模资源化利用提供理论依据和数据支撑。

• 深度空气分级模式下煤氨混燃NOx生成特性的试验研究

  崔立明, 李雄威, 张仪祥, 张素, 初伟, 李明, 谭厚章, 王学斌

  在全球碳减排的背景下，氨作为一种廉价、安全、易储存和运输的零碳燃料越来越受到关注。利用氨来替代煤炭燃烧发电，是促进清洁能源消纳、减少碳排放的重要途径。氨热值低、燃烧速度慢和NOx排放高是在燃煤锅炉中掺烧氨时所面临的难点。在两段式沉降炉反应系统开展了深度空气分级条件下煤氨混燃的试验，研究了温度、分离二次风比、掺氨方式对煤氨混合燃烧时NOx生成特性的影响。试验结果表明，一次风掺氨时，NO排放随温度升高单调增加，在1200 ℃后排放急剧升高；NO随分离二次风比的增加先降低后上升，最佳分离二次风比在30%左右。分离二次风掺氨时，由于NH3的SNCR效应，NO排放在1100 ℃以下都较低，低掺烧下甚至与纯煤燃烧相当，随着分离二次风比的增加，NO排放先下降后上升，最佳分离二次风比为20%。试验证明通过调整合适的反应温度和配风可以在掺烧比低于20%时控制煤氨混燃NO排放与纯煤燃烧相比不增加，且CO排放和飞灰含碳量都低于纯煤燃烧。

• 半焦掺混生物质无焰富氧燃烧NOx机理模拟研究

  吴佳佳, 李鹏飞, 张富强, 成鹏飞, 彭学平, 赵亮, 代中元, 柳朝晖

  随着煤化工行业的快速发展，产生了大量半焦，但其大规模低碳利用仍存在挑战。半焦挥发分含量较低，在燃烧过程中常面临着火困难和燃尽率低的问题。掺混燃烧特性相对较好的生物质可望改善半焦的燃烧性能，提高燃尽率。由于半焦固定碳含量较高，燃烧会产生大量CO2。无焰富氧燃烧既能实现高浓度CO2捕集，又能显著降低NO排放。但是目前半焦掺混生物质在无焰富氧氛围相关的研究较少，氮转化特性尚不明确。为了研究无焰富氧气氛半焦和生物质掺烧的燃料氮转化特性，采用数值模拟方法，在对模型进行详细验证的基础上，深入探讨生物质掺混比对掺烧过程氮转化特性的影响，并对不同类型NO的单独贡献进行分析。结果表明：无焰富氧燃烧下，炉内烟气的卷吸效应始终保持在较高水平。随着生物质掺混比增大，炉内高温区提前，峰值温度升高，同时低氧区范围扩大，挥发分含量增加，CO含量增多并且分布区域更广；与纯半焦燃烧相比，纯生物质燃烧的峰值温度升高了105 K。当生物质掺混比为25%时，出口总NO浓度显著降低；当生物质掺混比在50%～100%时，出口总NO浓度无明显变化。出口总NO浓度主要由燃料型NO生成量和NO再燃量决定，其中燃料型NO起主导作用。随着生物质掺混比由0增大到75%，NO再燃量由5×10−6增加到35×10−6。当生物质掺混比小于50%时，燃料型NO生成量不断降低，其中半焦NO的生成减少占主导地位，生物质NO的增加对燃料型NO的影响有限。推荐采用25%的生物质掺混比，在此条件下能有效抑制NO的生成；与纯半焦燃烧相比，此时出口总NO体积分数降低了33%，主要是因为燃料型NO生成量减少了30%，而NO再燃影响相对较小。

• CO2低温催化解吸研究进展及展望

  初浩展, 张洪宇, 李博文, 曾少娟, 张香平

  近年来，工业化石燃料的持续消耗导致CO2排放量快速增长，成为加剧温室效应与全球气候变化的主要诱因，如何减少碳排放成为了亟待解决的挑战。以单乙醇胺为代表的醇胺水溶液化学吸收法因其优异的CO2吸收性能和较高的成熟度，被认为是燃烧后CO2捕集的关键技术之一。然而，该技术因再生过程能耗高、高温下溶剂挥发降解造成损耗大等问题，导致其大规模应用受到严重制约。催化解吸技术是在富CO2吸收溶剂中引入固体酸催化剂，通过加速质子转移和促进C—N键断裂来降低CO2解吸过程的活化能，提升CO2解吸效率，降低解吸温度，从而降低溶剂再生所需的显热和潜热，不仅实现再生能耗的大幅降低，同时减少溶剂蒸发和损耗，展现出巨大应用潜力，也成为国内外研究热点。本文系统综述了近5年来CO2催化解吸领域固体酸催化剂的研究进展，重点总结了固体酸催化剂的种类和特点、催化剂结构−解吸性能关系以及强化CO2解吸过程的作用机制，深入探讨了不同催化剂中Lewis酸位点、Brønsted酸位点以及碱性位点等在CO2催化解吸过程中的协同效应与反应路径，最后提出了现有CO2催化解吸研究中存在的关键科学问题和未来发展方向，以期为CO2催化解吸技术的发展提供基础和理论支撑，推动该技术在大规模、低成本碳捕集领域的工业化应用。

