洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2025年第5期

• 多模态原位表征技术在COx加氢反应中的应用

  闫子怡, 曾杰

  COx加氢反应是实现废气资源高值转化的重要催化过程，其反应机制涉及复杂的传热、传质、表面反应以及催化剂表面−体相的动态演化等。随着催化体系结构复杂化和反应条件的工业化，单一的离位或静态表征手段在空间分辨率、时间响应能力和反应一致性等方面的局限性愈发明显，难以满足对反应中间体、活性中心以及构效关系的深入理解需求。近年来，多模态原位表征技术的快速发展为深入揭示COx加氢反应过程中的关键结构信息与反应路径提供了新的工具。这类技术通过在真实或近真实反应条件下实现多信号同步采集，结合高时空分辨率的探测能力，使得研究者能够从气相物种行为、催化剂表面电子态变化、活性位点演化到整体结构稳定性等多个维度进行系统观测。多种表征技术协同使用正在逐步突破单一手段在气氛适应性、信息类型单一和动态结构解析能力等方面的局限，为复杂催化体系构建结构−反应−性能关联提供支撑。通过同步辐射真空紫外光电离质谱（SVUV−PIMS）、稳态同位素瞬变动力学分析技术（SSITKA）、红外光谱（IR）、荧光分子原位测温技术、可调入射光能量/掠入射角度的X射线光电子能谱（XPS）、原位X射线衍射技术（XRD）以及原位穆斯堡尔谱等表征技术，研究者能够在真实反应条件下，对催化体系的组成、电子结构、动力学行为等关键特征进行系统观测与定量分析，从而更清晰地了解反应中间体的变化及表面偏析等过程，为高选择性催化剂的设计提供科学依据。

• 规模化氢运输方式的技术经济性比较

  张志银, 胡慧敏, 杨洁, 何正光, 王雅钦, 温昶

  未来集中式制氢方式相较于就地制氢用氢的方式，更具规模潜力。传统的氢气运输方式难以满足安全高效的要求，亟需研发氢气压缩、液化、以及新型载氢材料等氢运输技术，以解决氢气运输中的技术难题。本文利用氢气运输场景分析模型（Hydrogen Delivery Scenario Analysis Model，HDSAM），以北疆绿氢城鄂尔多斯为例，对不同运氢规模下管束拖车、液氢罐车、纯管道及管道和管束拖车相结合的四种运输方式的总储运成本进行计算，分析影响氢气总储运成本的关键因素，细化不同运输方式和距离下的具体成本，探究近期（2023—2030年）的低成本氢气储运方案，并提出可行性建议。结果表明不论是否将加氢成本包含于总储运成本当中，每年0.8万t和4.2万t的运氢规模下，100 km距离之内管束拖车的运输成本最低，约为33.43～34.77 元/kg；若不将加氢成本包含在总储运成本中，每年0.8万、4.2万t以及11.8万t的运氢规模下，液氢罐车在200～400 km距离之内储运成本（37.32～46.16 元/kg）都是最低。管束拖车和管道相结合的运输方式在每年11.8万t的运氢规模和100～400 km的运输距离下，总储运成本（32.29～35.18 元/kg）最低，若不计入加氢成本，则液氢罐车在400 km以内成本最低。纯管道运输方式在每年11.8万t运氢规模内，和其它3种方式的经济性，尚不具有可比性。当每年运氢规模超过41.6万t时，纯管道在1 000 km的长运输距离下，总储运成本会低于管束拖车，稍稍高于液氢罐车。

