洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2025年第9期

• CCUS碳减排潜力与碳中和贡献研究方法：多尺度优化与实证

  魏宁, 林克瑶, 刘胜男, 李鹏洋, 闫业涛, 马鑫, 刁玉杰, 李小春

  二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）是化石能源与工业领域大规模减排的托底技术。为量化 CCUS 对海南高碳排放企业的碳减排潜力与碳中和贡献，基于福山油田 CO2地质利用与封存示范项目参数、福山凹陷地质资料及海南省大型 CO2点源核查数据，构建了涵盖企业级碳排放核算、区块级封存场地筛选、CCUS 工程技术经济特征分析、基于管道成本曲面的源汇匹配模型及碳减排贡献预测的高精度研究框架，实现公里级及以上尺度的 CCUS 综合分析框架。首次完成海南省 CCUS 技术“封存容量–场地适宜性–技术经济性–集群部署–碳中和路径” 的多维度系统评估。研究表明：海南福山凹陷具备油气藏与咸水层 CO2地质利用与封存的地质条件，重点企业通过 CO2咸水层封存技术可实现平准化成本低于 400 元 /t、捕集量 90% 的碳减排；2060 年前 CCUS 技术对海南企业的净减排贡献累计可达 5.4 亿t，其中 CO2强化石油开采（CO2-EOR）与 CO2强化深部咸水开采（CO2-EWR）技术应用规模分别于 2040 年和 2045 年达峰值。结果为海南碳中和 CCUS 规划提供决策支撑，并为南南国家及岛屿地区通过 CCUS 实现低碳工业发展提供范式参考。

• 熔融碳酸盐辅助螺旋藻催化热解研究

  刘天冀, 曹文轩, 李俊, 吴泊洋, 曾阔, 陆强, 杨海平, 陈汉平

  针对藻类生物质催化热解技术中生物油氮氧含量高和催化剂易失活的问题，研究了熔融盐耦合分子筛/铈基催化剂催化螺旋藻热解特性，探究了耦合体系对螺旋藻热解生物油的脱氮脱氧效果，并深入考察了熔融碳酸盐抑制催化剂失活的作用机制。结果表明：熔融碳酸盐能有效将生物油中氮、氧元素产率降低25.90%、28.53%，相较于催化热解，熔融碳酸盐耦合H-β（Si/Al=26）分子筛和NiCe/Al2O3分别使生物油中含氧/含氮化合物的含量下降了71.49%/31.20%与53.14%/39.50%，但仅将单次热解时的芳香族化合物含量提升4.02%与11.02%。熔融碳酸盐耦合后，单次热解后H-β（Si/Al=26）的积碳质量降低了31.60%，而NiCe/Al2O3的积碳质量降低了20.97%。熔融碳酸盐通过脱除挥发分中含氧化合物和含氮杂环类等物质抑制积碳生成，同时其与碱性酰胺类/胺类物质间的反应避免了活性位点的失活。此外熔融盐抑制了与碳双键和氨基相关的缩合反应，提高了重质组分饱和度，抑制其进一步聚合形成积碳。由于熔融碳酸盐对催化剂稳定性的提升，循环5次后耦合体系获得的生物油中芳香族化合物的含量相较催化热解都提升超过48%。

• 湍流气流中生物质颗粒热解过程碱金属析出规律

  张新德, 吴玉新, 郭慧娜, 吕建燚

  生物质作为一种洁净零碳可再生能源，在优化能源结构、减少碳排放方面具有重大意义。我国作为农业大国，具有丰富的生物质资源，但其相对于煤炭具有碱金属含量高、易结渣的特性，容易造成锅炉设备的腐蚀与损坏。为研究湍流热解条件下生物质颗粒的碱金属析出特性，利用四风扇对冲电加热试验装置在200～900 ℃的湍流条件下开展了6 mm球形荷木颗粒的热解试验。采用SEM−EDS、ICP−OES、IC等检测方法探究了不同热解条件及热解阶段下碱金属的赋存、释放和转化机制。结果表明：荷木中Na元素占碱金属物质的量分数的86%，以水溶性Na为主，其次是Ca、K、Mg。在热解过程中，NaNO3最先释放，并且在400 ℃时达到最大释放量。随温度进一步升高，NaCl与Na2CO3相继释放，各释放峰值与其熔点正相关，并且在水溶性钠释放时氨溶性Na会向水溶性Na转化。在600、800和900 ℃时Na的总释放率分别达到58.25%、65.15%和71.13%。通过对比在自然对流与湍流热解环境下Na的释放率发现，生物质颗粒升温过程中，湍流热解条件下的Na释放率始终高于自然对流环境下的Na的释放率，这是由于湍流热解条件下颗粒升温更快且孔隙率明显增加。但相同环境温度下，湍流和对流热解条件下Na的最终释放率差异不显著，表明温度仍然是碱金属最终释放率的决定性因素。

