液体碳氢燃料蒸汽重整制氢催化剂研究进展

液体碳氢燃料具有能量密度高、氢含量大及便于储存和运输的特点,以其为原料经重整制氢并应用到移动式的燃料电池/加氢站对民用设备及国防武器等具有现实意义。本文首先对液体碳氢燃料蒸汽重整机理进行概述,明确当前催化剂面临的积炭、硫中毒等主要问题,从而指导高性能催化剂的设计和开发;其次,总结了几种典型液体碳氢燃料（汽油、煤油、柴油、焦油、含硫碳氢燃料等）蒸汽重整催化剂的相关进展,对比了不同催化剂在相应工艺条件下的活性及稳定性;最后,归纳了几类蒸汽重整过程强化技术包括等离子体重整、化学链重整、吸附增强重整及反应与分离耦合重整,说明了各类强化技术的优点及存在的不足,提出通过构建高效催化剂与蒸汽重整强化技术耦合有望实现液体碳氢燃料的高效转化制氢。希望本综述能为进一步研究液体碳氢燃料重整制氢提供相关指导。     

甘油水相重整制氢研究进展

甘油作为生物柴油的副产物,当前的产能严重过剩。甘油制氢,尤其是通过水相重整（APR）制取可以供燃料电池直接使用的高品质氢气,是提高甘油附加值、降低生物柴油成本的重要途径和手段。本文简述了当前生物柴油及其副产物甘油的生产,阐述了甘油的水相重整制氢反应,详细介绍了甘油水相重整制氢反应的热力学和动力学影响因素。分别从催化剂的贵金属活性组分、非贵金属活性组分和载体等三方面对甘油水相重整制氢反应进行了详细的综述,最后提出了双金属催化剂可能具有优异的催化甘油水相重整制氢性能。     

生物质制备液体燃料技术的研究

综述了近年来由生物质制备液体燃料(生物乙醇燃料、生物柴油、生物质航空燃料)相关的技术进展。重点介绍了乙醇燃料的生物质合成气发酵、生物质合成气催化和合成气间接合成技术;生物柴油的油脂酯交换和超临界法转化途径;航空燃料的生物质气化-费托合成加氢提质和生物油的转化路线;并对这些转化途径的的特点和未来的研究方向做了分析。     

生物质基含氧化合物化学催化法制备长链烷烃的研究进展

利用生物质资源可以制备混合醇、烃类燃料、生物柴油等可再生运输燃料。相较于燃料乙醇、生物柴油等含氧燃料,烃类燃料在使用性能上更具优势,是新一代生物燃料发展重点。本文着重介绍以木质纤维素水解得到的单糖为平台,经过一系列化学催化反应,制备碳数大于8的各类烷烃的新型生物燃料生产路径。总结了近年来研究者们以C₅或C₆小分子化合物为原料,采用不同的反应策略实现碳链增长,得到满足现代运输燃料碳数分布的中间体的研究成果;以及高效脱除燃料中间体中氧元素的各种催化反应技术方案。分析对比了不同技术路线烃类燃料的产率、工艺条件等技术指标,并且评述了不同反应路径的特色及其存在的问题。最后,对木质生物质化学催化法制备运输燃料的工业化给出了发展建议。     

秸秆成型燃料产业化发展得到我国大力支持

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,它以生物质为载体,直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态（如秸秆颗粒燃料）、液态（如燃料乙醇、生物柴油）和气态燃料（如沼气）,具有矿物燃料属性,又可储存、运输、再生和转换,较少受自然条件制约等特点,替代煤炭、石油和天然气等化石燃料,可永续利用,具有环境友好和可再生双重属性,发展潜力巨大。     

生物质能源转化技术与应用(Ⅲ)——生物质热解液体燃料油制备和精制技术

生物质能源是唯一可再生、可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源。随着化石资源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能源替代化石能源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点。本系列讲座主要讲述以生物质资源为主要原料,通过不同途径转化为洁净的、高品位的气体、液体或固体燃料。本讲主要综述了生物质高压液化、快速热解液化制备液体燃料油技术现状、工艺及设备,并在总结生物质热解液体燃料油特性的基础上,总结了生物热解液体燃料油的物理法精制技术(包括脱水、添加溶剂和乳化)和化学法精制技术(包括催化加氢、催化裂解、催化酯化、水蒸气重整)的研究现状,并对其精制机理、优缺点进行了分析。随着制备和精制技术的深入研究,生物质热解液体燃料油可望替代汽油、柴油等化石燃料而越来越受到人们的关注。     

固体氧化物燃料电池燃料重整技术研究进展

对固体氧化物燃料电池(SOFC)燃料重整技术的研究进展进行了综述。分别对催化裂解、蒸气重整、部分氧化、自供热重整等燃料外部重整技术,以及直接氧化和直接蒸气内部重整等内部重整技术的研究进展进行了评述,对每种重整方式的特点进行了介绍,并展望了其今后的发展趋势。     