• 1 000 MW燃煤机组掺烧沙柳成型燃料制粉和燃尽特性

  郭幸超, 董帅, 苏国新, 李磊, 李小东, 郭海军, 杨富鑫, 谭厚章, 张良, 王学斌

  掺烧生物质是煤电机组实现低碳化改造的重要路径之一。为探索大型燃煤机组磨煤机耦合直接掺烧生物质颗粒的可行性，在国内首次利用某1000 MW机组现有的制粉和燃烧系统开展了煤粉炉掺烧沙柳成型颗粒试验，分析了中速磨磨制成型生物质颗粒的制粉特性和安全性，并研究了生物质掺烧对燃尽和粉煤灰特性的影响。试验结果表明，沙柳成型颗粒经中速磨磨制后的料粒径主要集中在1000 μm以下，中速磨研磨沙柳成型颗粒具有可行性，磨机安全，制粉的最大出力可达设计磨煤出力的40%以上。生物质掺烧会使粉煤灰中出现较多的黑色大颗粒，并显著改变粉煤灰粒径分布特性，其中100~180 μm的颗粒占比减小，而50~75 μm的颗粒占比增大，且不同粒径区间不规则形状颗粒占比均有所增加。此外，飞灰含碳量随生物质掺烧量增加逐渐升高，生物质掺烧量由25 t/h增加至40 t/h时飞灰含碳量从0.77%升高至1.01%，生物质掺烧量为45 t/h时飞灰含碳量明显上升，升高至1.69%。进一步根据灰平衡理论对机组掺烧生物质的飞灰含碳量和燃尽率进行分析，发现生物质的飞灰含碳量随掺烧量增加先小幅波动后显著上升，但均维持在13%以上，而燃尽率呈现先小幅波动后显著下降的趋势；当掺烧量为25~40 t/h时，燃尽率均保持在99%以上，但掺烧量增加至45 t/h时，燃尽率略微下降。尽管掺烧后生物质飞灰含碳量有所增加，但考虑到生物质灰分含量低等原因，实际燃尽效率仍较高，生物质掺烧后总体对燃料燃尽影响并不显著。因此，大型燃煤机组磨煤机耦合直接掺烧沙柳成型颗粒具有较高的可行性，但需合理控制生物质粉料粒径和掺烧比例以确保燃烧效率和锅炉运行稳定性。本研究对我国大型燃煤机组磨煤机耦合直掺生物质具有重要参考意义。

• 10 MWel级循环流化床生物质空气气化气固产物特性

  鲁许鳌, 张家富, 罗世文, 高大明

  为了反应器设计和运行参数优化与生物质半焦的增值利用，在气化试验的基础上分析了稻壳气化的燃气成分、产气参数，使用多种方法表征分析了生物质半焦的表面形貌、物理特征和碳质结构。燃气分析结果表明：燃气中CO的体积分数最高，大约为18%，H2的体积分数为7%左右，燃气热值为5.48 MJ/m3左右，属于低热值燃气。稻壳半焦的物理特征分析表明：半焦的主要元素为C、O、Si和K。半焦的BET比表面积为21.7742 m2/g；小部分粒径为1～10 μm和100～300 μm，大多数粒径为10～100 μm。半焦多数孔是孔径为2～10 nm的中孔，并且存在少量微孔和大孔，平均孔径为7.0496 nm，总孔体积为0.050907 cm³/g。X射线衍射分析说明半焦含有石英晶型的SiO2，碳的无序性较高，石墨化程度低。红外光谱分析说明半焦的大分子结构含有—OH、C=C和C—O键等官能团。拉曼光谱分析表明半焦含有石墨结构，D1峰与G峰的强度比(ID1/IG)为7.93，半焦的碳质结构有较高含量的缺陷碳和无定形碳结构。

• 煤氨混燃对600 MW燃煤锅炉燃烧与炉膛传热兼容性影响

  孔祥玮, 崔利群, 李雄威, 崔立明, 牛涛, 张文振, 周末, 陈亮

  为了探明大比例氨掺烧对燃煤锅炉的燃烧与炉膛传热的影响，以某600 MW四角切圆燃煤锅炉为研究对象，通过数值模拟探讨了不同掺氨比例下炉膛燃烧及传热特性，分析了锅炉炉膛对掺氨的燃烧和传热兼容匹配特性。研究结果表明：各燃烧器均匀喷氨条件下，掺氨比例在0～50%掺氨燃烧对炉膛速度场的影响较小，燃烧器四角切圆保持良好，虽炉膛纵向烟气流动速度有所增加，但不影响燃烧稳定性。相比纯煤燃烧时，50%掺氨情况下的平均烟速增加9.4%，炉膛出口烟气速度提升约1.5 m/s。这是掺氨燃烧后炉膛内烟气总量增多所致，50%掺氨比时燃烧产生的烟气总量较纯煤燃烧增加约10%。掺氨燃烧后炉内火焰温度明显降低，这一现象归因于NH3的理论火焰温度低于煤的理论火焰温度，在保持炉内总输入热量不变的条件下，掺氨燃烧后烟气流量和比热容的增大共同导致了温度降低。此外，随着掺氨比例的增加，炉膛折焰角截面烟温略微降低，折焰角处高温区主要集中在炉膛中心区域，表明0～50%比例掺氨燃烧不会导致炉膛壁面发生超温结渣现象，保证了锅炉的安全稳定运行，但炉膛辐射换热能力减弱。炉膛出口处NH₃摩尔分数几乎为0，表明氨在炉内完全燃烧且无逃逸现象。掺氨燃烧后，炉膛壁面热通量分布比纯煤燃烧更为均匀，炉膛换热量略有减小。综上，该锅炉对掺氨0～50%时的燃烧和传热具有较好的兼容性，研究结论可为燃煤锅炉煤氨混燃技术提供理论和技术指导。

