玻璃熔窑中天然气/氢气混合燃料的燃烧过程仿真研究

推动硅酸盐材料制造过程的低碳排放对于实现碳达峰、碳中和总体战略目标意义重大。本工作以平板玻璃窑炉为基础，采用数值模拟方法开展氢能在玻璃窑炉中应用的基础研究。分析采用天然气/氢气混合燃料对玻璃窑炉燃烧空间温度场/速度场分布、燃烧生成烟气成分的影响，预测氢能在玻璃窑炉中应用的可行性。结果表明，采用天然气/氢气混合燃料为玻璃液熔化提供能量，可以保证玻璃窑炉温度制度稳定。采用天然气/氢气混合燃料供能，燃料燃烧速率加快，释放热量集中，掺氢体积比为20%及以上时，燃烧形成的火焰长度会明显缩短，而热烟气在窑炉内停留时间延长。对比基础窑炉，采用掺氢比例40%的燃料，窑炉总烟气排放质量减少了4.13%,CO₂排放质量减少了12.50%，烟气中NO_x浓度由1 093 mg·Nm^–3 (干燥，8%O₂条件下)增加至1 282 mg·Nm^–3 (干燥，8%O₂条件下)。为推动氢能在硅酸盐制造领域的应用还需开展燃烧系统设计、耐火材料侵蚀等方面研究，以解决氢能在大型窑炉中应用存在的问...     

水泥行业CO2排放特征及治理技术研究

本文系统梳理分析了水泥不同种类和各工序的CO₂排放特征，其中，工艺、燃料直接CO₂排放占比达90%，与物料中碳酸盐的含量正相关，与燃料发热量和利用率负相关，电力间接CO₂排放占比约10%，特种水泥由于减少了碳酸盐分解造成的碳排放，总体碳排放量较低。新型干法水泥生产过程可分为生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个阶段，工艺和燃料CO₂排放主要发生在熟料煅烧阶段，其尾气中CO₂浓度一般在11%～29%。研究分析了碳替代/碳捕集等控碳技术、CO₂资源化利用技术。水泥厂碳替代主要是原料替代、熟料或水泥替代、燃料替代等，可分别实现减碳10%、25%～50%和30%以上；碳捕集主要有富氧燃烧和烟气CO₂捕集，水泥窑富氧燃烧技术有全氧燃烧和分解炉全氧燃烧技术两种。捕集技术主要采用化学吸收法、固体吸附法；在CO₂综合利用方面，针对水泥厂的特殊应用场景，矿化具有较好的应用效果，如采用混凝土养护技术，制备高附加值的微纳米碳酸钙等。     

温度对厌氧耗氢产甲烷的影响研究进展

化石燃料燃烧过程中大量排放的CO₂引起了人们对CO₂生物甲烷化的关注。厌氧有机物生物降解过程中，与CO₂生物甲烷化相关的主要是厌氧耗氢产甲烷菌。近年来，研究者们关注温度对厌氧耗氢产甲烷过程的影响，对推动厌氧耗氢产甲烷工艺的发展有着重要的意义。本文从厌氧耗氢产甲烷技术原理出发，介绍了厌氧生物降解过程中耗氢产甲烷菌的重要作用，归纳了32种仅利用H₂和CO₂产CH₄的专性耗氢产甲烷菌，展示了氢气可以来源于化石燃料、生物质、水的分解和工业气体，综述了不同温度范围下厌氧耗氢产甲烷的效能，总结了不同温度变化方式对厌氧耗氢产甲烷的影响，并从氢气来源和温度变化等方面提出了展望。     

氢气制备及应用研究进展

化石燃料在应用过程中会产生大量的CO₂，而氢能的最终产物只有水。氢能有望代替化石燃料得到广泛应用。介绍了氢气的制备情况及其在低碳冶金、新能源汽车、生物医疗和高纯材料制备等领域的研究进展，并提出了发展建议。     

面向双碳的低碳水泥原料/燃料替代技术综述

在碳达峰、碳中和背景下,水泥等建材行业能耗高、排放高、产能过剩,面临巨大挑战。从水泥行业现有CO₂减排技术出发,分析了水泥低碳生产方式的原理和现状,归纳总结了原料替代、燃料替代和熟料替代技术现状。最后结合国内现状和发展规划,对水泥行业低碳技术进行展望。水泥行业现有CO₂减排技术包括将低碳原料或工业废弃物代替生料中某些成分的原料替代技术;将低碳排放的清洁燃料应用于水泥生产的燃料替代技术;将有凝胶活性的材料添加到混凝土中以节省熟料使用量的熟料替代技术;应用电能和使用燃料时提升能源利用效率的方法和技术以及颇具前景但尚未大规模应用的碳捕集、封存技术(CCS)。原料替代方式是最有效的低碳生产方式,硅酸盐水泥原料中包含大量石灰石,会在水泥生产过程中分解产生烧制熟料必需的CaO和大量CO₂,利用富钙废弃物替代石灰石等高载碳原料,可显著减少CO₂排放,同时提供等量的CaO,用以替代的原料包括电石渣、硅钙渣、钢渣、石英污泥及造纸污泥等,其中不同工业废料对于水泥生产不仅可代替石灰石原料,还可能提供额外效益,如硅钙渣能提...     

