加快生物质废弃物吸附增强制可再生氢气

作为全球性的优质能源载体,氢的主要生产方式包括碳氢化合物（例如天然气、煤炭和生物质）的热化学过程以及使用电力来源与可再生能源（如风能或太阳能等）的水电解过程。目前的水电解技术在大规模制氢方面经济竞争力亟待提升。本文指出：为了在2060年实现碳中和,迫切需要开发绿氢制备新技术,大力发展可再生制氢和低碳制氢。具有碳捕集、利用和封存的碳氢化合物低碳制氢（蓝色）技术将占重要地位,随后逐步转向可再生制氢（绿色）,并有望全面实现零碳制氢,进而对长期低碳化社会的发展至关重要。文章提出我国生物质资源非常丰富,但生物质废弃物制氢的技术成熟度仍然较低,迫切需要开发从生物质中高效生产可再生氢气的新技术,以显著提高氢气产量并降低成本;吸附增强反应代表了一种可用于可持续生产氢的有前景的新技术;氢气的产率和纯度可以通过过程强化得到显著提高,制氢过程的强化可以在多功能反应器中实现,其中重整和/或气化、水煤气变换和CO₂移除步骤可将重整/水煤气变换反应催化剂和CO₂捕集剂混合而集成到一个反应器中。最后指出：由于该过程潜力巨大,因此应助推耦合气化和吸附增强反应过程从生物质废弃物中生产可再生氢气的工艺过程,以加快推进碳中和进程。     

CO_2活化生物质水解残渣制备活性炭的正交实验

以玉米秸秆酸水解残渣为原料、CO2为活化剂,制备了一系列活性炭,采用正交试验方法分析了原料颗粒大小、CO2/N2体积比、活化温度、活化时间4个因素对生物质水解残渣原料活性炭的比表面积、孔径和得率的影响。正交试验结果表明,活化温度和CO2/N2体积比是影响该类活性炭吸附性能的主要因素。制备的活性炭产品最大比表面积达到845.4m2/g,对应的制备工艺:原料颗粒50目、CO2/N2体积比1∶1、活化温度1000℃、活化时间210min。     

熔盐电解还原二氧化碳制碳技术

通过电解高温熔融Li0.896Na0.625K0.479CO3混合碳酸盐制取碳燃料,并由中间产物Li2O、Na2O、K2O吸收空气中CO2使碳酸盐电解质再生,从而构筑一个完美的良性循环,最终将CO2转化为C物质。实验通过极化曲线、循环伏安曲线对反应的电化学性能进行了研究,考察了电极材质、电解温度以及相同电量下不同电流强度和电解时间对反应结果的影响,并借助SEM-EDS、TG/DTA、XRD等手段对提纯后的产物进行表征。结果表明：Fe作阴极、Ni作阳极时的电势值较低、电极稳定性较好;随温度的升高,电势的绝对值降低,温度为500 ℃时对反应较有利;1 A?h的电量下,电流强度1.0 A、电解时间1 h时,反应的电流效率较高,可达65.98%;电解产物为无定形碳,含碳量可达80%以上。本研究为二氧化碳的资源化利用提供了一种新途径。     

活性炭负载纳米二氧化钛对水体中砷的去除

采用批处理吸附实验,研究了颗粒活性炭和粉末活性炭负载纳米二氧化钛对水体中砷的去除效果及其初步机理。X射线衍射表征两种活性炭负载纳米二氧化钛后饱和吸附As(Ⅴ)和As(Ⅲ)前后的晶体结构图谱表明,其对砷的吸附属于表面吸附。结果说明,活性炭负载纳米二氧化钛便于纳米材料的回收,是发挥纳米二氧化钛除砷效果的重要措施。     

烟道气中二氧化碳回收技术的研究

介绍了一乙醇胺(MEA)法回收烟道气中二氧化碳的基本原理和工艺流程,指出MEA法具有蒸汽消耗量高、溶液腐蚀性强、MEA易与氧气发生降解反应等缺点。开发了一种从烟道气中回收二氧化碳的新技术,采用的吸收剂是在MEA水溶液中添加了活性胺、抗氧剂和防腐剂的复合溶液。将新技术应用于赤天化集团有限公司烟道气中二氧化碳的回收装置上,试验结果表明,二氧化碳年平均产量提高了25.8%,1m3二氧化碳的蒸汽消耗量可减少3.23kg,并可解决MEA对设备的腐蚀问题。     