• 燃煤锅炉混氨燃烧对炉内辐射传热影响

  杨铁强, 曹建军, 张文振, 谢妍, 刘欣, 李明, 牛涛, 王赫阳

  氨煤混燃是燃煤机组碳减排最具潜力的技术发展方向之一。但由于氨与煤在燃料热值、燃烧特性、燃烧产物成分及其辐射特性等方面均存在显著差异，氨煤混燃可能显著影响锅炉的传热分布和蒸汽参数，成为制约氨煤混燃在燃煤机组应用的潜在问题。为研究氨煤混燃对锅炉辐射传热特性的影响，构建了适用于氨煤混燃的三维CFD数值模型，并对氨煤混燃条件下的炉膛流场、温度场及传热分布特性进行了数值模拟研究。由于在氨煤混燃条件下，烟气中CO2和H2O成分将随混氨比例在很宽的范围内变化，远超出目前煤燃烧CFD模型计算气体辐射吸收系数所普遍采用的Smith灰色气体加权和（Weighted-sum-of-gray-gases, WSGG）模型的适用区间，使计算无法准确体现炉内辐射气体成分变化对辐射传热的影响。为此，将适用于更宽烟气成分范围的Johansson WSGG模型结合进入CFD数值模型框架，使模型适用于锅炉氨煤混燃辐射传热的计算。在此基础上，对某600 MW锅炉不同混氨比例条件下的炉内流场、温度及辐射传热特性与纯煤燃烧工况进行了对比分析。研究结果表明，采用Simth WSGG模型计算炉内烟气辐射系数在高混氨比例下将显著高估水冷壁的辐射吸热量；在入炉总热值不变条件下，由于入炉空气量和炉内烟气量相近，氨煤混燃工况与纯煤燃烧工况具有相近的流场分布和温度分布。因此，低混氨比例下（< 20%）氨煤混燃不会显著影响锅炉水冷壁的辐射吸热量。

• 40 MW燃煤锅炉混氨燃烧NOx生成特性数值模拟

  刘佳宁, 张文振, 刘欣, 谢妍, 李驰, 李明, 牛涛, 王赫阳

  氨煤混燃是燃煤机组实现碳减排最具潜力的技术发展方向之一。但由于NH3燃料含氮量高，氨煤混燃可能导致锅炉NOx排放的大幅上升，成为限制燃煤电厂采用氨煤混燃的主要瓶颈。因此，亟需深入研究氨煤混燃的NOx生成特性，为实现锅炉混氨燃烧NOx排放的有效控制提供理论基础。以40 MW工业尺度燃煤锅炉为研究对象，采用CFD数值模拟研究混氨比（R_\mathrmNH_3 ）对锅炉NOx生成的影响。锅炉NOx排放质量浓度模拟结果表明：在20%燃尽风率下，锅炉NOx排放质量浓度随R_\mathrmNH_3 增加呈先升高后降低趋势，在R_\mathrmNH_3 =5%时达到最大值197 mg/m3，在R_\mathrmNH_3 =25%时降至95 mg/m3，低于纯燃煤工况的137 mg/m3。模拟结果与40 MW锅炉混氨燃烧试验结果在定性和定量上皆良好吻合。NOx排放随R_\mathrmNH_3 增加的这种变化趋势是由于NH3燃烧存在NO生成和还原2条主要反应路径，NO在炉内的生成主要由燃烧初期高O2体积分数下NO的生成和后期低O2体积分数下NO的还原2个阶段构成，这2个阶段的NO生成和还原量综合决定了锅炉NOx排放量。模拟结果显示，尽管随R_\mathrmNH_3 增加，NO在炉内的整体生成和还原速率皆明显增加。但在R_\mathrmNH_3 = 0~ 5%，NO生成速率增速高于还原速率增速，而在R_\mathrmNH_3 = 5% ~ 25%，NO还原速率增速则高于生成速率增速，使NO的净生成速率在R_\mathrmNH_3 = 0 ~ 25%呈先上升后下降的变化趋势，这是40 MW锅炉氨煤混燃试验所观测到的NOx排放随R_\mathrmNH_3 增加呈先升后降趋势的原因。研究结果揭示了NH3的NO生成和还原反应路径相互竞争机制对锅炉氨煤混燃NOx排放的关键影响，为实现大容量燃煤锅炉氨煤混燃NOx排放控制提供了理论参考。

