CO2催化氢化催化剂及其反应机理综述

研究二氧化碳资源化利用技术将对电厂CO₂减排工作具有重要意义。综述了基于催化氢化思想的CO₂转化催化剂及其反应机理,其主要涉及铜、镍、锌等过渡金属和钌、铱、钯等贵金属。现有催化氢化CO₂转化技术研究主要集中于研究与开发高活性催化剂,分析与推测反应机理,提高产物产率及选择性,优化反应体系结构与条件等方面。高活性催化剂如双金属合金,过渡金属催化体系将是未来CO₂催化氢化领域主要的研究方向之一。各催化剂催化氢化CO₂反应机理较为复杂,值得深入研究。随着经济、环保、节能等新型CO₂催化氢化技术的开发及研究的深入,电厂CO₂减排及资源化工业应用也将成为可能。     

CO2加氢制甲醇技术研发及应用前景浅析

CO₂加氢制甲醇技术是近几年最受关注的碳减排和储氢技术之一，该技术可同时实现碳资源的循环利用和氢能的低成本储运。本文对CO₂热催化加氢制甲醇技术的工艺路线进行了介绍，对该技术的催化剂、工艺和设备的研发情况进行了综述，对CO₂制甲醇项目的工程应用情况进行了调研，并对工艺的经济性进行了分析，以期为CO₂制甲醇技术的研发和应用提供参考。     

CO2地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展

CO₂地质利用与封存(CO₂ geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO₂腐蚀钢材反应机制,总结了CO₂腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO₂分压、温度、矿化度及p H值、CO₂封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO₂腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO₂腐蚀问题的重点研究方向。主要包括：CO₂腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO₂腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO₂条件下腐蚀防护技术的开发与应用。     

煅烧沸石咪唑骨架吸附烟气CO2促进节旋藻生长固碳

利用藻类生物捕集CO₂是一种很有前景的减排烟气CO₂的方法,但是烟气CO₂在藻液中停留时间短,向溶解无机碳的转化困难,限制了藻细胞的生长固碳。通过煅烧不同时间的锌沸石咪唑骨架来制备CO₂吸附剂,利用不饱和金属活性位点吸附CO₂并促进CO₂向HCOO₃^-的转化,为藻细胞的生长固碳提供充足的溶解无机碳。结果表明:煅烧6h得到的吸附剂拥有最大的比表面积和孔容积有利于CO₂吸附和转化,可提高藻液中HCOO₃^-浓度55.7%,使得钝顶节旋藻的光能利用效率在99.99%煤化工烟气CO₂条件下增加了2.43倍,培养时间从7天缩短至5天,生物质产量提高了74.7%,CO₂固定速率提高了93.7%,为微藻减排烟气CO₂提供了新思路。     

CO2地质封存深部地下空间利用管理法规探讨

深部咸水层CO₂地质封存是实现温室气体减排、应对气候变化的重要支撑技术之一。CO₂在地下的长期有效封存,需要直接占用深部地质体及其孔隙空间。这些深部地下空间也是未来社会发展的一种重要国土资源,需要制定相关的审批与监管法规来规范其科学开发利用。总结发达国家或地区管理现状与经验,参考已有参考矿产、油气资源勘查开发等经验,提出适用于我国的CO₂地质封存地下空间勘查利用审批与管理流程,以及地下空间利用与CO₂确权、场地选址勘查备案、勘查试注审批、地下空间利用权审批、封场审批与责任转移5个重要内容;同时,进一步建立了综合CO₂羽流、扰动边界和经济性“三级边界”的地下空间利用评估概念模型,以及各类边界的确定方法,能够为我国CO₂地质封存地下空间开发利用的政策制定与开发利用提供参考。     

浸渍法制备的固态胺CO2吸附剂吸附性能

控制和减缓化石燃料电厂的CO₂排放对于缓解大气中CO₂浓度的持续上升具有重要意义。作为一种燃烧后CO₂ 捕集技术,固体CO₂吸附剂具有低能耗、弱腐蚀性、易再生等优点,在CO₂减排领域有着广泛的应用前景。介绍浸渍法制备的固态有机胺吸附剂对CO₂的吸附性能,着重介绍载体性质、有机胺负载量、温度和烟气含水量等因素对固态胺吸附剂吸附性能的影响,并对其机理进行了分析。此外,对比了不同固态胺吸附剂在75 ℃下对CO₂的吸附能力。分析认为,相对于其他类型的CO₂固体吸附剂,固态胺吸附剂较适用于从高温湿烟气中捕集CO₂。     

气体添加对水电极同轴介质阻挡放电直接分解CO2的影响

大气压低温等离子体能够打破热力学平衡的限制，促使常规情况下难以发生的反应在温和条件下进行。其中，介质阻挡放电(DBD)在CO₂转化利用领域受到了广泛的关注，但是其性能受多种因素影响。该文采用水电极同轴介质阻挡放电反应装置进行CO₂直接分解反应，研究分析添加N₂、Ar和He及其不同含量对反应过程放电特性及反应效果的影响。结果表明：相同反应条件下，在CO₂气氛中添加N₂、Ar和He可以增加微放电通道数量，提高放电功率，降低击穿电压，使更多的能量用于活化反应体系分子，但三种气体对放电过程的影响程度明显不同；对比添加气体N₂、Ar和He，在CO₂转化效果上表现为Ar>He>N₂，这主要是由于添加Ar后反应体系具有最高的电子碰撞激发反应速率，在Ar含量为80%时，CO₂的转化率最大为15.2%,CO的产率最大为9.3%；但是，上述气体的添加会降低CO₂的能量转化效率，...     

