碳中和背景下工业副产气制氢技术研究与应用

我国工业副产气排放量大,在对环境造成污染的同时,副产气中H₂、CO等有效成分随排放而浪费。氢气既是重要的化工原料,也是无碳、高效的能源,用工业副产气制备或分离提纯氢气既减少资源浪费,又可减少CO₂排放。本文介绍了我国含氢工业副产气排放情况,详述了焦炉煤气制氢、炼厂副产气制氢、氯碱尾气制氢等三种典型工业副产气制氢工艺,对煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢及三种典型工业副产气制氢工艺的成本和CO₂排放进行了计算和整理分析。文章指出,考虑二氧化碳排放和碳交易成本等因素,与煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢相比,现阶段下工业副产气制氢的综合成本优势更加明显。在碳中和背景下,工业副产气制氢是获取低碳氢气的有效和经济的途径,研究和开发工业副产气制氢技术,将为碳减排提供一条高效路径。     

过渡金属氧化物催化析氧反应研究进展

利用可再生能源电解水制氢，是实现绿色氢能经济的必由之路。现阶段，电解水过程的阳极析氧反应过电位较高，催化剂性能不稳定，制约着该技术的工业化应用。使用经济高效的催化剂，可显著降低析氧过电位，提高电解水制氢过程的经济性和电能转化效率。在各类析氧催化剂材料中，过渡金属氧化物（TMOs）由于晶体结构多样、储量丰富、环境友好、易于制备以及活性较高等优点，受到了越来越多的关注。本文从活性和稳定性出发，总结分析了近年来过渡金属氧化物催化析氧反应的研究进展，并对其未来的发展提出了建议与展望。     

典型制氢工艺生命周期碳排放对比研究

氢能大规模发展需要解决“以何种方式制取氢气”的问题，在实现“双碳”目标的背景下，需要全面考察氢能产业链的碳排放情况。在相同的研究尺度下，建立统一的核算边界，采用统一的参数数据，定量测算典型制氢工艺的生命周期碳排放情况。结果显示，全生命周期视角下的CO₂排放量从大到小依次为甲醇制氢(煤炭为原料)、以火电为主的电解水制氢、煤制氢、甲醇制氢(天然气为原料)、天然气制氢、光伏发电电解水制氢、风电电解水制氢。煤制氢、天然气制氢的碳排放主要在氢气生产过程，甲醇制氢的碳排放主要在甲醇生产过程，电解水制氢过程虽清洁，但电力隐含的碳排放不容忽视。     

Fe2P/NPC催化剂的制备及电解水制氢性能研究

为了量化分析Fe2P/NPC催化剂的电解水制氢性能,分析了制备原理,对水溶液中催化剂进行氧化反应,建立了Fe2P/NPC催化剂在不对称羰基烯条件下的光谱和热力学分析,采用光谱特征分析的方法,进行离子间耦合反应,在丙基化催化作用条件下,构建Fe2P/NPC催化剂制备的化学降解模型,结合基化反应特性,测试Fe2P/NPC催化剂的成核速率和制备速率,根据电阻性能和伏安特性曲线分析,进行电解水制氢性能分析。测试得知,设计的Fe2P/NPC催化剂制备方法具有很好的萃取能力,几种催化剂的加氢活性较好,电解水制氢性能较强,具有很好的化工应用价值。     

制氢加氢“子母站”建设规划浅析

通过简要介绍制氢加氢合建站规划设计的现实意义和国内外加氢站发展现状，提出制氢加氢“子母站”的概念。本文简要介绍了制氢加氢“子母站”的建设模式，即制氢加氢“子母站”采取分布式供氢模式，“母站”制氢加氢集成为一体，“子站”作为纯加氢站，“母站”与“子站”之间采用长管拖车运输，“母站”为制氢加氢一体站，“母站”总装置内的供氢单元主要考虑采用天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢3种模式。简要分析了天然气制氢、甲醇制氢、电解水制氢技术的优缺点，并从氢气的生产成本、氢气的储运成本、制氢加氢“子母站”中制氢站的建设成本、运营成本等几方面进行了较为详细的成本分析。通过供氢模式的特点和成本分析，提出以水电解制氢、甲醇制氢、天然气制氢装置作为氢源的制氢加氢“子母站”为适宜我国能源结构的新型氢能利用模式。     