• 适应煤电低碳化的二氧化碳化学利用产业进展

  张彤昀, 杜文韬, 陈倬, 庄原发

  在全球气候治理与能源结构转型的双重驱动下，煤电行业的低碳转型势在必行。然而，作为我国能源安全的“稳定器”与“压舱石”，煤电在新型电力系统构建与能源转型过程中仍扮演着至关重要的角色。在此背景下，耦合二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术的煤电低碳化改造策略为解决这一矛盾提供了关键方向，其中，碳捕集与利用（CCU）技术，尤其是二氧化碳（CO₂）的化学利用产业，通过“以用代封”的新模式将CO₂转化为高附加值下游产品，有望实现碳减排与碳循环经济增效的双赢，推动煤电行业向“负碳”转型。首先对煤电低碳化改造的核心内涵及现状展开讨论，分析其战略意义及建设方向，提出CO₂化学利用产业的碳减排应用前景。在此基础上，分析了煤电低碳化背景下CO₂化学利用技术的最新进展，涵盖其技术现状、产业发展动态及面临的挑战与机遇，并从技术层面剖析了CO₂加氢制烃类化合物、甲醇、合成气、甲酸、二甲醚以及矿化产品、石墨烯、碳纳米管、可降解塑料等碳材料的制备及应用前景。然而，CO₂化学利用技术在产业化进程中仍面临技术成熟度低、成本效益难平衡、市场机制不健全等挑战。未来，应聚焦高效催化剂研发、转化工艺优化，并结合有利政策持续推动工业化应用示范。从战略上看，以煤电低碳化改造为契机，构建“液态阳光−甲醇经济”耦合型产业体系和以“煤电−化工−绿氢”为典型代表的一体化“区域碳枢纽”发展模式，深化CO₂化学利用技术对于推动碳资源循环经济发展和“双碳”目标实现均具有重要意义，其核心发展路径在于推动关键技术创新与产业协同的绿色发展。通过技术创新、政策引导与市场机制的综合优化，CO₂化学利用产业有望在煤电低碳转型中发挥核心作用，助力我国在全球碳中和市场竞争中占据技术优势。

• 碳减排量认可度影响煤电CCUS技术经济可行性的沙盘推演

  蔡斌, 陈绎弛, 谢诗泽, 杨明煜, 李铖炜, 薛禹胜

  碳捕集、利用与封存（CCUS）技术是电力系统低碳转型必不可少的支撑技术之一，但目前中国尚未出台相关的政策机制来认定CCUS的碳减排量。这使得当前煤电CCUS仅可从有限的实物CO2市场中获得部分经济收益，而无法在碳排放市场上获得碳减排收益，抑制了煤电CCUS技术的投资积极性，不利于中国双碳目标的实现。本文搭建了颗粒度精细至机组级的中长期电源结构转型技术–经济–排放仿真模型，以年为时间步长，实现了CCUS煤电厂的发电量、排放量、捕集量、利用量、封存量、各类成本以及各类收益指标中长期时序轨迹的仿真推演，并据此量化分析了碳封存量与碳利用量的碳减排量认可度系数对煤电CCUS经济性的影响，实现了给定CCUS政策目标（如确保CCUS收支平衡）下的碳封存量和/或碳利用量的认可度系数计算方法。研究结果表明，对CCUS碳减排量给予认可将能够改善煤电CCUS的经济效益，本文提出的CCUS碳减排量认可度计算方法可根据政策目标、碳排放成本、CCUS成本等因素的变化而动态更新碳封存量和/或碳利用量的碳排放认可度标准，支撑相关政策措施的制定，助力煤电CCUS高质量发展。

