等离子体技术资源化转化CO2研究进展

以CO₂为代表的温室气体导致的气候效应日益凸显，全球碳减排迫在眉睫。等离子体技术转化CO₂具有独特优势，在实现CO₂资源化转化方面展现出良好前景。对近几年等离子体资源化CO₂的研究成果进行综述，重点介绍了等离子体转化CO₂的主要工艺参数和评价指标，归纳了工艺参数、活性物种、背景气体对CO₂转化的影响，重点分析了介质阻挡放电(DBD)等离子体协同催化转化CO₂的协同效应。最后，针对等离子体协同催化转化CO₂面临的问题与挑战，提出了今后的几个重点研究方向：1）进一步揭示等离子体转化CO₂的反应机制；2）系统探究等离子体和催化剂协同作用机制；3）实际工程应用中，应关注反应器的工程放大、使用安全风险以及经济效益等问题。     

碳基材料在电催化还原CO2中的应用

电催化还原CO₂能够将CO₂转换成高附加值的化学品或燃料,该工艺是一种缓解能源危机和全球变暖的理想途径。但由于缺乏性能优异、价格低廉、环境友好的催化剂,该途径的实用化仍具挑战性。碳基催化剂因具有资源丰富、导电性好、比表面积大、环境友好等优点而被广泛应用于多种催化反应中。目前报道的系列碳基催化剂在CO₂还原反应中也展现出极好的催化性能和应用潜力。综述了N原子掺杂、构造缺陷、单原子负载和金属纳米颗粒负载等手段对碳基材料电催化还原CO₂性能的影响及其催化机制,并总结了电催化还原CO₂所面临的挑战。同时对未来碳基电催化剂的合成及发展进行了展望。     

CO2对非负载型镍催化剂甲烷裂解性能的影响研究

采用沉淀法分别以乙醇洗涤和以乙醇洗涤后再以水洗涤氢氧化镍,焙烧制备了不同形貌非负载型镍催化剂,对催化剂进行了X射线衍射(XRD)表征,分析了催化剂暴露的晶面,考察了CO₂对该催化剂CH₄裂解性能的影响。结果表明：反应气氛中引入~8% (vol)的CO₂可显著提高Ni-et的甲烷裂解性能,同时也可小幅提高Ni-etwt的甲烷裂解性能,适量CO₂的存在可阻止活性较低的非负载型镍的活性位在反应过程中被产物碳包裹,从而有效提高其活性;活性较高的Ni-etwt催化剂不易因被产物碳包裹而失活,使CO₂对其裂解活性影响较小;当CO₂含量较高(~50%)时,CO₂的存在会使更多反应掉的CH₄不能全部转化为碳纳米材料和氢气,降低甲烷裂解的选择性,因此,过高含量的CO₂不利于催化剂催化甲烷裂解制氢和碳纳米材料。     

ANN模型对自热式固定床气化的动态过程预测

在考虑气化炉顶部温度、中部温度、底部温度、空气流速、蒸气流速、反应时间以及生物炭添加量等多参数的情况下,建立自热式固定床气化过程合成气动态神经网络模型,以实现对气化过程中的气体浓度（H₂,CH₄,CO,CO₂)动态过程预测. 采用不同策略实现对网络参数选择与模型结构优化,同时通过嵌入适当数量的随机噪声来避免模型陷入局部最优. 模型对气化过程中H₂浓度变化曲线的预测决定系数（R²）达到0.8646.     