甲醇制氢走向成熟惠及中小企业

氢气是化工生产中加氢反应的必要气源，由于原料来源的不同、氢气纯度要求不同，制氢装置的投资规模及氢气生产成本相差很大。工业上制氢方法有烃类蒸汽转化法、电解水法等。烃类蒸汽转化制氢适合用于氢气量多，装置规模大，其能耗及单位氢气的生产成本较低；电解水则适     

钌基碱性电解水制氢催化剂研究进展

碱性电解水具有操作易实现、设备费用低和寿命长的特点,是目前应用最广泛的将可再生资源转化为氢能的技术。但电解水存在能耗高的问题,因此需要高效催化剂提高能量转化效率。钌具有与铂相近的金属-氢键强度,是极具前景的制氢催化剂。综述了近年来钌基催化剂的制备及其碱性电解水制氢反应的最新研究进展。与廉价过渡金属材料相比,钌基催化剂具有优异的电化学活性和稳定性,是一种很有前景的析氢材料。以目前主要研究的钌金属及其合金、钌基磷化物、钌基硫化物、钌基硒化物为代表,分别进行了简要的介绍和评价,最后提出了钌基电催化剂在制氢应用中存在的问题和未来的发展方向。     

碱性电解水析氢电极的研究进展

电解水制氢将成为未来绿色制氢工业的核心技术。研究新型阴极材料以有效降低阴极过电位,对降低电解水能耗和设备成本、提高生产稳定性和安全性,具有十分重要的现实意义。本文主要对碱性水溶液电解制氢工业的析氢阴极材料进行综述。围绕电极结晶结构设计和尺寸结构设计两个主要的电极发展方向,重点介绍了3类基于电沉积制备技术的Ni基电极材料:合金析氢电极、复合析氢电极、多孔析氢电极。分析了当前析氢电极在实验研发与工业应用中存在的问题。指出采用电沉积法,制备催化活性更高且适用于工业电解环境的多元复合电极材料将是今后析氢电极发展的趋势。     

水制氢技术研究进展

氢能是一种高效、清洁的能源,其热值比石油还要高3倍.目前,大部分氢气都来自于化石燃料,如天然气、石油和煤等.这些方法不具有可再生性.以水为氢源的制氢技术因其可再生性而具有很好的应用前景.以水为氢源的制氢技术主要包括电解水制氢、光催化分解水制氢、直接热分解水制氢和热化学循环裂解水制氢技术.其中,电解水制氢技术最为成熟,其不足之处在于能耗过高;对光催化分解水制氢技术已经进行了系统研究,催化剂的性能是影响该方法的关键因素;对于直接热分解的研究相对较少;热化学循环制氢技术的优势在于反应效率高、利于放大,如何保持反应中间媒介物的高温循环稳定性则是该方法急需解决的技术难题.     

固定式电解水制氢-储氢-加氢系统安全防护

氢能具有可循环、可储存、零排放等特点,是全球能源低碳转型发展的重要载体,对实现碳中和目标具有重要意义。氢的体积能量密度低、运输成本高,采用制氢-储氢-加氢一体化的新思路可以节省氢气的运输成本从而提升经济效益,但系统复杂、相关安全防护尚不健全,可能导致系统运行故障,影响多能互补系统的安全与稳定。本文基于浙江某氢电耦合直流微网示范项目,分析了固定式电解水制氢-储氢-加氢一体化系统的潜在风险,提出了本质安全设计、过程监测与控制、报警、安全仪表功能及自动联锁、应急响应体系、完善标准规范六个方面的安全防护措施,为氢电耦合直流微网系统的优化设计及安全运行提供参考,最后结合质子交换膜电解水制氢技术的优势,展望了固定式电解水制氢-储氢-加氢一体化系统的发展前景。     