• 30万m3/h电厂烟气碳捕集系统能流特征与热量耗散途径

  王志勇, 王朝威, 张良, 杨晋宁, 杨东泰, 刘毅, 杨阳, 徐冬, 魏小林

  介绍30万Nm3/h电厂烟气碳捕集系统与电厂热力系统物质与能量耦合原理。分析典型工况下碳捕集系统的物质流与能量流全过程，明确煮沸热耗散于物流显热（45.10%）和再生工艺热（54.90%）的份额，以及再生工艺热中化学反应热（70.14%）和汽化潜热（29.86%）的份额。在5种冷却耗散途径中，再生气冷却器5热量品位最高（等级80 ℃），耗散占比9.13%，其次为热量品位第2（等级60 ℃）、占比最大26.77%的贫液进吸收塔冷却器4，二者可相互转化，是余热利用的关键环节。研究改变碳捕集率和保持碳捕集率调整不同因素（富液分流、贫富液换热端差、贫液负载、吸收剂浓度及比例（MEA:MDEA）等）对冷却耗散和潜显热耗散比的影响规律。结果表明仅调整碳捕集率不会影响潜显热耗散比（0.34），富液分流可显著改变潜显热耗散比，自富液分流比例0.05下的0.63快速下降至0.20下的0.11。缩小贫富液换热端差可快速提高潜显热耗散比，可从12 ℃端差下的0.22提高至6 ℃下的0.44。贫液负载从0.19上升至0.28时，潜显热耗散比从0.48下降到0.12。提高吸收剂比例后（0.5~2.0），再生过程中水分蒸发需求扩大，潜显热耗散比显著增加（从0.11快速上升至0.65）。

• 大规模煤电碳捕集装置的试验研究及测试

  赵瑞, 黄艳, 郑旭帆, 董文峰, 余学海, 高礼

  碳捕集技术是解决我国电力行业CO2排放的重要技术手段，为了指导煤电机组大规模碳捕集装置吸收剂、工艺、设备的选择，掌握煤电化学吸收法碳捕集装置的实际运行规律。依托国能锦界已建成的15万t/a碳捕集装置，该装置采用了新型节能工艺、新型吸收剂及优化设备，并实现了长周期运行，综合考虑碳捕集装置吸收剂胺浓度、吸收剂CO2负荷、污染物排放、捕集率及再生热耗等关键性能指标，研究提出针对性的测试方法，测试复合胺吸收剂在工业尺度的碳捕集装置的性能指标，分析碳捕集装置主要创新节能工艺效果，结合碳捕集装置的运行情况，综合比较3种节能工艺级间冷却、富液分流和贫液闪蒸压缩工艺(MVR)的效果，进一步研究碳捕集装置吸收塔顶的污染物排放与吸收塔水洗温度的规律。结果表明，吸收剂气液比显著影响吸收塔气液传质过程，因此对再生热耗、工艺参数均有较大影响，当气液质量比在4～4.1时，碳捕集系统的再生热耗最优；级间冷却工艺可提高吸收塔的吸收性能，当级间冷却温度为40 ℃时，效果最佳时再生热耗降低约9.7%；吸收塔出口的温度应控制在40～50 ℃范围内污染物排放水平可控；富液分流有效回收系统热量，当富液分流比例约5%时，再生热耗降低约12%；MVR工艺节能效果与压差紧密相关，该套碳捕集装置的整体再生热耗可达到2.35 GJ/t。

• 基于喷雾团聚熔盐改性MgO基CO2吸附剂颗粒脱碳性能

  蔚新宽, 赵传文, 高悦悦, 秦雪

  MgO基吸附剂的脱碳在CO2捕集和碳减排领域具有广阔的应用前景。然而，早期采用传统的成型方法，如浸渍法、挤压−滚圆法和溶胶−凝胶法以及球磨法，在工业放大过程中遇到了许多挑战。因此，迫切需要一种便于大规模生产的技术。喷雾团聚的成型方法是一种很有应用前景的技术，但在合成MgO基吸附剂方面的适用性仍需进一步验证。研究采用了商用MgO，再通过碱金属硝酸盐熔盐掺杂改性，通过浸渍法和喷雾团聚法合成了MgO与碱金属硝酸盐熔盐物质的量比为1.00∶0.15的MgO基吸附剂，并基于微型流化床反应器结合比表面积和孔体积、CO2程序升温脱附、扫描电子显微镜等手段对吸附剂的CO2吸附性能、表面形态以及实际物质的量比等参数进行了表征。结果表明：相同组分掺杂下，采用喷雾团聚法制备的吸附剂的CO2捕集量均优于浸渍法，尤其是MgO-NaK0.15-SA吸附剂在体积分数为10% CO2的混合气体中的CO2捕集容量为4.11 mmol/g。进一步研究了不同工况下MgO-NaK0.15-SA吸附剂的CO2捕集容量。结果显示反应温度为300 ℃，CO2体积分数为25%，混合气体流速为500 mL/min时MgO-NaK0.15-SA吸附剂的脱碳性能最佳，CO2捕集容量为7.84 mmol/g。研究了MgO-NaK0.15-SA吸附剂的循环稳定性，结合比表面积和孔体积以及实际物质的量比对吸附剂的循环衰减做出解释。研究为开发应用高效的MgO基吸附剂提供了新的见解和方向。