膜法脱除天然气中二氧化碳的工艺技术发展现状

综述了目前膜法脱除天然气中二氧化碳的工艺技术发展现状。首先对比了天然气脱除二氧化碳多种工艺技术特点及应用场合情况,膜分离法相比于其他分离方法,具有投资较少、占地小、耗能少等优势。介绍了膜法分离原理、膜材料、膜组件发展现状和膜法脱除天然气中二氧化碳工艺技术单元情况。而工艺技术单元又分为预处理单元和膜分离单元：预处理单元根据采出原料气成分选择不同脱除方法进行组合;原料气经预处理单元后进入膜分离单元,根据实际工况,综合考虑烃类回收率、占地、能耗、投资等因素合理地设计膜法脱碳分离工艺。然后又对国内外膜法脱除天然气中二氧化碳应用案例进行介绍,目前国外膜法脱除天然气中二氧化碳应用案例较多,而国内应用案例较少,因此需加大国内膜法脱除天然气中二氧化碳的工业应用。最后对天然气膜法脱除二氧化碳技术发展方向进行了展望,指出研发具有自主知识产权并且在实际复杂工况条件下能保持高性能、长周期稳定性的膜材料是未来膜分离技术发展的重点,同时将两种或两种以上的单一脱除二氧化碳技术相结合的耦合集成组合工艺,如膜法分离+化学吸收法、膜法分离+变温吸附法等,这种耦合集成组合工艺为未来脱碳工艺技术发展提供了新方向。     

超临界水条件下生物质气化制氢

生物质制氢是农业废弃物资源化利用的一项很有发展前途的技术。介绍了超临界水条件下生物质的气化制氢技术,论述了温度、压力、停留时间以及反应器对气化产物组成及气化制氢效果的影响,着重阐述了催化剂的影响。分析了目前超临界水气化制氢在有机废弃物资源化应用中存在的主要问题,并展望了超临界水气化制氢的研究前景。     

Modeling infinite dilution and Fickian diffusion coefficients of carbon dioxide in water

We propose a new model for calculating infinite dilution diffusion coefficients for carbon dioxide and water mixtures. The model takes into account temperature dependence of the dipole moment of water and polarizability of CO₂, and fits experimental CO₂? H₂O data at low and high pressures with an accuracy of 4.9%. Remarkably, the proposed model also accurately predicts infinite dilution diffusion coefficients for other binary water mixtures where solute polarizability is close to that of CO₂, such as CH₄, C₂H₆, C₃H₈, and H₂S. Moreover, we present—to the best of our knowledge—the first predictions of composition‐based Fickian diffusion coefficients for CO₂? H₂O mixtures over the temperature range 298.15–413.15 K, and pressures up to 50 MPa. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

面向二氧化碳捕集的过程强化技术进展

化石能源的大量燃烧在推进人类工业化进程的同时也使当今世界面临愈发严峻的气候变化和环境问题。为降低大气中日益增长的CO₂浓度并实现《巴黎协定》所设定的2℃目标,CO₂捕集技术得到了越来越广泛的关注和研究,其中部分技术已实现了小规模工业化。在持续推进节能减排的背景下,通过CO₂捕集对现有工业过程进行强化是CO₂捕集技术发展的一个新兴方向,如此不但可提高原有过程的效率和产品品质,还可大幅减少其碳排放,是具有应用前景的技术路线。本文从CO₂捕集的主流技术出发,介绍了面向CO₂捕集的过程强化技术,重点介绍CO₂捕集强化的蒸汽重整制氢过程、水气变换过程和生物质气化过程,以及耦合CO₂捕集的CO₂加氢过程、CH₄干重整过程和化学链燃烧过程,最后还对捕集后CO₂的利用与转化技术进行了简介。     

CO与CO2甲烷化反应研究进展

介绍了甲烷化反应的催化剂,尤其是Ni基催化剂的研究进展,综述了助剂、载体以及制备方法对甲烷化催化剂催化性能的影响,不同催化剂上CO和CO2甲烷化反应过程的机理。     

环丁砜-二异丙醇胺复合溶液吸收烟气中CO_2实验研究

采用搅拌实验装置,研究环丁砜溶液及不同配比的环丁砜-D IPA复合溶液对烟道气中二氧化碳的吸收和解吸性能,揭示了吸收容量与酸碱度、时间之间的内在联系,并对CO2初始逸出温度、试液再生温度、试液再生率、再生pH下降率进行了细致记录分析。实验结果表明,环丁砜-D IPA复合溶液配比为0.4∶0.6时,吸收效果最佳,吸收量约为0.08 mol,再生温度最低为102.5℃,再生率最高为91.64%。实验结果还表明,环丁砜-D IPA复合体系之间存在弱的正交互作用。     

水合物存在条件下CH4和CO2在溶液中溶解度计算

实验测定了在不同温度、压力条件下,水合物存在时CO2和CH4在水溶液中的溶解度。将Chen-Guo水合物模型和拓展的P-T状态方程应用到水合物存在条件下CH4和CO2在溶液中的溶解度计算,对于V-Lw-H三相条件下CH4和CO2在液相中的溶解度取得了较高的计算精度。本文将vander Waals-Platteeuw模型和拓展的P-T状态方程结合,建立了用于计算高于三相平衡压力条件下CH4和CO2在液相中溶解度的模型。考察了系统压力对CH4和CO2在液相中溶解度的影响。结果表明,压力增加会显著影响CH4和CO2在其溶液中的溶解度。模型基于两点假设经过改进后具有较高的计算精度,能够用于水合物存在条件下CH4和CO2在液相中溶解度的计算。     

Transition metal and metal oxide catalysed gasification of carbon by oxygen,water, and carbon dioxide

The oxygen transfer mechanism is examined for transition metal and metal oxide catalysed carbon gasification by oxygen, water, and carbon dioxide. The mechanism appears valid for the C-O₂ reaction due to the availability of weakly bound oxygen in the bulk metal oxide or on the surface of a metal oxide or a metal in an oxygen atmosphere. In water and carbon dioxide atmospheres, only oxygen strongly bound to the metal or metal oxide is present, resulting in negligible activity for carbon gasification through this mechanism. When the catalyst is present as a reduced metal, a different mechanism for catalysed gasification involving direct breakage of carbon-carbon bonds by the metal is suggested.     