介孔CoFe/CeO2催化剂CO2与甘油干重整制合成气的实验研究

利用生物柴油副产物甘油和CO₂干重整制取高附加值合成气，关键是高性能催化剂的选择和研究。通过胶体溶液燃烧法制备了CoFe/CeO₂催化剂，在固定床反应器中，温度范围650～800 ℃条件下，研究了CO₂与甘油干重整过程中的催化活性和稳定性。结果表明，胶体溶液燃烧法制备的CoFe/CeO₂催化剂具有典型的介孔结构，比表面积为33.4～40.8 m²/g，表现出了活性组分Co-Fe与载体CeO₂较强的相互作用。 7CoFeCe显示出了较好的干重整催化性能，750 ℃下甘油转化率达84.8%，CO₂转化率达19.9%。随着温度的升高，CO₂转化率提高，在800 ℃下，CO₂转化率达到了30.3%，表明高温有利于逆水汽变换反应。稳定性实验表明，介孔CoFe/CeO₂催化剂具有较好的干重整稳定性。     

CY-700型填料塔中乙醇胺水溶液捕集CO2性能研究

为了提高填料塔的传质性能,对比研究新型CO₂吸收剂,在CY-700型不锈钢规整填料中试吸收和解吸塔内,研究了不同操作条件下乙醇胺（MEA）水溶液吸收CO₂的总体积传质系数K_Ga_v和捕集率,并对连续捕集CO₂工艺的再生能耗进行了分析。结果表明,K_Ga_v随液体流量的增大而增大,随溶液CO₂负载和CO₂分压的增大而减小,但是气体流量的增加对K_Ga_v有不利影响;中试连续循环运行结果表明,液气比和塔顶溶剂回流量对体系操作循环负载和再生能耗均有较大影响,在目标CO₂吸收率≥90%、吸收剂流量为5 L/h、气体流量为0.48 m³/h的操作条件下,捕集CO₂再生能耗约为8.5 MJ/kg,循环负载约为0.67 mol/kg。研究结果验证了装置运行的稳定性和可重复性,CY-700填料塔的传质性能较好,为下一阶段探索新型贫水有机胺吸收剂捕集CO₂的性能提供重要的对比参考数据。     

TETA溶液脱除模拟烟气中CO2的试验研究

CO₂作为全球温室气体,正在危害人类赖以生存的环境,而工业上现正在大力发展有机胺溶液用于脱除烟气中的CO₂,并已得到了广泛的应用和极好的发展趋势.由于三乙烯四胺（TETA）溶液具有稳定性好、吸收效率高等优势,再对比传统胺试剂试验的浓度,试验选取0.2~0.8 mol/L体积浓度范围的TETA作为吸收剂吸收模拟烟气中的CO₂.当温度在25~40℃时,其温度对CO₂吸收速率的影响不明显;当溶剂体积浓度在0.2~0.8 mol/L和CO₂体积分数在10%~18%时,溶剂体积浓度和CO₂体积分数对CO₂吸收速率的影响明显.     

低渗和特低渗油层CO2-N2复合驱研究

针对低渗-特低渗油层CO₂-N₂复合驱提高采收率,以大庆外围YS油田的特低渗透油层为背景,进行了数值模拟和物理模拟两方面的研究。利用CMG数值模拟软件GEM模块,建立了一维长细管、均质、非均质理想模型及五点法井网单元模型,分别对CO₂-N₂复合驱的驱油方式、影响因素、五点法井网单元模型下的段塞组成进行了模拟计算及分析。与此同时,在室内分别选用30 cm长的低渗透、特低渗透天然岩心,各进行了5种不同驱替方案的实验研究,确定了CO₂-N₂复合中CO₂合理段塞尺寸及驱油效果,并验证了数值模拟计算的可靠性。研究结果表明,低渗-特低渗透油层CO₂-N₂复合驱不宜采用CO₂与N₂混合驱方式,而应采用一次注入合理的CO₂段塞(约0.3PV)＋N₂的段塞组合驱方式,这样不仅可以减少CO₂用量,而且可以充分发挥CO₂与N₂各自的优势,获得优于全部注CO₂驱的驱油效果;且油层渗透率越低、渗透率级差越小或长厚比越大,越有利于提高CO₂-N₂复合驱采收率;厚度小于井距1%的油层也有利于CO₂-N₂复合驱提高采收率。     

CO2的地质存储——地质学的新课题

将人类排放的CO₂捕集和存储到地下或海底以与大气隔绝是缓解温室效应的重要途径，初步估计可储存至2050年累计排放量的一半.IPCC正组织编写《CO₂的捕集和存储特别报告》，对该方面的研究和实践进行全面科学的总结.地质存储作为一个主要的存储方式，有存储容量大、时间长、可利用成熟技术等优点.文中简要介绍CO₂地质存储所要求的地质条件及相关的科学和技术问题，列举了若干地质存储的实例，指出我国的自然条件对实施CO₂地质存储有利，可首先开展相关区域性研究和CO₂EOR， CO₂ECBMR的试验.     