• Cu-La-Al尖晶石催化剂的甲醇水蒸气重整制氢反应性能

  武文杰, 冯阳, 王俊刚, 陈从标, 马中义, 郗宏娟, 侯博, 杨晓峰

  在甲醇水蒸气重整制氢（MSR）反应中，Cu-Al尖晶石催化剂因具有低成本和高选择性的特点，使其成为该反应的理想催化剂，但其催化性能还有待进一步提高。采取共沉淀法、溶胶−凝胶法和浸渍法制备了Cu-Al尖晶石催化剂，并将其用于MSR反应中。结果表明，共沉淀法制备的Cu-Al尖晶石催化剂在MSR反应中表现出优异的性能，这是由于其比表面积最大，有利于活性位点的暴露。在此基础上，用不同摩尔分数的稀土元素La对共沉淀法制备的Cu-Al尖晶石催化剂进行了改性。结果表明，稀土元素La的引入不仅能进一步提升催化剂的比表面积，还会导致Cu-Al尖晶石微观结构发生变化。由于部分La进入尖晶石结构中，从而改变了Cu-Al尖晶石阳离子的分布情况，并使晶粒尺寸减小。因此，添加适量的稀土元素La可以提升Cu-Al尖晶石的MSR反应性能，而过量的La会导致催化剂表面形成LaAlO3，从而降低催化剂的活性。

• 太阳能耦合微型燃气轮机联合循环系统性能

  张小桃, 王琪贤, 李可欣, 王爱军

  太阳能耦合燃气轮机发电能够提高燃气轮机联合循环系统的运行性能。搭建了微型燃气轮机联合循环模型，并基于C200型微型燃气轮机的设计数据，以天然气为燃料，验证模型的合理性。在联合循环系统的基础上，增加了太阳能集热器，选取天然气和沼气为燃料，研究集热器布置位置与环境条件变化对太阳能耦合燃气轮机联合循环系统运行性能的影响。结果表明：在机组相同输出功率条件下，无集热器的沼气系统与天然气系统相比，燃料流量增大了近1倍，但燃气流量差别较小，联合循环系统性能接近，燃气轮机电效率约为30%，余热效率达到33%。加装太阳能集热器可以减小燃料流量，提高机组运行性能。集热器前置时系统的电效率稍有增加，而余热效率升高到50%以上；集热器后置时，燃料流量明显减小，而电效率可达到39%以上，余热效率达到42%。在相同的输出功率条件下，随着太阳辐射强度和环境温度的变化，天然气和沼气系统，在10时到12时之间，系统性能最好，燃料流量最大减少了39.48%、37.88%，电效率最多提高了19.41%、17.91%，余热效率最多提高了40.13%、40.16%。集热器前置时系统余热量增加较多；集热器后置时燃气轮机电效率升高较多，同时余热量也有增加。

