入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni-Yb/γ-Al₂O₃(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO₂、H₂和CH₄)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO₂入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO₂或H₂进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(<95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH₄代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H₂对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH₄不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO₂时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO₂对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.      

直接天然气火焰燃料电池阳极抗积碳的研究

采用流延法制备了阳极支撑型固体氧化物燃料电池(SOFC)。并通过浸渍法，在Ni-YSZ阳极表面制备了Ag-Sm₂O₃复合催化功能层。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)测试分析，发现Ni-YSZ阳极表面的Ag-Sm₂O₃催化功能层由纳米Ag-Sm₂O₃颗粒构成，纳米颗粒大小为几十纳米。该催化功能层和Ni-YSZ阳极构成了Ag-Sm₂O₃/Ni-YSZ复合阳极。在700～800℃温度范围内，以主要成分为CH₄的天然气为燃料，对电池片进行电化学测试。通过调整天然气流量，测试了电池片在700,750和800℃下的电化学性能。750℃时，浸渍了6.6×10^-3 g催化剂的阳极电池的峰值功率密度达到320 mW·cm^-2，比未浸渍催化剂的电池提高了一倍。电池片运行40 h后，电池性能未出现明显衰减，阳极表面无明显积碳。Ag-Sm₂     

焦炉煤气重整成分变化规律热力学计算

为明确焦炉煤气重整工艺中温度及组分对焦炉煤气重整平衡组分的影响规律，对CH₄-H₂-CO-CO₂-H₂O-O₂竖炉焦炉煤气体系自重整过程中温度、压力、O₂、CO₂和H₂O的变化规律进行了热力学平衡模拟研究。结果表明：高温以及较低的体系压力对焦炉煤气自重整有利，但CH₄转化率较低。在给定焦炉煤气成分及条件下，焦炉煤气重整过程中加入O₂会使CH₄转化变得容易，计算得到的O₂最佳加入量为5.69%(摩尔分数),此时CH₄转化率已经达到99.48%,还原气平衡组分中H₂的摩尔分数可由68.39%提升至75.99%,CO摩尔分数由4.36%提升至18.12%,H₂与CO体积比降至4.19;CO₂加入量是调节焦炉煤气平衡组分中H₂...     

直接碳固体氧化物电池阳极催化剂研究概述

纵观全球,能源危机和环境污染日益严重,传统的燃煤火力发电方式会排放大量的温室气体且效率低下,因此我们迫切寻求并开发煤炭等化石燃料清洁利用的新技术,而直接碳固体氧化物燃料电池是一种很有前途的解决方案.在直接碳固体氧化物燃料电池中,阳极电极催化剂是电池性能提升的关键.因此,本文介绍了直接碳固体氧化物燃料电池的基本知识,详细...     

稀土在燃料电池中应用的最新研究进展

燃料电池具有能量转化率高、环境污染小、噪声低、灵活性大、使用寿命长等诸多优点,在电动汽车、潜艇、航天、洁净电站、移动电源等各个领域具有广阔的应用前景.稀土元素因其特殊的物理和化学性质,在改进和提高燃料电池性能等方面具有潜在的应用前景.本文较全面综述报道了近五年来国内外稀土在固体氧化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)中应用的最新研究进展.     

Li-CO2电池非均相正极材料的研究进展

随着世界各国对于化石燃料的过度依赖，导致大气中的CO₂气体排放愈演愈烈。Li-CO₂电池作为一种清洁能源，可以捕获空气中的CO₂转化为电能和具有高能量密度等特点，被称为是下一代能源存储设备。然而，由于Li-CO₂电池在放电过程中产生一种宽带隙难溶物Li₂CO₃,导致电池在充电过程需要较高的充电电压进行分解，所以研究人员着重于开发可以有效分解放电产物的正极材料。本文归纳了锂-二氧化碳电池非均相正极材料的研究进展，对锂-二氧化碳电池的非均相正极催化剂的发展状况进行了介绍，对目前面临的挑战以及未来发展的趋势做出了归纳和总结，为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。     