Li4SiO4基CO2吸附材料研究进展与趋势

随着人类社会工业化进程的加快,温室气体排放量随之增加,导致温室效应加剧。在所有温室气体中,CO₂占比最多、贡献最大,被认为是引起全球变暖的主要因素。人为排放的CO₂主要来自工业生产过程中化石燃料的燃烧,为实现碳中和目标,除了推广清洁能源、提高能源利用效率和增加植物碳汇等措施外,对工业排放的CO₂进行捕集封存必不可少。目前限制CO₂捕集和分离工艺应用的主要因素是成本过高,为解决该问题,开发第2代低能耗固体CO₂吸附材料对推动工业源CO₂减排具有重要意义。Li₄SiO₄凭借较高的吸附容量、较低的再生能耗和成本在高温CO₂捕集领域具有良好的应用前景。为推进Li₄SiO₄材料在碳捕集、利用和封存(CCUS)工艺中的应用,综述了Li₄SiO₄基吸附材料的研究进展,介绍了不同合成方法及合成条件对Li₄     

氢能在玻璃生产中的利用与可行性分析

减少碳排放已经成为我国工业企业运营与发展的核心要素之一。世界范围内，许多著名玻璃企业都在关注利用氢气/氢能实现玻璃生产过程中的二氧化碳减排，开展了大量的工业性试验。基于氢能源的基本特点、氢气燃烧时的特征及不同氢气含量在浮法玻璃熔窑中燃烧的热通量与热辐射量变化，总结了国内外在使用氢能、掺氢与含氢燃料玻璃制造方面的实践情况，分析了氢气在玻璃熔制中所面临问题与可行性。表明玻璃行业利用氢能替代化石燃料以降低碳排放是未来发展重要方向。     

CO2管道输送技术研究

在油田三次开采和碳捕集、利用与封存(CCUS)技术发展的背景下，将CO₂注入地层可以有效提高原油采收率，同时减少碳排放，缓解温室效应。CO₂输送是CCUS工程建设的重要环节之一，其中管道输送以输送量大、距离远、经济性好等优点一直备受关注。根据纯CO₂相态图，阐明了不同相态下CO₂温度压力范围，对4种相态下管道输送工艺流程进行分析，得出对于短距离CO₂管道，选择气相和液相输送较为合理；对于长距离CO₂管道，选择密相和超临界相输送较为合理。从管道输送工艺和经济性评价2个方面，探讨了国内外CO₂管道输送技术研究进展，并结合国内外已建CO₂管道案例，对国内CO₂管道输送技术研究提出建议。     

氯碱副产氢的发展和应用

氢能凭借其零碳、清洁、高效等特性扮演着原料、燃料、储能等多种角色。介绍了氯碱副产氢气的发展现状,在当前能源转型发展中的重要作用,认为在绿氢规模化发展之前,氯碱副产氢是一种打造氢能终端应用场景的理想资源,是实现交通、工业、热电等领域脱碳的重要手段。     

燃煤电厂CCUS技术与应用进展

在“双碳”目标背景下，我国大规模开展产业化CCUS技术示范应用，可为碳减排目标的实现提供重要支撑，对服务国家战略和经济社会绿色发展意义重大。燃煤电厂是CO₂重要的排放源，同时也是CCUS的主要应用对象。介绍了燃煤电厂二氧化碳捕集、利用和封存技术(CCUS)的每个工艺环节以及国内外CCUS技术的应用进展情况，包括不同地区不同年份CCUS示范项目的CO₂捕集能力、CO₂去向等，并对当前燃煤电厂CCUS技术进行了总结。     