• 化学吸收法捕集CO2的研究进展、性能对比与展望

  王振, 李玥, 李胜

  二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）是温室气体减排的必要手段，也是实现化石能源低碳化利用的唯一手段。化学吸收法因其适应性广、工艺成熟等优势是当前碳捕集的主流技术之一，但仍然面临着能耗和成本较高的难题，高性能吸收剂的研发是解决上述问题的关键。基于化学吸收剂代际演进与多性能评价视角，系统性地分析了各代吸收剂的优缺点、研发现状、存在的问题，解析了各代吸收剂发展的驱动力及研发趋势；其次，全面量化对比了各代吸收剂在吸收容量、黏度、挥发性、降解性、再生能耗等关键指标的代际差异性，研判了当前的研究热点与趋势；最后，对化学吸收法捕集CO2亟需突破的方向进行了展望并给出了相关发展建议。整体而言，经过多代发展，吸收剂已经在降能耗等方面取得了很大进步，但仍存在着高负载−低能耗−低黏性−低降解难协同、解吸温度较高等难题，建议从吸收剂量化评价及数据库建立、人工智能模型开发、低温再生吸收剂研发、再生与低品位热能利用工艺结合、外场−催化协同工艺、多代技术融合方面进行研发突破，协同提升捕集效率与经济性。

• 金属掺杂对中高温CO2吸附剂结构及抗烧结性能影响研究进展

  李路路, 徐玉凤, 荆洁颖, 李文英

  随着环境污染问题日益严重，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术成为缓解气候变化的重要手段，固体吸附剂因其高效捕集能力得到了广泛的关注与应用。在固体吸附剂中，MgO和CaO基吸附剂因来源广泛、价格低廉及理论吸附容量高等优点被广泛研究，但在吸附解吸循环过程中，随着循环次数的增加，吸附剂颗粒发生聚集、孔隙减少以及比表面积降低，导致吸附剂活性明显发生衰减，限制了MgO和CaO基吸附剂在工业中的广泛应用。因此，提升MgO和CaO基吸附剂的抗烧结性能成为研究热点，通过掺杂金属元素可以改善其稳定性。为了研究者可以更有目的地选择和设计掺杂元素，重点总结了掺杂金属元素对MgO基吸附剂和CaO基吸附剂的不同作用机制以及不同金属元素掺杂后对吸附剂结构和性能的影响，一方面，可以通过添加金属氧化物制备复合材料，掺杂具有高塔曼温度的金属氧化物可以作为惰性组分阻碍吸附剂颗粒聚集和结构坍塌；掺杂富含氧空位的金属氧化物可以增加吸附剂的氧空位促进CO2分子的扩散和O2−离子的迁移，氧空位的存在还可以构建固态离子传输通道，在碳化过程中产生独特的3阶段机制（反应–耦合–扩散），从而提高吸附剂抗烧结能力及吸附性能。另一方面，通过掺杂碱金属元素使得MgO基吸附剂和CaO基吸附剂发生晶格畸变，产生更高浓度的晶体缺陷，从而提高离子迁移速率，基于表面反应提高CO2的吸附动力学从而加快碳酸化反应速率，增强CO2吸附性能。上述不同作用机制可能在多种金属共同掺杂时同时存在对吸附剂产生影响，并且不同的掺杂元素可能在不同的机制中起主导作用，通过合理选择和设计掺杂元素，可以显著提升MgO和CaO基吸附剂的抗烧结性能和吸附性能。今后，应重点关注掺杂金属后如何提升吸附剂的再生效率及降低反应能耗、探究掺杂作用机制相同的金属对吸附性能的影响规律以及在工业应用条件下对吸附剂进行性能评估，筛选出适合掺杂的金属元素为以后实验研究提供参考，有助于设计价格低廉且性能良好的金属元素掺杂吸附剂，进而推进吸附剂在工业中大规模应用。