CO2作为RH提升气的冶金反应行为研究

钢液真空循环脱气法（RH）精炼能够利用高真空和钢液循环流动有效脱气和去除夹杂物。同时,炼钢环境下 CO₂可与钢液中[C]反应生成CO提高搅拌强度。因此,本文提出将CO₂作为RH提升气进行真空精炼。针对CO₂在RH精炼过程的冶金反应行为特性,通过热力学理论分析了极限真空条件下CO₂脱碳的有利条件及限度,同时搭建了CO₂作RH提升气工业试验平台,通过工业试验对比研究了CO₂/Ar分别作提升气时对钢液精炼过程的影响。结果表明,若单纯考虑CO₂与碳反应,则当钢液中[C]低于1.8×10?6,CO₂仍然具有氧化碳元素的能力。然而,CO₂对钢液中碳铝元素存在选择性氧化,当铝含量低于一定程度时,CO₂主要参与脱碳反应;反之,CO₂则会造成一定铝损,因此若采用新工艺需考虑铝合金加入时机以及加入量。此外,CO₂用作RH提升气可获得与Ar效果相当甚至更优的脱氢效果,喷吹同等量CO₂并未造成钢液的大幅温降,因此CO₂完全有潜力作为RH提升气,进而完成精炼。      

铈基氧化物在固体氧化物燃料电池中的应用

综述了铈基氧化物在固体氧化物燃料电池(SOFCs)中应用的研究进展。基于SOFCs中的不同组件,铈基氧化物在SOFCs中的应用主要分为如下三个部分:铈基氧化物在电解质、阴极、阳极中的应用。通过不同元素的掺杂,铈基氧化物可以具有较高的离子电导率,作为电解质可以减少电池的欧姆电阻,同时也可以提高阴极的催化活性,以及改善阴极与电解质之间的界面性能,此外,还可以应用于阳极之中,能够改善阳极的抗积碳和抗硫中毒性能。为提高SOFCs中低温性能以及改善抗积碳、抗硫中毒性能提供了新的思路。     

碳中和背景下的赤泥综合利用现状

作为氧化铝工业过程伴生的固体废弃物,赤泥的规模化消纳与高值化利用一直以来是能源、化工领域的研究热点。在“碳中和”目标的引领下,有必要对赤泥的无害化处置及综合利用技术进行重新归纳与审视。首先从赤泥的基本理化性质出发,面向不同CO₂浓度的应用场合,分析了赤泥直接在CO₂捕集中的利用现状,对捕集装置、技术及赤泥组分的转化进行了综述。其次,基于赤泥自身丰富的多孔结构与碱金属类的化学组分,论述了以赤泥为原料的高值固体多孔材料(如沸石分子筛)合成与应用的相关研究,涉及材料制备工艺、CO₂捕集效果等。最后,从赤泥基固体催化剂的角度,论述了其在CO₂加氢、化学链燃烧等领域的催化效果。为赤泥在CO₂捕集转化领域的应用现状提供了全面的认识。     

固体氧化物燃料电池阳极材料La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ的合成及选择性研究

固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cell, SOFC）是一种新型的清洁能源,而其阳极材料是固体氧化物燃料电池的最关键的部分,阳极材料的好坏会直接影响SOFC的性能.文中介绍了SOFC阳极材料La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ（LSCM）的合成方法和性能表征.分别采用甘氨酸-燃烧法和柠檬酸溶胶-凝胶法合成La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-δ（LSCM）,然后把合成的LSCM放在温度分别是800 ℃、900 ℃、1 000 ℃的马弗炉中进行高温烧结一定的时间,通过对产品进行XRD、SEM、电化学性能分析,得出了采用溶胶-凝胶法合成LSCM后,经1 000 ℃高温煅烧为较优的合成方法和实验条件.      

氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为

以氧气高炉循环煤气加热工艺为背景,在实验室条件下研究了CO和H₂体积分数较高的煤气加热时的析碳行为。实验结果表明,温度和CO₂体积分数是影响析碳反应的重要因素。在300-700℃范围内,当温度低于500℃时,析碳反应速度随温度的升高而增加;当高于此温度时,反应速度随温度的升高而下降。析碳反应包括CO分解析碳反应以及CO和H₂的混合析碳反应。对比热力学理论与实验现象分析了析碳过程中以上两个反应可能起到的作用。采用扫描电镜,从微观结构上观察了500~700℃时加热过程中析出碳的形态并研究了析碳行为。另外,随着CO₂体积分数的增加,析碳反应速率逐渐降低。在500℃和600℃时,CO₂体积分数的增加对析碳行为有较大抑制作用,尤其在500℃时这种抑制作用更加明显。      

活性炭烟气脱硫催化反应速率实验研究

针对活性炭烟气脱硫过程,以吸附质浓度沿床层分布曲线实验为基础,对活性炭脱除SO₂的催化反应速率的影响因素进行了探讨.研究发现SO₂质量浓度和CO₂体积分数对活性炭催化反应速率有显著影响.SO₂质量浓度对活性炭催化反应速率影响最大,随着SO₂质量浓度升高催化反应速率将显著增加,但高SO₂质量浓度下催化反应速率将不再增加;体积分数在15%以内的CO₂对催化反应速率呈线性抑制,使得活性炭催化反应速率降低约30%;烟气线速度在0.14～0.3 m·s-1之间变化时对催化反应速率的影响效果不大.      

关于直接还原铁工艺及还原气制备的若干思考

优化改良氢基直接还原铁制备工艺是中国发展实施碳减排的有效途径之一,随着碳减排和碳中和的积极推进,氢基直接还原铁工艺必将有较大的发展.从含铁原料、还原气制备参数选择和能源保障等三方面讨论分析了有关氢基气体直接还原铁工艺中存在的难点问题,尤其针对还原气制备参数的选择问题,创新性地提出了确定制备氢基还原气体工艺参数的图解法....     

Carbon dioxide emissions reduction technology and its application prospects in the steel industry

Fossil-fuel burning greenhouse gas induced global warming has been recognized as global environmental problems,reduce and ultimately control the energy production in the use of CO₂ emissions, global energy production will be a major challenge.As a highly intensive materials and energy,iron and steel enterprises,need to be invested to produce one ton of steel about two tons of material and 0.7 t of standard coal energy,and while producing two tons of CO₂.Therefore,reducing CO₂ emissions from iron and steel industry has become the focus of the global steel industry.This paper describes an integrated domestic and international measures to control carbon dioxide emissions research progress and future technology trends, with emphasis on the domestic steel industry emissions of carbon dioxide status of technology development and industrialization of implementation of the proposed on this basis,including dry quenching technology, gas,power generation,coal moisture control technology,blast furnace injection plastics technology,the use of coking process for treating municipal waste plastics technology,sintering heat generation,low pressure saturated steam for power generation,metallurgical slag heat recovery technology,coke oven gas hydrogen technology and the other key technologies energy saving technologies,including the development,promotion and popularization of the steel industry in China will be the CO₂ emission reduction technology direction and focus.At this stage,the Chinese steel industry can be improved the energy efficiency and recycling of waste heat and energy,reduce unit GDP,CO₂ emissions;but in the long run,should increase CO₂ capture and storage on the input of technology can possible effective control of the adverse effects of CO₂ emissions.     

焦炭在H2O+CO2气氛中的溶损反应特性

 为了研究富氢高炉内焦炭的溶损反应特性,开发了连续进水的全自动焦炭反应性测定装置,分别利用CO₂和N₂载带不同比例H₂O(0%～30%)提供H₂O+CO₂(H₂O和CO₂混合气体)和H₂O+N₂(H₂O和N₂混合气体)的含水气氛进行焦炭溶损试验,通过红外气体分析仪实时记录出口气体中CO和H₂的摩尔分数,研究了焦炭在H₂O+CO₂气氛下的溶损反应过程以及碳溶反应(C+CO₂=2CO)和水煤气反应(C+H₂O=CO+H₂)的动力学过程。研究表明,随着H₂O+CO₂混合反应气氛中H₂O比例的增加,焦炭的碳素溶损率和溶损速率均逐渐增大,而且水煤气反应的溶损速率逐渐变大、碳素溶损率逐渐升高,但是碳溶反应的溶损速率则逐渐减小、碳素溶损率也逐渐降低,这说明H₂O+CO₂反应气氛中H₂O和CO₂同时与焦炭反应存在显著的竞争作用。通过分析碳素溶损率和水蒸气含量线性关系的拟合斜率发现,焦炭在H₂O+CO₂混合反应气氛中发生的碳溶反应和水煤气反应的斜率均小于单纯单一气氛下的碳溶反应和水煤气反应的斜率,并提出基于斜率差值的抑制因子α表征H₂O和CO₂对碳溶反应和水煤气反应互相影响程度,CO₂对水煤气反应的抑制因子α_<sub>CO₂/H₂O为0.253,H₂O对碳溶反应的抑制因子α_<sub>H₂O/CO₂为0.179,α_<sub>CO₂/H₂O为α_<sub>H₂O/CO₂的1.41倍,CO₂对水煤气反应的抑制程度强于H₂O对碳溶反应的抑制程度。     