• 生物质绿色甲醇制备技术和产业化进展

  王丁冉, 李博, 鲁仰辉, 伏迪, 范婷, 张天釜, 王凯歌

  绿色甲醇作为可持续能源和化工原料的重要载体，在实现“双碳”目标中展现出显著的发展潜力。生物质绿色甲醇得益于其原料可再生性以及成本优势，正成为航运、氢能储运等多样化场景下的关键低碳解决方案。系统总结了制备生物质绿色甲醇的技术路线及产业化进展，分析了不同路线的优势、劣势，关键单元及技术挑战，并对未来发展进行了展望。其中，主要技术路线包括生物质气化合成、沼气重整、生物基CO2加氢和纸浆厂汽提气纯化等，其中气化路线因工艺成熟度高和规模化可行性突出而最具代表性。着重分析了气化合成路线中的气化以及焦油脱除与甲醇合成技术相关进展，并剖析了风光绿氢耦合对生物质气化合成甲醇碳效率的影响。阐述了沼气直接转化和干馏等仍处于试验研究或中试验证阶段的技术路线的原理与技术，并探讨了其未来发展潜力。在产业化方面，系统总结了全球生物质绿色甲醇商业化项目，包括工艺类型、地点、产能和发展状态等。目前全球范围内的生物质绿色甲醇项目超过80个，主要分布于中国、欧洲和北美，呈现以气化为主、沼气重整，生物质基CO2加氢与汽提气利用技术并行的多元化格局。整体而言，生物质绿色甲醇产业正由示范逐步迈向规模化，其未来发展有赖于高效催化剂的研发、系统能量耦合优化以及原料收集与供应链保障等方面的持续突破。凭借可再生性与减碳优势，生物质绿色甲醇将在绿色燃料体系和能源转型进程中持续发挥重要作用。

• 基于不同气化剂的生物质气化制氢工艺模拟

  杨世关, 赵佳乐, 张传昊, 胡斌, 刘吉, 张镇西, 陆强

  气化剂种类显著影响生物质气化过程中H2产率。为系统比较不同气化剂的制氢效果，通过Aspen Plus软件建立了玉米秸秆气化制氢的流程模拟模型，使用不同的气化剂（空气、氧气、空气–水蒸气、氧气–水蒸气）模拟了玉米秸秆气化制氢工艺，系统分析了温度、当量比、水料比等相关参数对H2产量的影响，并进一步对不同气化方案进行了经济性评估。结果表明：与单一使用空气或氧气作为气化剂相比，加入水蒸气的联合气化对于H2生成均有促进作用。在所有气化剂条件下，随着气化温度升高，H2体积分数均增加，在900 ℃下保持稳定，温度增加使CO2和CH4体积分数持续下降，LHV和H2产率持续增加。随着当量比的增加（0.25~0.34），H2与CO物质的量比整体增加，H2体积分数和LHV呈现下降趋势，氧气–水蒸气条件下H2体积分数下降趋势最为明显。随着水料比增加（0~0.8），H2和CO2体积分数增加，LHV显著增加，CO和CH4含量降低，氧气–水蒸气联合气化条件下H2体积分数整体高于空气–水蒸气联合气化条件下。整体上，相同条件下氧气–水蒸气联合气化制氢效果最佳，在气化温度900 ℃、当量比为0.28、水料比为0.6时，H2体积分数和产率分别可达56%和126 g/kg。经济性分析表明，尽管氧气–水蒸气气化在制氢效果上占优，但其设备与氧气制备成本较高；相比之下，空气–水蒸气气化因运行成本较低而更具经济性优势，其平准化制氢成本可低至11.7元/kg，显示出良好的工业应用潜力。