中国碳中和目标下CO2转化的思考与实践

提出政策引导CO₂回收、利用与封存（CCUS）发展,需重新定义二氧化碳的属性及价值,深度挖掘其资源属性,在以煤油气为一次能源、电为二次能源,向以电热为一次能源、氢为二次能源的再电气化能源革命转型中,为从有碳能源向无碳能源转变,将影响及重构所有社会活动及产业。本文通过未来低碳场景下CCUS绿色技术的思考,指出以二氧化碳氢化的三个技术链的创新开发和实践,使二氧化碳转化为合成气（CO+H₂）,从而实现高值化、资源化碳的固化和封存。文章提出：煤电、煤化工与水泥产业的二氧化碳氢化及费托合成高碳烃燃料,不仅高值化,还可用于电网调峰;沼气及非常规天然气CO₂与CH₄的干重整可生产绿氢、可再生燃料及甲醇而高值化,对于中国的乡村振兴具有特别意义,可打通村镇废弃物处理能源化与国家工业补农业的能源基金通道,将使中国乡村振兴获得资本强化新机遇;钢铁及炼化产业的低碳发展,煤气及干气的二氧化碳干重整高值利用,特别是干重整合成气生产甲醇经甲醇制烯烃（MTO）生产乙烯和丙烯及聚合物进行碳固化,将使CCUS获得新的产业链。CCUS将成为所有社会活动及工业的附属产业,成为新的公共服务产业链。     

碳中和目标下的煤化工变革与发展

碳中和目标的达成将对我国煤化工产业的发展产生深刻的影响。本文分析了煤炭消费与煤化工的CO₂排放情况及煤化工在国家经济中的作用,指出碳减排技术与煤化工工艺耦合是实现煤化工碳减排与可持续发展的关键,现实地选择优化产业结构与提高能量利用效率的措施可明显但有限地降低CO₂排放量,认为要实现煤化工亿吨级规模的碳减排必须采用绿电绿氢、碳捕获与封存/碳捕获利用与封存（CCS/CCUS和CO₂）资源化利用技术。文中评述了近年来绿电绿氢、CCS/CCUS和CO₂资源化利用技术应用的主要进展,指出2030年碳达峰前这些碳减排技术将处于关键的示范考验期,能否成熟可靠将决定之后的煤化工发展走向,同时预测氢冶金与绿氨合成示范技术的推广应用将可能导致煤化工产业格局的重大变化。最后基于空气直接捕集CO₂技术与光电催化CO₂转化或模拟光合反应的研究进展,设想了未来可能呈现的零碳化工体系。     

危废替代燃料在水泥熟料生产过程中的应用研究

为了实现危废的无害化利用，推动水泥窑协同处置危废，本文将不同种类的危废配伍后作为替代燃料在分解炉内燃烧，并系统研究了危废替代燃料对水泥窑系统运行参数的影响，分析了危废燃料对熟料标煤用量、CO₂排放的影响效果，阐明了危废燃料对熟料性能的影响规律。研究结果表明：经过配伍预处理后的危废可以作为替代燃料在分解炉内燃烧，减少熟料的标准煤耗，实现CO₂的减排。当危废替代燃料的热值控制在7 500～8 500 kJ/kg之间时，其最佳投料量范围在1.6～2.7 m³/h，最大节煤量达到1.59 kg/t.cl,CO₂最大减排量为4.39 kg/t.cl。增加危废替代燃料的单位热值，降低其含水率，可以节约更多的熟料煤耗，实现CO₂的进一步减排。合理的投加量下，危废替代燃料燃烧后，对窑系统的工艺参数和熟料质量没有负面影响。     

天然气藏中酸气H2S与CO2协同转化研究进展

为保障国家能源安全，减少我国对国外油气资源的依存度，必须加大对国内天然气等资源的开发。在天然气的开采净化过程中，往往会产生酸气H₂S与CO₂等。现有酸气处理技术主要通过克劳斯工艺回收得到H₂S中的硫黄，并未对CO₂进行处理，造成了氢资源的浪费和严重的碳排放。如果能将H₂S与CO₂协同转化，则有望在减少碳排放的同时得到氢气、合成气和硫黄高值化学品。本文基于国内外30多年相关领域的实验研究和理论模拟，总结阐述了H₂S与CO₂协同转化的发展历史，并分别从热反应(直接热反应、工艺流程和经济性评估、催化热分解)、光催化、电催化和等离子体催化角度详细综述了H₂S与CO₂协同转化的研究进展。从催化剂、反应条件和反应产物分布等方面展开了细致的分析，对比了各种技术的优缺点。展望了H₂S与CO₂协同转化的发展趋势，近期可考虑使用绿电进行电催化技术...     

CO2加氢制甲醇反应动力学及工艺能耗优化

为应对全球气候变暖等环境问题,碳捕集、利用和封存(CCUS)技术得到了越来越多的关注。CO₂加氢制甲醇既可以实现CO₂资源化利用,也可实现可再生能源的化学储存,是一种重要的CCUS技术。为探索优化CO₂加氢制甲醇的工艺,在固定床反应器中测试了商用Cu-ZnO/Al₂O₃催化剂在CO₂加氢制甲醇过程中的催化性能。探究了催化剂在448.15～543.15 K,1～3 MPa, H₂、CO₂物质的量比3～9的催化效果。结果表明,CO₂转化率随反应温度升高而增加;甲醇选择性主要受温度和氢碳物质的量比影响：温度越高甲醇选择性越低,氢碳物质的量比越大甲醇选择性越高;压力升高对CO₂转化率和甲醇选择性均有促进作用。以甲酸盐加氢步骤为反应的速率控制步骤,在LHHW动力学理论基础上推导建立了该催化剂用于CO₂加氢制甲醇的反应动力学模型,在MATLAB中构建模型优化函...     