超低碳钢RH混合喷吹Ar-CO2冶金反应特性

 钢铁生产过程CO₂的资源化利用对中国“碳达峰,碳中和”目标的实现起着重要作用。氩气驱动的RH(ruhrstahl-heraeus)真空装置是超低碳钢精炼的关键设备,利用高真空下钢水循环流动可有效脱碳、脱气和去除夹杂物。由于真空条件下CO₂可直接与钢水中碳反应生成CO,在实现脱碳的同时可促进熔池搅拌。因此,尝试将Ar-CO₂混合气体作为提升气体引入超低碳钢RH脱碳过程。首先,针对CO₂在RH脱碳条件下的冶金反应行为,通过热力学理论分析了不同压力下Fe-C-O熔体与Ar-CO₂的反应特性。其次,搭建了Ar-CO₂混合气体作为RH提升气体的工业试验平台,通过工业性试验研究了超低碳钢RH脱碳过程混合喷吹Ar-CO₂对钢水脱碳、脱氮和温降的影响。Fe-C-O熔体与Ar-CO₂反应热力学表明,在低于100 kPa和超低碳条件下,Ar-CO₂混合气体中的CO₂仍可能与钢水中碳反应,从而促进RH脱碳和脱气。工业性试验表明,喷吹100% CO₂、50% Ar+50% CO₂和100% Ar炉次出站平均碳质量分数分别为0.001 50%、0.001 57%和0.001 19%,因而混合喷吹Ar-CO₂并不会显著影响RH脱碳效率。同时,由于CO₂与钢水中碳反应十分有限,与喷吹100% Ar相比,喷吹100% CO₂和50% Ar+50% CO₂对RH脱氮效率和钢水温降没有明显影响。因此,超低碳钢RH脱碳时,完全可采用CO₂取代部分或全部氩气作为提升气体,尽管无法提高精炼效率,但仍具有显著的经济价值和环保优势。     

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

CO2-H2O混合气体与捣固焦和顶装焦深度反应影响

 由于全球气候变暖,CO₂的减排逐渐成为人们关注的热点。钢铁工业作为CO₂排放大户,需要严格控制其CO₂的排放量,富氢炼铁由于具有降低碳排放的特点,已经成为冶金工艺未来发展趋势,但富氢燃料的使用会在高炉内产生大量水蒸气,所以研究高炉中不同种类焦炭与CO₂-H₂O混合气体在气化溶损反应下的变化至关重要,可以为高炉富氢冶炼条件下焦炭的选择和质量的控制提供理论依据。通过研究不同含量CO₂-H₂O气体通入管式炉中与捣固焦和顶装焦发生深度气化溶损反应,分析CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量变化产生的气化反应溶损差异、焦炭有机官能团和碳素结构的变化规律以及利用未反应核模型分析气化反应过程中限制性环节。研究结果表明,两种焦炭气化反应的限制性环节为界面化学反应,通过对比顶装焦和捣固焦颗粒气化溶损过程中边缘、中间、中心隙结构和相对密度上的差异发现,随着CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量的增加,两种焦炭表面溶损反应较其他两部分更加严重,出现了明显的开孔现象,并且捣固焦的内部开裂情况更加严重。结合FT-IR分析可知,水蒸气能够加剧气化反应过程中顶装焦和捣固焦结构内脂肪族官能团和甲基的消耗,从而导致两种焦炭的芳香度升高,同时反应后捣固焦样品中芳香烃的缩合程度增加。