碱土金属碳酸盐催化乙醇胺-CO2反应机理研究

利用碱土金属碳酸盐（CaCO₃）进行非均相催化乙醇胺（MEA）-CO₂吸收试验。催化剂质量为0.0～25.0 g,吸收剂浓度分别为1.0,3.0和5.0 M（mol/L）。在试验基础上,运用图解法开发MEA溶液吸收CO₂动力学模型,验证催化剂的有效性。运用积分法处理试验数据,并对数据进行线性回归分析,得到适用于0,1,2级反应速率方程。经验证,在胺转化率X_A<0.80时,MEA-CO₂反应符合1级反应速率方程。通过简要评估CaCO₃的催化效果,发现其可将2级非催化反应速率常数k_Z提高至原来的1.1～1.8倍。因此,CaCO₃是一种能够有效促进MEA-CO₂相互作用的催化剂。     

生物质气化技术研究进展

生物质气化技术是生物质洁净高效利用的重要方法,具有广阔的发展前景。本文综述了近年来国内外生物质气化技术中气化剂气化、热解气化、催化气化、等离子体气化、超临界水气化等方法的研究进展。认为目前生物质气化技术需要重点解决的主要难题是焦油脱除和净化以及高效催化剂的制备,化学法除焦和开发复合型催化剂是解决这些难题的有效方法,生物质气化技术的大规模商业化利用是未来的发展方向。     

氧气对生物质气化气及焦油成分影响的实验研究

生物质气化再燃是生物质能利用的较好方式之一.生物质气化再燃技术中,气化气及焦油的不同组成对再燃效果有所影响.自行设计搭建热功率为10 kW的上吸式生物质气化炉,进行典型生物质燃料木屑的气化实验,通过改变气化剂空气的量,研究氧气对生物质气化气及焦油成分的影响.实验结果表明,氧气量增加,气化气中主要组分的体积含量均有所增加,而焦油中占据主要比重的酚类物质相对含量减少.此研究为生物质气化再燃技术的开发提供一定的理论指导.     

生物质焦油的催化脱除及气化气制氢

结合作者在依阿华州立大学可持续环境技术中心的合作科研，介绍了生物质气化、焦油的催化转化及制氢的实验结果。生物质焦油的催化脱除，由一个保护床和转化反应器组成的高温催化气体净化装置完成；生物质气化气要实现高氢浓度的转化，需要通过水煤气变换反应将CO转化为H2。     

Ru-Cu-Ni-CeO_2/HZSM-5催化剂裂解秸秆气化焦油性能研究

采用浸渍法制备Ru-Cu-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂,对实验室规模的生物质气化焦油催化裂解的性能进行研究,并与HZSM-5以及Ru-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂的性能进行对比.Ru-Cu-Ni-CeO2/HZSM-5催化剂具有高的活性和选择性,主要由于催化剂具有高表面积、适宜的孔分布以及高分散的活性组分.     

