生物质化工制氢气技术进展

概述了以生物质原料制取氢气的机理和基本方法,讨论了不同生物质原料制氢技术研究进展,主要包括藻类微生物、可厌氧发酵微生物、海洋生物为主的藻类微生物制氢技术;秸秆类生物质发酵制氢技术;植物壳类生物质制氢技术;农牧废弃物制氢技术以及糖类制氢技术.     

生物质制甲醇系统CO2捕集过程的设计模拟及技术经济性分析

通过ASPEN PLUS过程系统建模模拟,设计了生物质制甲醇系统中CO2的捕集工艺流程,并分析了其技术经济性能,研究了不同CO2捕集率的成本及其对生物质制甲醇能耗、水耗的影响。结果表明,捕集率为85%时生物质制甲醇系统CO2捕集封存较佳,单位捕集量的成本最低,有效能耗为453 MJ/t、水耗为193 kg/t、成本为135元/t,远低于直接从大气中捕集CO2。虽然这将使生物质制甲醇的生产成本增加154元/t,但当CO2减排补贴价格为40~50元/t时,则可抵消该部分成本增量。     

基于CO2原位捕集的生物质热解制氢

以谷壳作为生物质研究对象,在石英管反应器中研究了基于CO₂原位捕集的谷壳热解制H₂,考察了不同温度、不同的CO₂捕集剂（CaO）配比对其热解的产气量、气体中H₂的体积分数的影响。实验结果表明,谷壳热解的产气量随温度的升高而增大,当反应温度在800℃时有最大产气量340mL/g;捕集剂CaO的添加通过原位吸收CO₂促进相关反应向生成氢气的方向移动。在600℃,不同比例CaO下CO₂体积分数都保持在22%左右,谷壳热解产生的气体中H₂的体积分数为14%~26%;在700℃,当CaO与生物质质量比为1：4时,添加CaO捕集剂能够较好地捕集CO₂,有效提高H₂的体积分数,此时获得较高的H₂产率41%,较低的CO₂体积分数16%,CaO的捕集率为64%;GC-MS表征分析发现,CaO在800℃的温度下对热解过程中产生的焦油有部分催化裂解效果。     

生物质制氢气的研究

氢能是一种新型的洁净能源，是新能源研究中的热点．生物质法制氢是一项很有发展前途的技术，但受到多种因素的影响，目前还难以大规模地进行，气化法制氢是制氢枝术中成本最低的，也是目前应该重点发展的技术．简要论述了国内外对生物质制氢研究的原理及相关技术，指出了此项技术的研究热点和发展方向．     

生物质废弃物催化气化制取富氢燃料气

利用生物质氢可以实现 CO2 归零的排放 ,从根本上解决化石能源消耗带来的温室效应问题 ,已引起了世界各国研究者的普遍兴趣 .介绍了生物质催化气化制取富氢燃料气的研究概况 ,给出了生物质催化气化制氢的典型流程 ,讨论了在气化过程中发生的主要化学反应以及影响燃料气组成和焦油含量的一些主要影响因素 ,如气化介质的不同及催化剂的应用等     

二氧化碳捕集技术研究进展

由于全球温室效应不断增强,全球温度上升引发冰川融化,使得海平面上升和海水酸化。二氧化碳(CO₂)是人为排放温室气体的主要组成部分,占比四分之三。随着碳中和碳达峰目标的提出,CO₂捕集与封存(CCS)技术作为具有前景的策略正在引起全球关注。本文介绍了燃料燃烧前、富氧燃烧和燃烧后烟气中CO₂捕集技术,以及吸收、吸附和膜分离等CO₂分离技术,提出固体吸附剂对CO₂进行吸附和分离是一种具有应用前景技术,从CO₂吸附剂方面展望二氧化碳捕集技术研究方向。     

水泥工业碳捕集关键技术路线及发展趋势

水泥的主要碳排放源是原材料碳酸盐矿物分解,即使水泥工业不用煤炭等化石燃料,也难以实现碳中和目标。未来,发展碳捕集技术将成为行业碳零排放的必由之路。本文结合水泥工艺特点,阐述五类碳捕集的关键技术路径,分别为：化学吸收、氧燃料燃烧、钙循环工艺、间接换热分解、膜分离,并从工艺技术特征、关键指标、能源评价及产业化趋势等方面进行分析介绍,助力水泥绿色发展。     

钙基材料捕集CO2强化煤水蒸气气化制氢研究进展

煤炭大规模燃烧产生的CO₂加剧了全球气候变暖和温室效应,钙基材料强化煤气化制氢技术能在捕集CO₂的同时获得较高浓度的H₂,工业应用前景良好。基于国内外钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展,论述了钙基材料强化煤气化制氢技术的系统流程,综述了钙基材料在系统中的CO₂捕集和强化制氢反应特性和活性降低机理,总结了改善钙基材料循环稳定性、CO₂捕集性能和催化制氢性能的方法,介绍了钙基材料强化煤气化过程中碱金属等微量元素的迁移路径,论述了微量元素对钙基材料在煤气化过程中脱碳/强化制氢活性的影响特性,分析了流态化和超临界气化条件下钙基材料对煤气化制氢特性的影响,介绍了基于热力学模拟的系统能量和经济性计算,归纳了钙基材料强化煤气化制氢系统和其他可再生能源系统的耦合性能及其对制氢特性的影响。基于当前钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展和潜在挑战,对未来可能的研究方向进行展望,认为筛选添加剂能多方位提高钙基材料的反应性能,采用解耦气化和煤/生物质共气化技术能实现更高的制氢性能和气化转化率,研究煤中...     