• 生物质光电催化转化研究进展

  李怡萱, 刘庆宇, 张会岩, 肖睿, 储升

  在全球“双碳”背景下，生物质作为自然界中储量最丰富的可再生碳资源，具有可持续的大规模供应能力，兼具碳中性、来源广泛和经济适应性强等优势，被视为化石资源的理想替代与可持续能源化工体系的重要基石。然而，受其多组分交织、三维交联结构及多类型化学键特性的影响，生物质高效利用仍面临转化路径复杂、反应选择性不足及能耗高等挑战。传统热催化方法虽可实现较高转化率，但往往依赖较高的温度和压力条件，难以精准控制产物分布，且易引发积碳、结焦等副反应。为此，亟需发展在温和条件下实现高选择性、高效率转化的绿色催化策略。光电催化生物质转化是一种利用光电催化剂吸收光能并激发电子−空穴对的过程，光生空穴可在阳极侧选择性氧化生物质分子中反应活性高的官能团，而光生电子则在阴极侧参与还原反应。通过能带结构的精准调控与界面工程设计，可优化载流子分离与迁移效率，抑制副反应发生，实现生物质特定化学键的选择性断裂及功能基团的精准保留，从而在温和条件下高效合成葡萄糖酸、芳香族化合物等高值化学品。基于生物质的组成与结构特征，分类综述了综纤维素、木质素及其衍生物的光电催化转化研究进展。针对综纤维素部分，重点阐述了葡萄糖、甘油等典型平台分子在光电催化体系中的转化路径、产物分布特征及影响因素；对于木质素部分，从结构中C—O键与C—C键的选择性断裂2个维度进行分类总结，涵盖不同光电催化体系在木质素解聚及高值化产物合成中的应用，并分析了染料敏化体系、三室光电生化协同反应等新兴技术在提升转化效率与产物选择性方面的优势。在此基础上，归纳了光电催化剂设计的核心准则，并探讨了界面工程、缺陷调控、掺杂改性等提升催化活性与稳定性的有效策略。最后，总结目前光电催化生物质转化在原料复杂性、反应选择性及能量匹配等方面面临的挑战，并展望原生生物质全组分的高值化利用、双极协同催化等未来研究方向，为生物质光电催化转化机理研究和催化剂筛选优化提供理论支撑与技术参考。

• 微藻模型化合物水热碳化制备碳点的交互反应特性

  瞿清青, 张敬苗, 夏奡, 朱贤青, 黄云, 朱恂, 廖强

  微藻水热碳化反应过程相对温和，无需额外添加剂即可制取N掺杂碳点等高品质碳材料，近些年受到广泛关注。然而，微藻多组分共存特性导致其水热反应路径复杂，各组分之间的交互反应规律不清晰，无法有效提升碳点的产率与性能，成为微藻基碳点可控合成的核心挑战。选取葡萄糖和甘氨酸作为微藻主要组分碳水化合物与蛋白质的模型化合物，系统性探究了水热反应条件（温度190～250 ℃，时间2～8 h）对单一组分及双组分体系碳点合成的影响规律。结果表明：水热条件下制备的葡萄糖基碳点和甘氨酸基碳点质量产率均不超过4.05 mg/g，而葡萄糖与甘氨酸的交互反应可显著提升碳点质量产率，最高可达29.85 mg/g；葡萄糖基碳点荧光性能较差，荧光量子产率均低于0.50%，而甘氨酸基碳点原位掺N，荧光量子产率可达1.67%；葡萄糖和甘氨酸二者在交互反应过程中发生芳香化反应，碳点表面不仅保留了—OH、—COOH等亲水基团，还在碳核中成功掺杂了N元素，使制得的葡萄糖/甘氨酸基碳点保持较高质量产率和荧光量子产率。揭示了反应温度及时间对碳水化合物−蛋白质模型化合物水热反应的影响规律，发现二者之间的交互反应可显著提升碳点质量产率，且蛋白质等含N化合物可促进碳点N掺杂并提升荧光性能。研究为解析微藻主要组分交互反应特性、定向设计高性能掺N碳点提供理论支撑。

• 生物碳材料储氢技术研究进展

  马腾博, 士子云, 肖皓宇, 胡强, 杨扬, 杨海平, 陈汉平

  氢能作为一种丰富、清洁、高效的能源载体，对构建新型能源体系、实现“双碳”目标具有重要意义。储氢技术的开发是推动氢能产业化发展的关键，碳材料因其优异的物理化学特性成为最具潜力的固体储氢载体之一。碳材料储氢机制主要分为物理吸附、化学吸附、溢出机制和Kubas相互作用，这4种储氢机制在储氢过程中存在交互作用。根据碳材料比表面积、孔结构及官能团等物理化学特性的不同，储氢特性呈现较大差异。通过对碳材料进行物理化学活化、金属及非金属掺杂以及多元素共掺杂等调控，可大幅提升碳材料的储氢性能。其中金属掺杂因其特有的溢出机制和Kubas相互作用，提升更为显著。常温常压下经金属掺杂后其储氢量可提高6倍左右。从储氢机理、不同种类碳材料储氢特性以及碳材料改性的方面系统探讨了碳材料在储氢领域应用的研究进展，并进行了总结与展望，旨在为构建高效、低成本、安全可靠的碳材料储氢体系提供理论基础和工程指导。