• 基于 1,3−丙二胺的少水吸收剂制备及CO2吸收特性

  钱新凤, 李大才, 汪鑫, 吴克峰, 匡磊, 慕晓炜, 侯大伟, 张达光, 古李娜

  化学吸收法作为目前广泛应用的碳捕集技术，仍然存在再生能耗高的问题，前人的研究中可以看到大量关于新型化学吸收剂如两相吸收剂、无水吸收剂的结论，但是关于少水吸收剂的研究鲜有报道。为了解决常规吸收剂吸收速率慢、吸收负荷低、分相比高的缺点，构建了以1,3−丙二胺为反应剂的少水吸收剂。通过添加不同叔胺分相剂、非水溶剂与醇胺以1∶2∶1的质量比分别组成两相吸收剂，在恒温水浴锅中保持40 ℃后，通入二氧化碳吸到溶液中进行吸收，吸收结束后测试吸收液的性能。对比吸收负荷、分相比、黏度等关键性能，筛选出性能优良的1,3−丙二胺/四甲基乙二胺与1,3−丙二胺/二乙二醇二甲醚组成的少水吸收剂，吸收二氧化碳后可以发生液液分相，其中1,3−丙二胺/四甲基乙二胺吸收负荷最高可以达到3.85 mol/kg，富相占比为54%；1,3−丙二胺/四甲基乙二胺吸收负荷最高可以达到3.11 mol/kg，富相占比为75%；再将1,3−丙二胺/四甲基乙二胺中的水替换为非水溶剂进行测试，得到1,3−丙二胺/四甲基乙二胺/二乙二醇二甲醚组成的少水吸收剂，吸收负荷为3.69 mol/kg，是30%MEA化学吸收剂吸收负荷的2.37倍，并且对比不加入非水溶剂的两相吸收剂分相比大幅下降为39%，黏度也降低为83.4 MPa·s，仅是加入前的55%，与目前研究得到的少水吸收剂黏度相当，可以匹配现有的捕集换热系统；分相时间从7 min缩短为1.5 min；分相比和黏度的大幅度降低有利于降低再生能耗。经过5次吸收—解吸循环试验测得，1,3−丙二胺/四甲基乙二胺/二乙二醇二甲醚吸收负荷在第二次吸收后逐步降低，但是降幅较小趋于稳定，循环负荷为2.64 mol/kg，具有良好的重复稳定性。经核磁检测可以推测吸收二氧化碳后的反应机理，1,3−丙二胺/四甲基乙二胺/二乙二醇二甲醚吸收二氧化碳后，1,3−丙二胺与二氧化碳反应会形成中间产物氨基甲酸酯，中间产物与1,3−丙二胺再次结合生成氨基甲酸盐；整个反应中1,3−丙二胺作为主要吸收剂，四甲基乙二胺和非水溶剂不参与吸收反应。

• 二氧化碳利用产业发展技术路线：以宁夏为例

  刘硕, 张志璐, 高志豪, 夏菖佑, 叶知远, 梁希

  二氧化碳资源化利用是促进循环经济发展和碳减排的关键技术，也是实现碳中和的重要途径。宁夏是全国首个开展区域碳利用产业规划研究的省份。笔者总结和提炼了宁夏在探索二氧化碳利用技术路线和产业规划方面的经验，构建了碳利用技术评价指标体系，旨在为其他地区开展碳利用产业规划提供借鉴。调研显示，多项碳利用技术已经进入中试、示范和商业化阶段，部分技术已初步具备经济效益，产业化布局时机接近成熟。在进行区域碳利用产业布局研究时，技术成熟度、产业契合度、经济效益和减排潜力是重要考虑因素。研究结果表明，二氧化碳强化采油、二氧化碳加氢制甲醇、二氧化碳合成碳酸二甲酯、二氧化碳矿化养护混凝土、钢渣固碳以及微藻固碳等技术在综合评价中表现突出，建议宁夏优先发展；二氧化碳合成异氰酸酯、电石渣和磷石膏固碳，以及二氧化碳气肥利用等技术表现良好，建议通过试点示范方式开展前沿技术探索和储备。