焦载体下CH4及CO2气氛对低阶煤流化床热解特性的影响

以新疆润北煤为研究对象,在小型鼓泡流化床上开展了热解实验,结合气相色谱、SEM等表征手段对热解产物及其特性进行了分析,考察了以半焦为热载体不同热解温度条件下CH₄和CO₂气氛对煤炭流化床热解特性的影响。结果表明:由于煤半焦促进了CH₄和CO₂的重整反应,CH₄/CO₂混合气氛下热解产气率与单一气氛相比有所减少,减少幅度随温度和CO₂体积分数提高而增加;同时,热解温度为600 ℃以上时,CO和H₂产率随着CO₂体积分数的提高和温度的升高而明显增加,相应的热解水产率也明显增加;随着温度升高,受CH₄裂解、CH₄与CO₂重整及CO₂与碳的气化等反应的影响,CH₄/CO₂混合气氛下焦油产率有所增加,在热解温度600 ℃左右时焦油产率最高的同时增加幅度也较大;受CH₄裂解反应积碳以及CO₂和半焦的气化反应等过程的影响,CH₄气氛下半焦产率增加,CO₂气氛下半焦产率降低;CH₄/CO₂混合气氛下半焦产率及特性同样有明显的变化,且随热解温度升高变化更大;较低体积分数CO₂（6%）时,CO₂促进CH₄裂解积碳,其影响大于CO₂与碳的气化反应,半焦产率提高且半焦孔隙变小,表面变粗糙;而随着CO₂体积分数提高时（增加到15%）,CO₂与碳的气化作用增强,使得半焦产率反而明显减少且孔隙变大。     

CO2/H2O吸附分离特性研究

CO₂捕集是实现碳中和的重要技术路径。该文实验研究了298、348K的单组分CO₂和298、313K的CO₂/H₂O双组分气体,在活性炭、活性氧化铝、3A、13X中的等温吸附和动态吸附特性。基于Langmuir、LRC、Toth、DA、Freundlich吸附模型,对单组分CO₂吸附预测与实验结果进行了对比分析。研究了CO₂/H₂O吸附过程进气水蒸气含量、流量、温度对4种吸附剂的穿透曲线和吸附量的影响规律。结果表明,单组分CO₂吸附量：13X>活性炭>活性氧化铝>3A,CO₂/H₂O穿透时间随流量增大和温度升高而缩短;沸石类穿透时间随水蒸气含量增多而缩短,其他吸附剂表现相反;水蒸气含量增加会抑制CO₂吸附;3A具有较好的CO₂/H₂O吸附选择性。     

富氧燃烧气氛石灰石溶解特性研究

在实验室小型试验台上研究富氧燃烧气氛下湿法脱硫用石灰石溶解特性,研究结果表明：较高的CO₂浓度对石灰石的溶解有促进作用,CO₂体积分数在80%时,石灰石的溶解速率明显增大;在相同的pH值情况下,CO₂浓度越高,石灰石的溶解速率越快。在pH=4.5时,低浓度CO₂气氛比高浓度CO₂气氛下溶解时间增加70 min,CO₂浓度对溶解速率的影响比较明显。     

光催化还原二氧化碳影响因素分析

光催化还原CO₂既是光能利用的一种有效途径,又可将煤炭、石油和天然气等化石燃料排放的CO₂作为碳源,变废为宝,极具经济价值。结合国内外光催化还原二氧化碳研究成果,从光催化还原二氧化碳机理出发,分别探讨了光源、光反应器、添加剂、光照时间、光催化剂等因素对光催化还原二氧化碳的影响;认为高效光催化剂的开发,优良光催化反应器的研制以及更深的机理探索,对该领域的研究至关重要。     

燃煤烟气全流程CCUS系统的技术经济分析

燃煤电站全流程CO₂捕集、利用与封存（CCUS）装置各个环节选用合适的技术决定其经济性,采用逐项比较的方法,确定出在不同条件下CO₂捕集、压缩、输送及驱油各个不同工段应采用的工艺技术,然后分别从建设投资与运行成本角度分析了各个工段的影响因素并有针对性地提出优化措施,并对3个100万t/a相同规模的不同地址燃煤电厂与不同位置油田驱块的组合方案进行了经济性评价。结果表明,CO₂输送距离是建设总成本的主要影响因素,而中长期CO₂公用输送管网的规划完善将弥补CO₂平均输送距离带来的成本增加。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。     

膜法二氧化碳分离技术研究进展及展望

二氧化碳的排放导致了严重的环境和生态问题,而碳捕集、利用和封存技术(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是减缓CO₂排放的有效途径。在众多的CCUS方法中,膜分离因其能效高、成本低、投资少、维护运行简单等优点引起了广泛关注。综述了燃烧前捕集、燃烧后捕集和天然气脱碳中的膜材料及其膜分离性能,分析影响CO₂捕集效率的关键膜结构因素和调控规律,膜组件开发关键问题及产业化情况,膜分离系统集成及经济性规律。结合研究现状和CO₂捕集需求,提出未来膜法CO₂捕集的研究方向。     

基于IGCC的燃烧前CO2捕集技术应用与示范

IGCC和CCS的结合是一种高效性和环保性的先进技术,基于IGCC的燃烧前CO₂捕集技术越来越受到世界各国的广泛关注。介绍了中国首套燃烧前 CO₂捕集系统的工艺流程,对其捕集能耗和成本做了分析。结果表明：该系统的捕集能力为9.46万t/年,捕集率大于88%,捕集CO₂能耗为2.34 GJ/t,捕集成本为281.37元/t。同时指出了今后在降低蒸汽消耗方面的优化方向,该技术与常规电厂燃烧后CO₂捕集技术相比,单位能耗与成本大幅度降低,是未来化石燃料实现低成本捕集CO₂的关键技术。