CO2的绿色利用技术研究进展

近年来CO2的综合利用越来越引起人们的重视。本文介绍了近年来通过化学途径实现CO2资源化利用的研究方向及进展,并报道了最新的研究技术和成果。通过适当的化学反应,CO2可以转化为液体燃料、甲醇、碳酸酯类等高附加值的产品,还可通过CH4–CO2催化重整制成合成气来制备乙烯或含氧化合物等。另外,本文还介绍了其它新型CO2化学利用技术,如通过合理设计的化学肺可将CO2直接转换为氧气,利用太阳能、电能和生物微藻技术实现CO2向有用化学品的转化以及作为新型储氢材料的研究利用进展。     

基于二氧化碳、水、太阳能的绿色化工精炼

化石资源为人类提供了不可或缺的化学品、材料以及燃料,但也造成了大量二氧化碳排放。生物质是可以生产低碳化工产品的可再生资源,但要占用有限的可耕地资源。提出了直接以二氧化碳、水和太阳能为原料的绿色化工精炼。采用光电板收集太阳能并转化为电能,电能通过膜式水电解池产生氢气,氢气通入新型生物反应器并在自养菌的作用下把二氧化碳还原为聚三羟基丁酸酯(PHB)。此新型生物反应器解决了因气体溶解性低而影响传质速度的关键技术,微生物干重产出达0.18 g·L^-1·h^-1,其中PHB质量分数约50%。PHB不仅是优良的可生物降解塑料,也是可用于生产C₃～C₄有机低分子和芳香烃的平台化合物。在磷酸催化作用下,PHB可转化为与汽油相当热值和元素组成的C₄～C₁₆燃料油。分离PHB后的细菌生物质残渣可水热分解获得生物油和富氮水相产物。此生物油具有比植物生物油更高的热值,而水相产物可作为营养物用于培养微生物。     

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.     

二氧化碳回收技术及应用前景

阐述了二氧化碳各种回收方法的原理及工艺特点,分析了各工艺的优缺点及适应性,为回收利用二氧化碳提供了技术依据,并指出了二氧化碳的应用范围及前景。     

酶法和微藻固定二氧化碳的研究进展

CO2是导致温室效应的主要气体,固定和转化CO2的研究近年来取得了迅猛发展。目前,CO2转化的主要方法为化学法和生物法,化学法转化CO2存在转化效率低、能耗高、对设备耐温耐压性能要求高等缺点,生物法主要是指酶法及微藻固定CO2,其由于反应条件温和且绿色无污染的优点而备受关注。本文综述了国内外在多酶体系和微藻固定CO2方面的研究现状,重点对多酶体系的选择和优化、微藻筛选与基因工程育种、光反应器设计及高附加值产品的合成等方面的研究情况进行了论述,并指出构建新的多酶体系将CO2固定与有用物质生产相偶联是生物酶法的主要发展方向,此外,基因工程微藻的构建及新型光反应器的研发是提高微藻法固碳效率的主要方式。     

煤与生物质制氢工艺评述

对国内外煤与生物质热化学转化及微生物转化制氢工艺的研究现状及发展趋势进行了综述,分析了由煤和生物质制取氢气的工艺特点,指出了各种工艺的优势和不足。讨论了日本HyPr-RING工艺和美国FutureGen项目2种煤大规模制氢方案,给出了国内外煤与生物质制氢研究进展和现阶段的氢能选择。     

Hydrogenation of carbon dioxide by hybrid catalysts,direct synthesis of aromatics from carbon dioxide and hydrogen

Direct synthesis of aromatics from carbon dioxide hydrogenation was investigated in a single stage reactor using hybrid catalysts composed of iron catalysts and HZSM-5 zeolite. Carbon dioxide was first converted to CO by the reverse water gas shift reaction, followed by the hydrogenation of CO to hydrocarbons on iron catalyst, and finally the hydrocarbons were converted to aromatics in HZSM-5. Under the operating conditions of 350°C, 2100 kPa, and CO₂/H₅ = 1/2, the maximum aromatic selectivity obtained was 22% with a CO₂ conversion of 38% using fused iron catalyst combined with the zeolite. Together with the kinetic studies, thermodynamic analysis of the CO₂ hydrogenation was also conducted. It was found that unlike Fischer Tropsch synthesis, the formation of hydrocarbons from CO₂ may not be thermodynamically favored at higher temperatures.