• 氨/煤混燃中细颗粒物和氮氧化物生成特性的试验研究

  张勇, 崔保崇, 阮仁晖, 李明, 蒋禾青, 王学斌, 谭厚章

  近年来，氨气(NH3)作为一种富氢无碳燃料，被视为最具发展潜力的无碳可再生替代能源，将其与煤粉进行混合燃烧是降低火力发电过程中碳排放的有效方法之一。针对氨煤混燃过程中的细颗粒物和氮氧化物(NOx)排放，本研究在二段式一维沉降炉上开展了NH3/煤混燃实验，在NH3/煤在高温区的长停留时间，探究了掺NH3比例对细颗粒物、NOx排放、氨逃逸和燃尽特性的影响。实验结果表明，细颗粒物产率随着掺氨比例先增加后降低，然后再次增加。在掺烧比例为30%时细颗粒物产率达到了最低，且低于纯煤工况。此外，随掺烧比例的增加，NOx排放展现出了与细颗粒物产率相同的趋势，而NH3逃逸随着掺烧比例增加而增加。随着掺氨比例的增加，NH3对炉内CO的氧化呈现出双重影响，在掺烧比例低于30%时，NH3为CO的氧化提供了额外的OH自由基，促进了CO的氧化；但超过30%后，NH3氧化消耗了过多的氧气，抑制了CO氧化，导致CO排放呈现出先增加后降低的趋势。NH3的气相反应促进了煤粉的脱挥发分反应，强化了煤粉颗粒的破碎，有利于其孔隙结构的发展，促进了半焦的氧化反应，飞灰未燃尽碳含量随着掺烧比例增加而逐渐降低。以上结果有利于进一步理解NH3/煤混燃中污染物的排放特性，为大型燃煤机组大比例掺烧氨气技术的开发提供了数据支撑和理论指导。

• 水泥工业氧－燃料燃烧碳捕集技术研究进展

  周月桂, 王玉亭, 黄冠硕, 陈涛

  水泥工业作为高能耗高排放的主要工业领域之一，其二氧化碳（CO2）排放控制已成为学术界和工业界关注的热点。氧－燃料燃烧技术是水泥工业高效低成本二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）的重要技术之一，对减少CO2排放和提升水泥熟料产量具有重要意义。系统综述了水泥工业增氧燃烧、部分氧－燃料燃烧以及全氧－燃料燃烧技术在试验研究、数值模拟、流程优化和工业应用方面的研究进展。增氧燃烧技术通过提高燃烧空气中氧气体积分数来提高燃烧温度、热效率和增加熟料产量，其最佳氧气体积分数一般在27%～30%，该技术已在国内外多个水泥生产线上应用，取得了较好的节省燃料和增产效果。部分氧－燃料燃烧是在分解炉中采用氧－燃料燃烧的碳捕集技术，该技术能够提高CO2体积分数并减少NOx排放，但需要适当提高分解炉温度以维持相同的石灰石分解率，燃料消耗量也会有所增加。全氧－燃料燃烧技术是在分解炉和回转窑中均采用氧－燃料燃烧的碳捕集技术，可获得高CO2体积分数的烟气，是水泥工业碳捕集技术的未来方向。为了实现与空气气氛相同的炉内温度和产品质量，全氧－燃料燃烧的总体氧气体积分数一般在27%～29%，需要进一步优化以确定分解炉和回转窑氧－燃料燃烧器一二三次风氧气体积分数的合理分配。通过对水泥工业氧－燃料燃烧改造方案的技术经济性分析，其CO2捕集成本一般在200～250元/t，低于燃烧后化学吸收碳捕集技术的成本，表明水泥工业氧－燃料燃烧碳捕集技术具有较好的经济性。未来水泥工业氧－燃料燃烧碳捕集技术将进一步向高效率低成本低能耗方向发展，聚焦全氧－燃料燃烧关键技术研究开发、低成本制氧技术以及与可再生能源电转气和可再生合成燃料等技术的深度融合，最终实现水泥工业CCUS和净零CO2排放。