生物质焦油模化物蒸汽重整实验研究

生物质焦油是生物质热解和气化过程中不可避免的副产物,并且在生物质应用过程中存在有害的影响,因此对于生物质焦油转化的研究受到广泛的关注。本文在试制开发低流阻高强度的蒸汽重整整体式催化剂的基础上,以苯和甲苯作为焦油的模型化合物,在管式反应器上研究了该催化剂作用下,温度、蒸汽量对焦油催化转化以及裂解气体成分的影响;并实验研究了催化剂作用下温度和水碳摩尔比S／C对甲烷转化率的影响。实验发现,苯和甲苯的转化率都随温度的提高而升高。甲苯和苯在裂化温度900℃,S／C=2时整体式催化剂催化作用下转化率分别达到94．1％和77．1％;在600℃时实现了甲烷气体的高效转化;蒸汽量的增加有助于裂解气体成分的调整,同时也促进了消碳反应的进行。     

In situ time-resolved FTIR investigation on the reaction mechanism of partial oxidation of methane to syngas over supported Rh and Ru catalysts

In situ time-resolved FTIR spectroscopy was used to study the reaction mechanism of partial oxidation of methane (POM) to synthesis gas and the reaction of CH₄/O₂/He (2/1/45, molar ratio) gas mixture with adsorbed CO species over Rh/SiO₂, Ru/γ-Al₂O₃ and Ru/SiO₂ catalysts at 500—600℃. It was found that CO is the primary product of POM reaction over reduced and working state Rh/SiO₂ catalysts. Direct oxidation of CH₄ is the main pathway of synthesis gas formation over Rh/SiO₂ catalyst. CO₂ is the primary product of POM over Ru/γ-Al₂O₃ and Ru/SiO₂ catalysts. The dominant reaction pathway for synthesis gas formation over Ru/γ-Al₂O₃ catalyst is via the reforming reactions of CH₄ with CO₂ and H₂O. For the POM reaction over Rh/SiO₂ and Ru/γ-Al₂O₃ catalysts, consecutive oxidation of surface CO species is an important pathway of CO₂ formation.     

CuO/CeO2催化剂在温度变动过程中的CO-PROX催化性能

采用浸渍方法制备不同Cu/Ce原子比的CuO/CeO₂催化剂,用于富氢气体中CO优先氧化反应(CO-PROX),考察其在温度变动情况下的催化性能. 利用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)方法对反应前后催化剂样品进行了表征. XRD测试表明,催化反应后的催化剂中有金属Cu0生成. 这与文献结果一致. 与不含CO₂的情况比较,当模拟富氢气体中含有CO₂时,低温段催化活性明显下降. Cu/Ce原子比为10%的催化剂在温度变动过程中具有较稳定的催化性能.      

Pretreatment of biomass by torrefaction

Agricultural biomass has some drawbacks such as high moisture content, low energy density and wide distribution and as a result, the cost of transport and storage are high. Moreover, raw biomass has poor grindability so its use in a pulverized boiler or entrained flow gasifier is difficult. Torrefaction is a mild pyrolysis process carried out at temperatures ranging from 200°C to 300°C to deal with these problems. The cotton stalk and wheat straw were torrefied in a fix-bed reactor at moderate temperatures (200°C, 230°C, 250°C, 270°C and 300°C) under N₂ for 30 min. The biomass chars after torrefaction had higher energy density and improved grindability characteristics compared with raw biomass and they also showed hydrophobic characteristics. The volatiles consist of a condensable fraction and a non-condensable fraction. The former mainly contained water and tar (organic products but mainly acetic acid). The non-condensable products are typically comprised of CO₂, CO and a small amount of CH₄ and even trace H₂. The volatiles increased with an increase in the torrefaction temperature but the solid yield and the energy yield decreased. However, the grindability and energy density of the biomass char showed great improvement. A kinetic study on the generation of the main non-condensable gases was undertaken and we conclude that the gases are formed by parallel independent first-order reactions. Characteristic kinetic parameters for the generation of each gas were determined.     

生物质定向热转化研究进展

本文综述了生物质气化制备合成气和液化制备高附加值化学品的国内外研究进展?高活性?高选择性和高稳定性催化剂的研发是实现生物质高效热转化亟待解决的技术难题?气化制备合成气应重点开发能够促进焦油转化和CO/H₂比例调整的催化剂;制备高附加值化学品,催化剂要能够降低生物油中氧含量,提高目的化学品产率,提升生物油品质?