生物质化学链转化技术研究进展

生物质通过化学链转化制备燃料及化工原料是工程热化学领域发展的重要方向,如何有效借助化学链转化实现生物质能源的高效清洁利用是工业界和学术界关注的热点。本文回顾了生物质化学链燃烧、气化、氧解耦、重整/制氢研究进展,重点综述了载氧体在生物质化学链转化过程中的理化特性变化规律及热力学与动力学特性,对比分析了反应装置及系统的特性。基于生物质主要组分的化学特性探究预处理及灰成分对化学链转化的影响机制,充分考虑电子及氧离子传输特性的载氧体理性设计及精准构筑,在时间尺度和空间尺度上的反应器与反应本征特征匹配特性,生物质化学链转化与其他工程热化学技术耦合的多联产系统是后续研究需要关注的几个方面。     

基于化学链燃烧的吸收剂引导的焦炉煤气水蒸气重整制氢过程模拟

建立了基于化学链燃烧供能的吸收剂引导的焦炉煤气水蒸气重整制氢系统,该系统包含吸收剂引导的焦炉煤气重整反应器（SECOGSR）、燃料反应器和空气反应器。该系统能产生高纯H₂［93.23%（mol）］,仅通过冷凝即可实现CO₂的捕获,分离能耗低。采用Aspen Plus软件对吸收剂引导的焦炉煤气重整制氢过程进行了模拟,得到优化的反应条件为：温度650℃,压力1.5 MPa,Ca/C=1,H₂O/C=4。并对系统进行了模拟,以NiO/Y₂O₃/ZrO₂(0.73/0.022/0.248,摩尔比）为化学链燃烧的载氧体和载能体,在满足反应器自热平衡和系统吸放热平衡的基础上,重整1mol焦炉煤气,燃料反应器和空气反应器所需的焦炉煤气、空气及载氧体NiO/Y₂O₃/ZrO₂的量分别为0.139、0.648、3.11 mol。该系统消耗1 mol焦炉煤气的产H₂量为1.30 mol,捕获的CO₂的量为0.355 mol。     

生物质衍生物重整制氢研究进展

氢能是公认的较为理想的绿色能源,开发利用氢能不仅能摆脱对传统化石能源的长期依赖,还能解决能源短缺及环境污染问题,低成本且高效环保地制取氢气有利于中国能源结构转变与可持续发展战略的实施,其中利用可再生生物质衍生物重整制氢技术越来越受到人们的关注。从化学与能源角度出发,综述和评论了国内外以生物醇类、苯酚类、酸类三大主要生物质衍生物为原料重整制氢的研究,分析了这些生物质衍生物重整制氢的反应机理,集中阐述了催化剂和载体对重整制氢的作用效果,以及催化体系所面临的问题及改进办法。结合目前制氢发展着重于催化剂改性、载体优化、工艺改进等方面的研究趋势,提出未来可深入开发新型载体和助剂、丰富催化剂体系、整合各种制氢工艺的研究方向。     

用于甲醇重整制氢的铜基催化剂研究进展

近年来,随着能源需求与日俱增,化石燃料的燃烧造成的温室效应使得地球气候变得更加恶劣,如何有效实现碳减排成为各国科学家的研究重点。将二氧化碳转化为绿色液体燃料(如甲醇)是一个重要方向。通过甲醇合成(MS)实现碳捕获,再在需要能量时进行甲醇水蒸气重整(MSR)制备氢气,实现二氧化碳的闭路循环和氢能的储存,因此MSR反应具有很高的研究价值。在众多应用于甲醇水蒸气重整的催化剂中,Cu基催化剂因其价格低廉和高活性等优点受到广泛关注。综述了Cu基催化剂在甲醇水蒸气重整中的研究进展,包括机理探索,催化剂优化及未来的发展方向,提出铜基催化剂中铜的高分散、价态调控和复合氧化物与铜的协同是性能优化的关键。     

Photosynthetic production of Dunaliella biomass from natural salt water and carbon dioxide

A Dunaliella strain has been isolated and grown in a medium containing saline lake water. Using 40% saline water and mixture of CO₂-air (4% CO₂) the algae grew with a specific growth rate of 0.073 h⁻¹. The maximum cell concentration was 5.6 × 10⁷ cells cm⁻³ which corresponded to 3.63 g dm⁻³ of dry biomass. Using 80% saline water, a glycerol concentration of 1.47 g glycerol g⁻¹ of, protein was obtained which amounted to 44.3% of Dunaliella dry weight. Fermentor CO₂ from a continuous yeast culture was also used as carbon source for photosynthetic growth. At 2.5% CO₂ in the exit gas a decrease of the specific growth rate was observed but the final concentration attained was comparable to that obtained with CO₂-air mixtures.     