• 碳关税全球化背景下碳捕集利用与封存技术的价值评估与未来展望

  张悦泽, 刘牧心, 黄菲菲, 梁希, 夏菖佑, 王莉

  近年来，全球范围内多个发达国家均表示考虑制定类似欧洲碳边境调节机制（CBAM）的碳关税机制，该类机制的制定正在形成一种全球化的趋势，未来将严重影响我国高碳排放行业的国际贸易形势。碳捕集、利用与封存技术（CCUS）通过减少产品单位碳排放强度，有望在碳关税机制下迎来较大的应用空间。为评估碳捕集、利用与封存技术（CCUS）在碳关税全球化背景下的应用价值与潜力，探究其对我国高碳排放行业应对碳关税机制的作用，本文聚焦水泥、电力、化肥、钢铁和铝五大优先纳入碳关税机制的行业，通过采用ARIMA模型、CCUS成本学习曲线等方法，结合行业出口数据与技术适配性分析，对各行业未来出口趋势、CCUS部署规模及成本下降趋势进行了预测。通过对比不同碳关税定价情景（低定价65.3元/t CO₂、高定价404.4元/t CO₂），量化评估各行业通过CCUS技术可避免的碳关税成本。本文将行业出口周期性波动、技术学习效应与碳关税政策动态衔接，构建双因素学习曲线模型，综合考量技术积累与研发投入对成本的影响。结果表明，水泥、钢铁、化肥行业具备通过CCUS应对碳关税的潜力。其中，化肥行业因高浓度碳排放源的低成本捕集优势，在2030—2032年高定价情景下可节省32%-64%出口成本，成为短期最优应用场景；水泥行业CCUS部署规模虽超出口隐含碳排放，但需优化资源配置以避免过剩；钢铁行业受限于长流程工艺，CCUS覆盖范围仅8.8%，需结合氢能炼钢等技术协同减排。

• 基于IGFC碳捕集协同电转气的多能互补优化调度模型

  胡传宝, 文中, 王灿, 刘会家, 张业伟

  在全球能源需求持续增长与气候变化加剧的双重挑战下，传统化石燃料的过度消耗引发了严峻的环境问题，其中二氧化碳排放的持续攀升尤为突出。为达成碳中和目标，各国正加速推进能源体系变革，清洁能源技术研发成为关键方向。整体煤气化燃料电池（Integrated Gasification Fuel Cell，IGFC）发电系统作为一种先进的煤炭清洁技术，是加快“双碳”目标实现的有效途径，基于整体煤气化燃料电池构建低碳、经济化的源–网–荷–储灵活运行机制具有重大前瞻性意义。为了促进大规模可再生新能源消纳和减少电力系统碳排放，提出一种适应高比例可再生能源接入和多能互补的新型电力系统以实现经济与低碳运行的双重目标。首先，构建整体煤气化燃料电池–电解槽(Electrolyzer，EL)氢电联产运行框架，合理调配多种能源相互转化；其次，分析系统运行中的电碳特性与碳利用效率，提出二氧化碳处理模型，提高风光消纳水平的同时增加碳捕集（Carbon Capture Storage，CCS）量；最后，提出多能互补的源–网–荷–储联合运行策略，以综合成本最小化为目标构建优化调度模型，通过算例对比分析，相比于传统IGFC碳捕集电厂碳捕集量提高49%，弃风光量下降98.2%，综合成本下降32.4%。结果表明：所提出模型不仅能够有效提高碳捕集率，同时释放了机组灵活性，缓解了机组供能与脱碳目标之间的矛盾，在满足高比例可再生能源消纳与多能源互补的需求下，仍能兼顾低碳排放量。

• 二氧化碳矿化养护全固废轻骨料试验

  邹祥波, 陈公达, 饶睦敏, 王涛, 赵微, 连有江

  针对传统骨料密度高、强度低的问题，为实现工业固废和捕集后CO2的资源化利用，以高炉渣和粉煤灰为原料，研究了固废配比、剩余水固比、养护压力对轻骨料的筒压强度、固碳率以及堆积密度的影响，从而获得了初步的配方和养护制度，结果表明：粉煤灰从0增加到60%的过程中堆积密度迅速从1 016 kg/m3下降到883 kg/m3，下降了13%，继续增加粉煤灰含量，堆积密度变化不显著，而筒压强度与固碳率均呈现先升高后降低的趋势；通过调整剩余水固比与养护压力，发现存在最佳剩余水固比（0.15）与养护压力（0.1 MPa）使骨料获得最佳的筒压强度；固碳率随着剩余水固比增加而下降，随着养护压力上升而增加。在此基础上研究了氢氧化钠、氢氧化钙、水玻璃3种不同的碱激发剂对轻骨料样品在矿化养护条件下的作用以及影响。结果表明：5%的氢氧化钙对筒压强度性能的提升最优（7.6 MPa），并能显著改善材料的固碳率（5.09%）。通过XRD和SEM分析得出，主要矿化产物为碳酸钙，并以方解石的形态存在，较高的养护压力易导致产物界面出现细微裂缝；通过MIP分析可知，矿化产物对小于100 nm的孔隙有填充作用，由于矿化反应前期放热造成产物的体积膨胀使得大于1 000 nm的孔隙增多，孔隙率的变化表明矿化对微孔结构的巨大改善，解释了矿化提升强度的机理。