碳中和目标下海螺水泥减排二氧化碳的实践

水泥行业是二氧化碳排放大户,其排放主要来自碳酸盐的分解、燃料的燃烧和电力消耗。在生产工艺碳减排(如替代原料、熟料替代技术等)、生产能耗碳减排(如替代燃料、富氧燃烧技术、高效粉磨、余热发电等)、新技术碳减排(如水泥窑二氧化碳捕集利用)及新能源技术等方面加强技术研发力度和推广力度,可实现水泥行业绿色转型发展,为达到碳中和目标作贡献。     

负载型铟基催化剂二氧化碳加氢动力学研究

探讨了载体对铟基催化剂上CO₂加氢动力学的影响。通过浸渍法制备了不同载体的负载型In基催化剂,仅ⅣB族元素（Ti,Zr,Hf）氧化物负载的In基催化剂表现出明显的CO₂加氢活性,其中In₁/HfO₂和In₁/ZrO₂催化剂具有较高的甲醇选择性,而In₁/TiO₂催化剂主要起催化逆水气变换反应的作用。通过稳态动力学、高压原位漫反射红外和程序升温实验等动力学手段,证明反应条件下In₁/ZrO₂和In₁/HfO₂上的关键表面反应中间体是甲酸盐与甲氧基,甲醇主要通过表面甲酸盐的逐步加氢生成。In₁/HfO₂具有最强的氢解离与加氢能力,因此最有利于甲醇合成。In₁/TiO₂在CO₂加氢中表面无明显含碳中间物种,高CO选择性可能与界面氧空缺位点促进redox循环以及甲酸盐中间体分解相关。     

碳中和背景下现代煤化工技术路径探索

从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面,分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。文中指出：源头减碳技术路径包括原料结构调整和能源结构调整,引入富氢和绿氢资源与煤炭进行碳氢互补,提高煤炭利用效率,并通过气代煤、电代煤,尤其利用弃风、弃电,可显著降低碳排放和工艺生产成本;过程控碳技术路径包括节能提效和开发革新技术,依靠现代煤化工技术进步,突破传统工艺瓶颈,是当前企业易于实施、应用较多的节能减排方式;末端碳捕集封存技术路径包括地质深层掩埋、驱油、强化深部咸水开采等,将工艺过程产生的高浓度CO₂通过低成本捕集,有效提高油气采收率,并为水资源匮乏地区提供额外供水;碳资源高附加值利用技术路径主要包括CO₂化学转化制高附加值及大宗化学品,国内正加快CO₂制低碳烯烃、芳烃、甲醇、碳酸酯的技术研发与示范应用,努力将CO₂从化石能源利用的终结排放者转化为碳循环利用的参与者,发展碳循环经济,减少碳排放。最后提出：未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑,推动其与新能源的优势“合并”,突破碳减排关键核心技术,是碳中和背景下现代煤化工低碳清洁发展的必由之路。     

水泥工业碳减排路径分析

介绍了目前国内的碳中和背景及发展现状,并基于水泥产业碳排放的相关数据,对该行业碳减排的方法和途径进行分析。水泥工业90%的二氧化碳排放来自熟料生产(碳酸钙分解、燃料燃烧),其余的10%来自原材料的准备和水泥制品的生成。指出发展创新减排燃烧、节能降耗技术、提高替代燃料掺烧量以及二氧化碳的捕集、封存与利用（CCUS）,是实现水泥产业碳中和的主要手段。     

Temperature-programmed desorption study of Na2CO3-containing activated carbon

The technique of temperature-programmed desorption (TPD) appears to be a powerful means of studying the catalytic action of sodium carbonate as a gasification catalyst. Carbonate decomposition, enhanced by carbon, and reduction to the metallic state can be identified by separate desorption peaks. After controlled adsorption of oxygen, carbon dioxide and water vapour at relatively low temperatures, similar desorption patterns are obtained that are a measure for catalytically active species during gasification. Therefore, these patterns have a predictive value for the activity of alkali metal catalysts and give additional information on processes that control their catalytic action and the influence of pre-treatment and partial burn-off on their performance.     