信息集锦

生物质制液态燃料新方法产率高近日,中国科学技术大学傅尧教授课题组提出了一种生物质转化的新策略,使液态燃料产出率达到传统方法的2倍。该课题组基于前期生物质糖类化合物催化转化为液态燃料的系列工作和新型催化剂的研究经验,提出了利用甲醛聚糖反应衔接生物质气化和糖类水相重整过程(APP)的新策略。     

生物气及其电池尾气SOFC放电性能研究

为探究以不同浓度生物气为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)发电性能及该类电池尾气的再发电价值,通过模拟含不同比例甲烷和二氧化碳的生物气,在750℃下对气路串联Ni/YSZ阳极支撑SOFC进行放电性能测试和气体特性分析。放电结果显示燃料气经第一级SOFC利用后通入第二级SOFC,同氢气经过两级SOFC相比,不同浓度下生物气均获得了较高的功率密度,且短时间恒流时,两级电池均能稳定运行;两级电池均以566 m A?cm-2电流密度恒流放电时的气体分析表明,当CO2/CH4为2时,电池内甲烷的干重整率最高。研究结果表明两级SOFC使用生物气及其电池尾气发电是可行的,可为以生物气为燃料SOFC电堆气路设计提供依据。     

生物质锅炉NOx控制技术研究进展

我国生物质资源丰富,种类繁多,可直接作为燃料燃烧。随着生物质发电装机容量占比逐年增加,环境保护要求逐年提高,生物质电厂烟气排放控制更加严格。生物质锅炉初始氮氧化物排放波动大,烟气中飞灰碱金属含量高,湿度大,生物质锅炉脱硝技术面临重大挑战。本文在对比分析生物质燃料燃烧和烟气排放特点的基础上,分析了目前广泛应用的传统脱硝技术以及正在不断完善的新型脱硝技术的发展现状和各自优缺点。传统脱硝技术包括低氮燃烧技术、选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术,新型脱硝技术包括等离子脱硝技术、臭氧氧化脱硝技术、生物质活性炭脱硫脱硝技术、ZYY干法脱硫脱硝技术、低温氧化吸收协同半干法脱硝技术、液态生物钙脱硝技术和固态高分子脱硝技术等。同时对生物质锅炉脱硝技术存在的技术问题、成本问题和运行周期等进行了讨论。     

氨燃料固体氧化物燃料电池性能研究进展与展望

氨是一种零碳燃料,也是富氢载体,具有较大储运优势。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)是一种清洁高效发电装置,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景,氨气可直接用作SOFC阳极燃料以实现高效、清洁、低成本发电。首先简介了质子传导型和氧离子传导型氨SOFC的工作原理,电解质、电极材料的选择以及氨气在阳极的分解过程。其次总结了氨SOFC的实验研究现状,以单电池最大功率密度为评价指标,综述了不同电解质/电极材料、电解质厚度、操作温度等因素下两种传导类型的氨SOFC的性能表现,并分析了造成电池性能差异的原因。之后介绍了氨SOFC当前面临的挑战,最后对氨SOFC未来研究方向、热电联供系统的应用进行了展望。     

湖南省林木生物质能科研和产业化现状与展望

阐述了湖南省发展林木生物质能的组织管理经验、基础和优势,重点概述和分析了燃料油植物和生物柴油领域的科研和产业化现状.根据湖南省气候和资源特点,提出了湖南省发展生物质能总体规划的设想.总结分析指出,湖南省发展林木生物质能应以生物质原料为基础,重点发展生物柴油为主导产品的生物质液体燃料油(含燃料乙醇)与农林废弃物气化发电和农林废弃物颗粒混煤发电.生物质能资源培育不与人争粮争油,不与粮油作物争地,通过生物技术和常规技术选育出高产、抗旱,耐瘠的专用型能源植物品种.     

Performance analysis of integrated biomass gasification fuel cell (BGFC) and biomass gasification combined cycle (BGCC) systems

Biomass gasification processes are more commonly integrated to gas turbine based combined heat and power (CHP) generation systems. However, efficiency can be greatly enhanced by the use of more advanced power generation technology such as solid oxide fuel cells (SOFC). The key objective of this work is to develop systematic site-wide process integration strategies, based on detailed process simulation in Aspen Plus, in view to improve heat recovery including waste heat, energy efficiency and cleaner operation, of biomass gasification fuel cell (BGFC) systems. The BGFC system considers integration of the exhaust gas as a source of steam and unreacted fuel from the SOFC to the steam gasifier, utilising biomass volatilised gases and tars, which is separately carried out from the combustion of the remaining char of the biomass in the presence of depleted air from the SOFC. The high grade process heat is utilised into direct heating of the process streams, e.g. heating of the syngas feed to the SOFC after cooling, condensation and ultra-cleaning with the Rectisol^® process, using the hot product gas from the steam gasifier and heating of air to the SOFC using exhaust gas from the char combustor. The medium to low grade process heat is extracted into excess steam and hot water generation from the BGFC site. This study presents a comprehensive comparison of energetic and emission performances between BGFC and biomass gasification combined cycle (BGCC) systems, based on a 4th generation biomass waste resource, straws. The former integrated system provides as much as twice the power, than the latter. Furthermore, the performance of the integrated BGFC system is thoroughly analysed for a range of power generations, ～100–997 kW. Increasing power generation from a BGFC system decreases its power generation efficiency (69–63%), while increasing CHP generation efficiency (80–85%).     