• 5−羟甲基糠醛热催化定向氧化制备2,5−二甲酰基呋喃的研究进展

  吕帅, 钱恒力, 鞠美庭

  5−羟甲基糠醛（HMF）作为典型的生物质平台化合物，其定向氧化产物2,5−二甲酰基呋喃（DFF）在生物基高分子、精细化工及功能材料领域具有重要的应用价值。相较于HMF完全氧化生成呋喃二甲酸（FDCA）的路径，DFF的合成需在选择性氧化羟甲基的同时抑制醛基过度氧化，反应路径更为复杂，对催化剂的活性与选择性调控的要求更高。系统综述了HMF热催化氧化制备DFF的研究进展，重点解析了反应中涉及的多种氧化路径机制，讨论了氧源种类、溶剂环境、活性氧物种及其与催化剂活性位点的协同作用。根据催化剂体系的构成与作用机制，归纳了贵金属催化剂、非贵金属氧化物催化剂以及碳基催化剂在结构调控、构效关系及性能优化方面的最新进展，比较了其在DFF选择性转化中的优势与不足。同时，还指出当前热催化体系在反应选择性控制、催化剂稳定性、机理解析及绿色工艺构建等方面面临的主要挑战，并为后续高效热催化剂的设计与应用提供了理论借鉴与研究基础。

• 生物质厌氧发酵–气化耦合处置过程模拟与碳效益评估

  葛亚东, 袁壮, 张睿, 王智, 颜蓓蓓, 陶俊宇, 陈冠益

  厌氧发酵−气化耦合技术作为一种新型生物质高效转化路径，可显著提升生物质处置与转化效率，在实现“双碳”目标的背景下具有广阔的应用前景。借助机器学习方法，将传统厌氧发酵模型与气化过程模型有机融合，构建了生物质厌氧发酵−气化耦合过程的动态模拟体系，系统揭示了从厌氧发酵至气化全流程中关键产物的动态演变规律。模拟与试验验证结果表明：该耦合模型对气化阶段主要气体产物（包括H2、CO、CH4、CO2）浓度预测的平均精度达到91.3%，相较于传统单一气化模型预测精度提高了12.5%，显示出优异的泛化与预测能力。在厌氧发酵初期阶段（0~6 d），发酵系统表现出较高的产甲烷活性，挥发性脂肪酸快速降解，累计甲烷产量快速上升至136.4 mL/g，为发酵系统主要产甲烷阶段。随着发酵进行，沼渣的理化性质发生明显变化：C、O元素在沼渣中的质量分数呈整体下降趋势，C元素的质量分数从初始34.14%降至29.11%，O元素的质量分数由30.05%降至20.10%，反映出有机组分分解并向CO2和CH4转化的规律。N元素的质量分数从2.15%上升至2.57%，主要归因于含碳组分的降解导致相对富氮。在碳减排效益评估方面，以单位生物质输入所产生的CO2排放当量为指标，其随发酵时间的增加呈先升后降趋势。当厌氧发酵进行至第3 d时，耦合系统CO2排放当量值达到最高（0.0694 gCO2eq），说明该时间点系统碳减排性能最优。研究为生物质原料梯级利用技术的工程化应用提供了关键理论支撑。