烧结烟气活性炭脱硝机制

烧结烟气氮氧化物(NOx)排放占钢铁行业NOx排放总量的50%以上,随着环保法规的日益严格,现有及新建烧结机只有装设烟气脱硝装置才能满足排放法规的NOx排放要求。而活性炭微孔丰富、比表面积大、吸附能力强,低温时即可同时脱除烟气中的SO2, NOx、粉尘及其他有害气体。因此,低温烧结烟气活性炭脱硝具有显著的特点及技术优势,但活性炭脱硝易受烟气中SO2和H2O的影响。本工作综述了低温烟气活性炭脱硝机理,主要包括物理吸附、化学吸附及选择性催化还原反应。烟气中氧气的存在起氧化作用,能有效提高活性炭的脱硝率;而SO2, H2O和NO存在竞争吸附作用会降低活性炭的脱硝性能,详述了SO2和H2O对活性炭脱硝的抑制作用及影响。阐述了活性炭负载过渡金属、稀土金属等金属氧化物化学改性对脱硝性能的促进作用及其脱硝机理,并对多元金属的负载进行了介绍;最后对烧结烟气活性炭低温脱硝技术进行了展望。     

木质素基材料在混合型超级电容器电极材料中的研究进展

木质素是一种多酚聚合物,具有丰富的芳香类官能团和含氧官能团,且在碳化后形成的多孔碳材料易于转化为石墨化碳层,从而形成局部高导电区域,是制备超级电容器的优质前体,故将木质素用于混合型超级电容器逐渐成为研究热点之一。本文综述了近年来木质素碳材料在混合型超级电容器电极材料中的应用,重点分析了木质素在其中的作用,将其总结为3类进行介绍,包括木质素/多孔炭（石墨烯、碳纳米管）型、木质素/金属化合物（金属氧化物、硫化物、氢氧化物）型和木质素/导电聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩）型。此外,还介绍了木质素基混合型超级电容器在柔性超级电容器中的应用。最后,总结了木质素基材料应用在混合超级电容器中的优势和挑战。     

Micelle-hosted bimetallic Pd–Ru nanoparticle for in situ catalytic hydrogenation in supercritical CO2

Bimetallic Pd–Ru nanoparticles of different elemental ratios are prepared via in situ reduction of their simple salts in reverse micelles in supercritical carbon dioxide (scCO₂). The optimised Pd:Ru (1:1) nanoparticle shows the highest activity for hydrogenation of functionalised alkene under mild conditions, which can be easily recycled under the reaction conditions without use of organic solvent.     

复杂氧化物载氧体的调变策略及在过程强化中的应用

CO₂减排已经成为各国发展的重要议题之一。化工产业的传统分离过程由于?效率过低,往往会导致大量的能源浪费及CO₂排放。作为一种典型的、耦合分离与反应的过程强化策略,化学链技术有利于实现产物分离、能量梯级利用,从而显著提升系统?效率。高通量计算与化学链技术的结合,可以针对不同化学反应,指导相应的化学链载氧体热力学性质的调变策略。以化学链空气分离、氧化脱氢和热化学储能三个典型过程为例,简述化学链过程中复杂载氧体热力学性质的调变策略。热力学分析表明,不同化学链流程中载氧体性质的优化方向和最优区间均存在显著差异。因此,未来化学链技术发展的重要方向之一,是针对不同的化工流程进行载氧体的精确调变,从而实现化工流程的最优化。     

Electrochemical reduction of carbon dioxide at ruthenium dioxide deposited on boron-doped diamond

Study of carbon dioxide reduction at RuO₂-coated diamond electrodes showed that conductive metallic oxides are promising electrocatalysts for this process and allow higher reduction products to be obtained. The main reduction products obtained in acidic and neutral media were formic acid and methanol, with product efficiencies as high as 40 and 7.7%, respectively. It was observed that conductive diamond is a very well suited material for studying the electrocatalytic properties of conductive metallic oxides, because its use resulted in a negligible substrate effect. This feature will greatly enhance the ability to understand the relationships between the intrinsic electrochemical behavior and the electrocatalytic behavior, in view of developing new effective electrocatalysts. The use of conductive diamond could also allow better utilization of the electrocatalyst by avoiding the need for thick films.