• 基于燃煤电厂CO2捕集与资源化利用的新型电–热–化多联产系统

  张佳豪, 韩朝翰, 吴影, 袁钰阳, 段元强, 马吉亮, 陈晓平

  燃煤电厂CO2捕集与资源化利用对实现“双碳”目标意义重大。为降低燃煤电厂CO2捕集与资源化利用过程的能耗与经济成本，提出一种基于燃煤电厂CO2捕集与资源化利用的新型电–热–化多联产系统。以燃煤电厂富氧燃烧系统、可再生能源水电解制氢系统及CO2加氢制甲醇系统为研究对象，采用模拟计算方法开展了新型电–热–化多联产系统的集成优化研究，并分析其热经济性能。在物料传递方面，燃煤电厂富氧燃烧捕集的CO2和可再生能源水电解产生的H2用作CO2加氢制甲醇；水电解产生的副产物O2用于燃煤电厂的富氧燃烧。在能量集成方面，燃煤电厂为CO2加氢过程中提供电力和热量，CO2加氢过程的余热被回收到燃煤电厂和供热系统，获取额外的发电和供热。热力学分析结果显示，近80%燃煤电厂富氧燃烧捕集的CO2可用于生产甲醇，所提新型系统的物料匹配良好。基于毛发电量600 MW燃煤电厂的集成优化，所提方案的净发电量、供热和甲醇产量分别达到 449.06 MW、217.17 MW和201.70 t/h，实现了电–热–化的多联产过程。经济性分析结果显示，由于供热系统带来了额外的经济收益，所提方案的发电成本降至63.26美元/MWh，低于常规燃煤电厂CO2捕集耦合系统的发电成本；同时，由于所提方案中CO2加氢制甲醇系统节省了CO2原料成本和燃料动力成本，甲醇成本降至696.71美元/t，其中，可再生能源水电解制取的H2价格对甲醇成本具有决定性影响，降低H2价格对新型电–热–化多联产方案走向工程化应用至关重要。

• 循环流化床锅炉炉内原位催化脱硝技术研究及应用

  陈千惠, 齐文义, 郝代军, 李小苗, 黄延召, 孟学峰, 邓向军

  循环流化床锅炉烟气NOx污染控制多采用选择性非催化还原技术（Selective Non-catalytic Reduction，SNCR）、选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction, SCR）、低温氧化技术(Low Temperature Oxidation, LoTOx)或联合技术以实现烟气污染物的达标排放，繁杂的设备与剂耗为生产运行带来了更高的成本压力。为进一步控制循环流化床锅炉脱硝成本，根据炉内含氮化合物形态演变机制，制备了循环流化床锅炉炉内原位脱硝催化剂，并在实验室固定床、燃煤CFB锅炉中型反应器及工业锅炉上开展了催化剂应用性能评价。固定床评价条件下能够实现99%的NO脱除率；燃煤CFB中型燃烧器条件下，脱硝率为63.1%~78.1%，且具有优异的抗烧结性能；工业锅炉应用结果表明，投加炉料质量比5%的脱硝催化剂时，炉内NOx体积分数能够降低60%以上，并有效提高燃料效率。炉内原位脱硝催化剂的制备与应用，能够有效降低后续脱硝单元负荷，为循环流化床锅炉烟气污染控制提供了更具经济性和实用性的技术选项。

• 基于ReaxFF的煤超临界水气化无机硫迁移的分子动力学研究

  朱非环, 黄成炜, 刘单珂, 徐加陵, 于立军

  煤炭的超临界水气化制氢技术前景广阔，然而气化过程中生成的有毒硫化物限制了该技术的进一步发展。因此，开展煤炭超临界水气化过程中的硫迁移机理研究，对煤炭超临界水气化硫元素定向调控方法的建立具有重要意义。无机硫的迁移是煤炭超临界水气化过程硫迁移机理的重要组成部分，以煤炭中无机硫的主要赋存载体—黄铁矿为研究对象，建立了多种工况下黄铁矿超临界水气化的分子动力学模型，总结了H2、H2S等关键产物的变化规律，并使用动画追踪硫的脱出转化过程以获得迁移路径图。结果表明：提高温度在促进氢气生成的同时可以抑制硫化氢气体的产生，且有利于硫元素以自由基团的形式从黄铁矿中脱离；增加超临界水分子数量促进了硫原子脱离黄铁矿且可以提升氢气的产量，但不会促进硫化氢气体的生成。在硫的迁移方面，硫原子的迁移分为热解脱离与水分子协助脱离2种方式，其中热解脱离发生在反应的前期，水分子协助脱离则是硫原子的主要迁移方式，硫的最终存在形态为HOS、H2OS等含硫基团及H2S气体，含硫基团占据了脱出硫原子总量的80％以上。黄铁矿团簇演化的另一关键步骤是氧原子键入团簇，其主要过程为水分子中的氧原子与铁原子成键并由团簇外侧逐渐向内部移动。