• 面向低碳转型的生物质基SAF工艺研究进展：资源−环境−经济评估

  葛志通, 肖睿, 骆治成

  随着全球航空业碳排放问题日益严峻，生物质基可持续航空燃料（SAF）因其生产和使用过程的低碳特性成为航空业碳减排的重要发展方向。但是，现有生物质基SAF的生产成本显著高于传统化石航煤。因此，通过综合评估生物质基SAF生产过程的资源消耗、环境影响和经济效益对优化SAF生产工艺，降低SAF生产成本，实现低碳航煤规模化生产具有重要意义。系统综述了近年来关于生物质基SAF生产工艺的生命周期评价（LCA）和技术经济性分析（TEA）的研究进展，从资源、环境与经济角度对比分析了不同技术路线的优劣势。在生命周期评价方法中，针对生物质基SAF生产的碳足迹评估最为普遍，被广泛应用于多种SAF生产工艺。统计分析结果表明：虽然各生产工艺的碳减排效果差异较大，但均远低于传统化石航煤，碳减排百分比为17.4%~96.8%。此外，LCA也被用于评估生物质航煤生产过程中除碳排放外的其他环境影响。对气化费托工艺（G−FT）和水相重整工艺（APR）的LCA结果表明：除碳排放外，2种工艺分别对酸化潜值和人体毒性潜值的贡献最大。敏感性分析表明：土地利用方式、产氢方法、电力来源的变化对碳足迹产生了显著影响。基于层次分析法（AHP）和㶲分析法的LCA进一步拓展了传统LCA的评估维度，前者通过多视角赋权实现环境影响的综合量化，后者从热力学角度揭示了能源利用效率与资源消耗的关系。技术经济性分析表明：原料成本和生产规模是影响生物质基SAF销售价格的主要因素，扩大生产规模可在一定程度上分摊资本投资，降低原料成本。敏感性分析也显示生物质价格波动对经济性的影响最大，生物航煤生产过程受到多种不确定度的影响。此外，结合生命周期思想的㶲经济分析表明，自供电方案通过减少化石能源依赖，显著降低了环境成本，提升了经济收益。未来研究需进一步优化原料供应链、提高转化效率、推动绿氢应用，同时建议政府加强政策支持，合理制定差异化碳税和补贴政策以降低生产成本。通过多维度评估为生物质基SAF生产工艺的技术改进与规模化应用提供了理论依据，助力航空业降碳增效，实现可持续发展。

• 硝酸辅助碱木质素水热过程特性及机理

  张永博, 陈志强, 朱丹晨, 唐紫玥, 陈应泉, 杨海平, 陈汉平

  硝酸可使木质素快速解聚，具有使造纸黑液水热液化（Hydtrothermal Liquefaction, HTL）高值利用的潜力。以碱木质素（Alkaline Lignin, AL）为原料，分别研究了在硝酸作用下，不同反应时间、反应温度、反应初始压力下木质素水热过程特性，并探究了反应过程中碳元素的迁徙过程及水热反应过程机制。研究发现硝酸辅助AL水热反应过程由脱支链（10%~15%）、酸析聚集（65%~70%）和解聚（15%~20%）组成。水热产物主要受温度和初始压力的影响，对反应时间敏感程度较低。水热温度增加会促进水热炭的脱支链反应、抑制AL酸析聚集形成水热炭，使固体产物碳质量分数从77.0%减少至51.6%，气体产物碳质量分数从0.6%提高到14.2%；而增大初始反应压力会抑制AL解聚、促进AL酸析聚集形成水热炭，使液体产物碳质量分数从17.6%下降至4.1%，而固体产物质量分数则从50.8%增大至64.9%。木质素水热分解气体产物主要为CO2和少量的CO，主要来自水热过程羰基、羧基及醚键的断裂；液体产物主要为AL解聚后的单体、二聚体以及酚类低聚物，主要来自酸催化AL的部分解聚和解聚产物的再聚合；水热炭主要由AL在酸性环境下软化、粘连成的疏水无定型中间体，吸附部分解聚的木质素碎片通过交联碳化过程形成。结合三态产物碳分布，反应时间为4 h、反应温度为180 ℃、初始反应压力为0 MPa是最适宜的工况，此时固体碳质量分数为50.8%，液体产物碳质量分数为17.6%。