Co‐Generation of Electric Power and Carbon Nanotubes from Dimethyl Ether (DME)

Coking occurs easily and would significantly degrade the electrochemical performance for hydrocarbon‐fueled solid oxide fuel cells (SOFCs). Here, we report an integrated device combining a SOFC and a stainless steel tubing as catalyst for hydrocarbon pyrolysis in the upstream of the fuel cell. Considerable carbon nanotubes (CNTs) are grown around the outside of the stainless steel tubing when dimethyl ether (DME) is fed to the device, which dramatically reduces the C:O ratio in the fuel reaching the cell anode. Correspondingly, the carbon‐removal reforming significantly prolongs the performance stability of the fuel cell compared to that directly fueled by DME. The present results suggest that hydrocarbons can be utilized more efficiently and economically by combining a SOFC and a fix‐bed reactor containing catalysts for CNTs formation, accompanying with the co‐generation of electric power and CNTs.     

固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cells,SOFC）有着能量转换效率高,燃料适应性强和环境友好等优点,因此受到了人们的普遍关注,但是固体氧化物燃料电池的商业化应用还取决于其关键材料的进一步发展。介绍了SOFC对阳极材料的基本要求,重点评述了各种阳极材料的优缺点及其研究进展（包括金属、金属陶瓷、混合导体氧化物等）,并对改进阳极材料性能的各种措施进行了归纳总结。     

重整催化剂的抗硫性能研究进展

基于固体氧化物燃料电池(SOFC)的烃类原位重整供氢技术是重要的分布式和小型化制氢方案。传统镍基重整催化剂在烃类重整过程中，原料中微量的硫化物即可使催化剂中毒失活，严重时还可能造成巨大的安全隐患。本文梳理总结了催化剂硫中毒的机理，简述了天然气、液化石油气、液态烃重整原料中硫化物的组成和含量，重点分析了已报道的用于重整反应的抗硫催化剂并总结了有效可行的催化剂抗硫方案，并从重整制氢催化剂的硫中毒机理指导高效抗硫催化剂的开发。最后，文章指出，重整催化综合性能的提升、重整原料的预处理和重整反应器设计等综合抗硫策略也是重要的研究方向。     

Progress in the sulfur resistance of reforming catalysts

Hydrocarbon in-situ reforming hydrogen supply technology based on solid oxide fuel cell (SOFC) is an important distributed and miniaturized hydrogen production solution. Traditional nickel-based reforming catalysts often face sulfur poisoning during the reaction with trace amount of sulfur in the feedstock. In some cases, the existing sulfur may even cause severe safety risks. In this paper, the mechanisms of sulfur poisoning are summarized; the compositions and contents of sulfur species in natural gas, liquefied petroleum gas and liquid hydrocarbon are briefly described; the reported sulfur resistant catalysts for different reforming reactions are reviewed, and the effective and feasible solutions for developing sulfur-tolerant catalysts are summarized. The mechanisms of sulfur poisoning could guide the design of sulfur-resistant reforming catalyst with high performance. Finally, the paper reveals that the improvement of catalytic overall performance, the pretreatment of reforming feedstock and the design of reforming reactor and other comprehensive anti-sulfur strategies are also important research directions.     

铋离子掺杂固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置,具有燃料选择灵活、效率高、环境友好等优点。基于SOFC运行成本和长期稳定性的要求,降低工作温度已成为当前研究的热点。传统阴极较低的催化活性制约了SOFC的技术发展,因此开发具有良好催化性能的阴极材料至关重要。大量的研究表明,铋离子的掺杂能够有效提高材料的电导率和氧催化活性。从铋离子掺杂的角度出发,综述了铋离子掺杂对阴极材料的制备、结构、电导率和电化学性能的影响,并对掺铋SOFC阴极材料未来的发展趋势进行了展望。     

以生物质为燃料的SOFC和发动机热电联供系统：参数分析和性能优化

针对清洁高效能源转换技术需求,提出了一种以生物质为燃料的新型混合发电系统,该系统由生物质气化装置、固体氧化物燃料电池、发动机和余热回收子系统组成。采用Aspen Plus对系统进行了热力学建模,基于建模结果进行了参数分析,以确定关键参数对系统性能的影响。同时,通过ε-constraint的方法进行了效率最大和比发电成本最小的双目标优化。结果表明：随着蒸汽生物质比S/B的增加,系统发电效率从47.3%增加到50.3%;随着燃料利用率的增加,发电效率从45.5%增加到48.2%;入口生物质量和空气当量比的增加会使发电效率呈现下降趋势。在Pareto最优解的情况下,该混合系统可以同时达到系统效率为53.5%,比发电成本SEEC为0.0576 USD/（kW·h）,与标准电厂的能源成本（0.0546 USD/（kW·h））相当,而与以天然气为燃料的SOFC-发动机系统相比则降低了19.6%,说明该新型热电联供系统是一种清洁、高效、经济的能源转换技术。