烟气胺法CO2捕集技术进展与未来发展趋势

全球气候变化是目前世界面临的严峻问题之一,CO₂等温室气体的过量排放是导致全球气候变暖的主要原因。碳捕集、利用和封存(CCUS)是现阶段解决全球气候变暖的必要手段,基于有机胺的化学吸收法因捕集效率高、烟气适应性好,成为目前燃煤燃气电厂捕集CO₂的关键技术路径。本文详细介绍了胺法CO₂捕集技术的基本原理及胺法CO₂捕集技术工艺流程,分析了新型吸收剂的开发、节能技术的优化等降低胺法CO₂捕集技术再生能耗和成本的关键手段。结合研究现状以及烟气胺法CO₂捕集需求,对其未来的发展趋势进行展望。     

微藻固碳光合作用强化策略及展望

随着工业技术的飞速发展和化石能源的大量使用,CO₂排放量逐年增加,其引起的全球变暖是全球环境和经济领域最关注的话题之一。CO₂捕集利用与封存技术(CCUS)是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键技术,对我国减少CO₂排放、构建生态文明具有重大意义。微藻具有生长速度快、对极端环境适应性强、生产成本低等优点,其介导的CCUS技术能吸收固定CO₂并将其转化为高附加值产品。该过程中微藻种类对确定CO₂固定效率和生物质产量起至关重要的作用。目前许多综述性研究都集中在利用微藻进行碳捕集、利用和储存方面,鲜见关于提高微藻碳捕集效率的最新策略相关综述。基于微藻固碳技术的发展现状,系统讨论了微藻的光合作用和固碳机理。回顾了微藻菌株固定CO₂最新进展,重点关注用于燃煤烟气的微藻改良和改进。全面总结了提高微藻光合效率的最新趋势和策略。随机诱变、适应性实验室进化和基因工程等几种修饰和改良微藻菌株的策略可用于产生理想的藻种。其中,基因工程不仅可截断集光复合体(LHC)的天线尺寸来提高光...     

二氧化碳捕集技术研究进展

由于全球温室效应不断增强,全球温度上升引发冰川融化,使得海平面上升和海水酸化。二氧化碳(CO₂)是人为排放温室气体的主要组成部分,占比四分之三。随着碳中和碳达峰目标的提出,CO₂捕集与封存(CCS)技术作为具有前景的策略正在引起全球关注。本文介绍了燃料燃烧前、富氧燃烧和燃烧后烟气中CO₂捕集技术,以及吸收、吸附和膜分离等CO₂分离技术,提出固体吸附剂对CO₂进行吸附和分离是一种具有应用前景技术,从CO₂吸附剂方面展望二氧化碳捕集技术研究方向。     

CeO2晶面调控与氧空位在CO2催化转化中的研究进展

稀土催化材料在石油化工、化石燃料催化燃烧等领域发挥着重要作用。二氧化铈(CeO₂)作为重要的稀土金属氧化物，因其优异的氧存储能力和稳定的面心立方结构被广泛用于催化反应中。重点介绍CeO₂在CO₂催化转化方面的应用及近期的研究进展，包括CH₄-CO₂重整反应，CO₂与甲醇直接反应合成碳酸二甲酯以及CO₂催化加氢制甲醇反应。阐述CeO₂形貌调控对晶面暴露、氧空位浓度的影响以及CO₂在催化剂表面吸附解离过程，展望CeO₂基催化剂的发展方向。     

离子液体中电化学还原CO2研究评述与展望

近百年来,伴随着矿石燃料的大量消耗,CO₂的排放量剧增,引发了全球性的生态环境和社会问题。CO₂同时也是廉价且可再生的碳资源,可作为生产醇、醚、酸、酯等重要化工品的原料。在众多吸引力十足的CO₂利用路线中,作为清洁、可控的反应过程,电化学还原固定CO₂技术在温和条件下生产化学品方面具有独特的优势。离子液体以其特有的性质被广泛用于电化学还原CO₂过程,本文对目前国内外离子液体介质中电化学还原CO₂的研究现状进行了综述,介绍了离子液体介质中电化学还原CO₂的主要反应及基本原理;针对离子液体对CO₂高效活化和转化等关键科学问题进行深入探讨,提出新型功能化离子液体的应用将成为CO₂电化学还原领域的发展方向和热点。