• 生物质及其废弃物制氢及储氢技术研究进展

  刘千汇, 李秉硕, 杨天华, 王卓, 王建, 李润东

  氢能作为二次能源，具有来源丰富、绿色环保、用途广泛、低碳高效等显著优点，被广泛认为是理想的清洁能源。随着全球能源需求的不断增长以及环境问题的日益严重，氢能的开发和利用显得尤为重要。此外，氢能作为一种清洁能源，具有极大的发展潜力，它不仅可以用于交通运输、工业生产和家庭能源供应，还能够在化学工业、冶金工业等多个领域发挥重要作用。发展氢能已经成为全球应对气候变化、减少温室气体排放、实现能源转型和促进可持续发展的关键途径。生物质作为一种可再生能源，其广泛存在于自然界中，具有资源丰富、碳中和特性以及环境友好性等优点，是制氢的重要来源之一。生物质制氢技术不仅符合资源循环利用的理念，而且能够减少对化石能源的依赖，降低环境污染。在此背景下，综述了生物质及其废弃物制氢技术的发展，介绍了几种不同生物质及其废弃物的制氢技术，同时总结了以上几种生物质制氢技术的反应机理，分析了氢气制备过程的主要影响因素以及氢气储存技术。生物质制氢技术是一种可行且非常有前景的替代方案，研究表明国内外学者针对不同种类的生物质制氢效率、催化剂以及反应器等开展了大量研究工作，但仍旧面临诸多技术瓶颈。另外，针对氢能大规模应用面临的挑战，开发多元化储氢集成技术是未来的发展趋势。

• 磁改性生物炭对水体中磷酸盐吸附特性

  吕学斌, 黄瑞卿, 李伟, 杨改秀, 熊健

  针对水体磷污染问题，以青稞秸秆为碳基材料制备生物炭(BC-700)，通过共沉淀法将铁基化合物负载至生物炭表面，得到一种具有高吸附容量和强回收能力的磁性生物炭材料（MBC-700），考察了吸附条件（pH、投加量、溶液浓度以及吸附时间）对MBC-700吸附能力的影响，引入动力学模型和等温吸附模型并结合表征分析手段（SEM-EDS、XRD、XPS、FTIR以及VSM）探究MBC-700对水体磷酸盐的吸附机理。结果表明：MBC-700具有丰富的孔隙结构，铁基化合物以FeOOH和Fe3O4形式成功负载至BC-700表面，Fe3O4是MBC-700拥有较高磁性的主要原因，吸附后的磷酸盐以FePO4沉淀物和Fe—O—P络合物存在。MBC-700对磷酸盐的吸附行为是一种可自发的单分子层化学吸附，并且吸附速率受到颗粒内扩散、表面非均匀扩散以及边界层扩散等共同影响，理论最大吸附容量为5.97 mg/g。与此同时，MBC-700在较为广泛的pH范围内（3~7）对磷酸盐均具有一定的吸附能力，碱性环境会受到抑制，阴离子\mathrmCO_3^2- 和\mathrmHCO_3^- 对其吸附具有促进作用，并且MBC-700在磁场作用下的回收率达到98%以上。此外，MBC-700对磷酸盐的吸附机理涉及孔隙填充、静电吸引、配体交换、沉淀作用以及络合作用。研究为水体磷污染和生物炭回收领域提供了科学依据和技术支持。

• 基于LaFeO3的废塑料分级热解–化学链气化制富氢合成气及机理

  杜宇搏, 赵亭嫚, 吴时杰, 晏水平, 姚丁丁

  在面向“双碳”目标的废弃物资源化利用进程中，废塑料气化合成气因其富碳氢特性与负碳潜力成为新兴技术焦点。相比于传统焚烧或填埋导致碳资源耗散与二次污染，气化技术将聚烯烃类废弃物定向转化为高纯度合成气，具备低污染、经济效益高、灵活性强等优势，为废弃物高值化利用与绿氢联产提供了关键路径，在实现资源循环和减少环境污染方面有着显著效应。针对常规气化产物气品质不高、催化剂易失活等问题，提出了废塑料分级热解–化学链气化（Staged Chemical Looping Gasification，SCLG）工艺，采用溶胶凝胶法合成的典型钙钛矿LaFeO3载氧体，在固定床反应系统上开展了聚丙烯气化试验研究，考察热解温度、气化温度、LaFeO3（OC）与聚丙烯（PP）质量比对LaFeO3载氧体气化性能的影响机理。该工艺将原料和载氧体分离，能有效避免传统一段式气化工艺中催化剂易被固体残渣、焦炭和焦油污染问题，此外分级反应充分发挥了载氧体的部分氧化能力和还原金属的催化裂解能力，有效提高了合成气的产率和品质。结果表明：热解温度对气化效果的影响较小，而适当提升气化温度效果显著，合适的m（OC）:m（PP）能较好地平衡氧化重整和催化裂解两步反应，具备较好的气化效果。在600 ℃热解温度、850 ℃气化温度以及m（OC）:m（PP）为1∶1的反应条件下具有最佳的气化效果，此时合成气产率为143 mmol/g，碳转化率达82%，CO选择性为80%，并具有较好的循环稳定性。为废塑料资源化及高效稳定气化技术的规模化发展提供了指导。