基于化学链技术制氢的研究进展

利用氢能替代常规化石能源是运输行业应对气候变化和环境污染问题的一个重要突破口。将化学链技术应用于制氢过程不仅可以提高能量转换效率、减少环境污染,还可以在制氢的同时捕捉该过程产生的CO2,具有广阔的发展前景。本文概述了化学链制氢的两种方式的原理及特点,总结了不同过程在载氧体的筛选、反应器的形式以及系统模拟方面的研究现状。指出高效载氧体的筛选和制备是各个过程成功运行的关键。化学链水蒸气重整制氢[CLR(s)]过程需要考虑管束的磨损问题,而自热化学链重整制氢[CLR(a)]过程需要注意过程中的反应热量平衡。廉价载氧体的筛选、固体燃料的化学链制氢及其系统开发是化学链制氢(CLH)过程未来研究方向。     

吸附强化蒸汽重整制氢中CO2固体吸附剂的研究进展

吸附强化蒸汽重整（SESR）制氢技术是集重整反应（H₂生产）和选择性分离（CO₂吸附）于一体的新型技术。该技术的特点为采用固体吸附剂在高温下对CO₂进行原位脱除,以改变反应的正常平衡极限,提高烃类转化率,提高H₂产量,减少CO₂排放。在整个SESR制氢技术中,吸附剂的选择与反应条件至关重要。本文探讨了CaO、水滑石、Li₂ZrO₃、Li₂SiO₃以及双功能吸附剂在SESR制氢过程中的性能,总结了提高这些吸附剂吸附性能的不同方法。确定了固体吸附剂的反应条件,如温度、压力、水蒸气量等因素的影响及相关的反应机理。分析表明,CaO基吸附剂由于其低廉的价格及较高的吸附能力,被认为是最具潜力的吸附剂,然而在SESR制氢过程中,CaO基吸附剂面临着多次循环再生后吸附能力衰减的挑战。集吸附与催化双重功能的吸附催化材料由于可以克服SESR制氢中不同固体催化剂和吸附剂的匹配问题、降低所用固体材料的成本,从而使其在吸附强化蒸汽重整制氢方面具有巨大优势,并成为该领域未来研究的一个重要方向。     

化学链重整直接制氢技术进展

化学链重整直接制氢技术使用固态金属氧化物作为氧载体代替传统重整过程中所需的水蒸气或纯氧,将燃料直接转化为高纯度的合成气或者二氧化碳和水,被还原的金属氧化物则可以与水蒸气再生并直接产生氢气,实现了氢气的近零能耗原位分离,是一种绿色高效的新型制氢过程。根据产物和供热方式的不同,可以将化学链重整直接制氢工艺分为双床系统和三床系统两类,并对各系统中氧载体与反应器的设计与选择进行了分析。通过Elingham图对不同氧载体的氧化还原能力进行比较,选取适于直接制氢的金属氧化物,并讨论了氧载体材料研发的最新进展。化学链制氢反应器设计应根据不同原料和产品的特点,选择合适的气-固接触方式,以强化化学链重整直接制氢效率。     

化学链干重整联合制氢热力学分析及实验

提出了一种化学链甲烷干重整联合制氢工艺。该工艺由还原反应器、干重整反应器、蒸汽反应器和空气反应器组成，在实现制氢的同时获得可变H₂/CO比的合成气。借助ASPEN plus软件和小型流化床实验台，在等温条件下，温度900℃，采用Fe₂O₃/Al₂O₃载氧体，对该工艺进行热力学分析和实验验证。结果显示，当铁氧化物被还原至FeO/Fe时，干重整反应器内甲烷转化率可以达到98%，CO产率可以达到94%。干重整反应器中同时发生甲烷干重整和部分氧化反应，载氧体内部晶格氧可以有效降低积炭并提高合成气H₂/CO比。积炭发生于晶格氧消耗殆尽时。积炭进入蒸汽反应器，发生气化反应，降低氢气纯度。     

新型超临界水中煤气化制氢产物的CO2分离过程

目前CO₂的分离方式主要局限在常压条件下,在高压条件下分离CO₂的研究鲜有报道。本文为了解决这一问题,针对煤在超临界水中气化过程压力高的特点,构建了高压水吸收法分离CO₂系统,建立了高压多组分气液相平衡的能量分析模型和 分析模型;并对CO₂的分离过程进行分析,获得了高压吸收器中压力对各种气体产物摩尔分数和液相中气体吸收率的影响规律;针对高压水吸收法分离CO₂的流程,建立了CO₂分离过程中的能量分析模型和 分析模型,得到了高压吸收器中压力发生变化时,CO₂分离过程的能量效率、 效率以及CO₂分离能耗的变化规律,为超临界水中煤气化制氢新技术中分离器的设计提供了依据。