• 多元农林废弃物梯级生物制氢及产物分布

  刘紫豪, 王万鹏, FOONG Shin Ying, 苏升煜, 艾福轲, 周禧盈, 胡兵, 张全国, 张志萍

  农林废弃物作为重要的生物质资源，其高值化能源转化是实现可持续发展与“双碳”目标的有效途径之一。为实现农林废弃物的高值化能源转化，创新性地构建了光合生物制氢与微波热解协同的梯级转化模式。该模式旨在克服单一转化技术的局限性，通过生物与热化学过程的耦合，实现全组分资源的梯级、高效利用。以小麦秸秆、月季杆、竹子、棉花杆和花生杆5种典型木质纤维素类废弃物为原料，系统开展了光合生物制氢及微波热解（参数：物料量20 g、热解时间20 min、微波功率800 W）梯级制氢工艺研究。通过气相色谱（GC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和氮气吸附比表面积（BET）等分析手段，对产氢过程中的物质转化机制、尾渣组分演变及产物分布特征进行了定量定性研究。结果表明：在光能驱动下，光合菌群利用其固氮酶和氢酶系统，通过厌氧光生化反应介导底物中碳水化合物的生物降解与脱氢过程，实现初步产氢（7.994~21.211 mL/g）。光合生物制氢后的尾渣主要富含难降解的木质素和部分未利用的纤维素和半纤维素残余物。尾渣经微波热解后，残余有机质经热裂解、脱羧及芳构化等反应进一步产氢（87.97~226.905 mL/g）。其中竹子总产氢最高达242.235 mL/g，较单一光合生物制氢工艺提升422.35%。微波热解还展现出良好的碳资源赋能潜力（月季杆尾渣得炭率54.64%）和甲烷（竹子尾渣44.812 mL/g）的产出。

• 基于Aspen Plus的自供热式吸附强化生物质气化制氢

  万宏宾, 崔洪宇, 姚金刚, 范超, 牛保鑫, 柳善建, 颜蓓蓓, 陈冠益, 程占军

  在“双碳”背景下，生物质能作为可再生能源的关键组成部分，逐渐成为实现碳中和目标的重要技术路径。自供热式吸附强化生物质气化（SSEG）作为一种新兴的气化技术，通过吸附与气化的协同作用，在提高氢气生产效率和减少碳排放方面表现出显著的优势。因此，自供热式吸附强化生物质气化与蒸汽重整耦合（SSEG−SR）工艺被提出。利用Aspen Plus软件对该工艺进行建模与仿真，采用吉布斯反应器对气化与重整过程进行热力学建模，并结合Peng-Robinson立方状态方程和Boston-Mathias函数进行物性估算，从物料流、能量流、经济性及环境影响等方面对SSEG−SR工艺链进行了全面分析。通过与现有试验数据和工业运营数据的对比，验证了模型构建的准确性和可靠性。物料流分析结果表明：生产1 t氢气SSEG−SR工艺需消耗7.63 t生物质原料，氢气转换率达到77.35%。能量分析显示，输入系统的7 468.11 kW能量中，有279.99 kW用于气化供能，4 362.52 kW转化为氢能，系统的能量转换效率为58.42%。经济分析表明，SSEG系统的总资本投资为9.2×108元，是同规模煤制氢工艺的1.2倍，最终氢气成本为18.2元/kg。环境分析结果显示，SSEG−SR工艺处理1 t生物质的全球升温潜能值（GWP）与酸化潜能值（AP）分别为1 036.83 kg和6.40 kg。SSEG−SR工艺的开发与应用，对推动生物质能高效、低碳转化技术向绿氢产业的推广具有重要意义，有助于加速“双碳”目标下的可持续能源转型。

• 酸浸对双功能材料CaO−Cr/SBA−15制乙烯性能的影响

  魏巍, 刘宝峰, 刘文强, 王书涛, 张祝平, 谭煜幺

  由CO2吸附剂CaO结合乙烷氧化脱氢催化剂Cr/SBA−15组成的双功能材料（质量比1∶1）可实现CO2原位捕集与转化制乙烯。本研究针对双功能材料中催化剂活性不足的问题，采用酸浸法对Cr/SBA−15进行改性，系统探究了柠檬酸和硝酸处理对催化剂结构及性能的影响。实验通过等体积浸渍 法合成Cr负载量为3%的催化剂，酸浸条件为固液比1∶20，80 ℃搅拌4 h，经洗涤、干燥后与CaO机械混合制成双功能材料。紫外−可见光吸收光谱结果显示，酸浸会强化Cr在SBA−15负载表面的分散度。材料的微观表面形态进一步验证了Cr在载体上的均匀分布。X射线衍射结果表明，酸浸作用提高了催化剂表面Cr6+的占比，加强Cr3+在煅烧作用下的氧化过程。N2−吸脱附测试表明，酸浸增大了材料的比表面积和孔容。另外，固体核磁结果揭示了酸浸通过断裂Si—O键形成骨架空位，Cr通过硅烷醇巢的羟基锚定于载体。Cr在载体上的分散借助于硅烷醇巢的羟基的可用性，而酸浸作用能增多负载表面的硅烷醇巢基团。通过等温吸附催化实验发现，酸浸法显著提升了材料性能。实验结果表明，催化剂经柠檬酸和硝酸改性后，乙烯产率由26.13%分别提升至29.35%和33.49%，乙烷转化率由37.19%提升至47.17%。结合催化剂材料表征，可知性能的提升与材料特性的改变有关，催化剂表面Cr的价态、分散度和比表面积均对催化性能的提高起着重要作用。

• 350 MW超临界CFB锅炉压火启动过程活性存量动态特性

  申欣, 刘明学, 杨海瑞, 金燕

  循环流化床燃烧技术是近年来发展迅速的洁净煤燃烧技术。循环流化床机组在快速升降负荷时，由于炉内存在大量的床料，其中未完全燃烧残碳和未完全反应的钙基脱硫剂，不仅会影响锅炉的负荷变化率，也会影响锅炉的污染物排放。因此，如何合理利用锅炉内的活性存量，对改善锅炉热量释放速率和提高负荷响应速率具有重要作用。以350 MW超临界CFB锅炉为研究对象，对CFB锅炉周期性压火启动过程进行数值模拟，构建了活性残碳存量动态模型和活性石灰石动态模型，对周期性压火启动过程的气固流动和活性存量进行分析。结果表明：当停止二次风机和引风机后，锅炉处于密闭状态，炉膛内物料回落速度加快，返料腿内的物料受重力作用返回到炉膛，密相区颗粒平均体积分数为0.45，返料室在物料沉积后颗粒体积分数达到了0.52。周期性压火启动过程中，稳定工况阶段1的活性残碳存量为6 353.11 kg，氧气体积分数为5.35%，启动二次风机和给煤机后，氧气体积分数急剧下降，活性残碳存量增至2 868.76 kg。周期性压火启动过程，稳定工况阶段脱硫效率为59.58%，活性石灰石存量为2 702.29 kg，启动二次风机和给煤机后，活性石灰石存量增加到1 482.93 kg，脱硫效率达到了50.35%。

• 基于神东烟煤为原料的石墨烯制备及表征

  尉琳琳, 李可可, 刘臻, 姜晓琳, 郭屹, 李永龙, 马琳鸽, 李君

  石墨烯因其优良的理化特性，在电子、新能源、新材料等领域展现出广阔的应用前景。烟煤制备石墨烯既有利于拓展石墨烯原料范围又可以减少煤化工的碳排放。以神东烟煤为原料，基于改进的Hummer’s法制备石墨烯，并通过X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）及原子力显微镜（AFM）对烟煤制备的石墨烯及其过程产物进行了晶型、结构、表面形貌与厚度的定性与定量表征，同时研究了原料煤粉粒径对制备的石墨烯结构的影响规律。结果表明：不同粒径的神东烟煤均可通过高温石墨化形成有序度较高的石墨晶体结构，进而成功转化为石墨烯，其 XRD 谱图中出现明显的石墨烯特征衍射峰，拉曼光谱中也呈现出典型的石墨烯缺陷与 sp²杂化平面特征。随着烟煤粒径增大，制备的石墨烯缺陷增多，粒径为 46.89 μm 的烟煤得到的石墨烯样品具有石墨烯微晶堆砌厚度小、缺陷高等特点。通过 SEM、TEM 和 AFM 表征发现，制备的煤基石墨烯纳米片片层表面呈褶皱状，层数为1~2层，达到少层石墨烯的标准。本研究为烟煤的高附加值利用提供了新的思路，有助于推动燃料煤向原料煤的转型升级及双碳目标的实现。