铁基氧载体化学链CO2重整CH4方法制备合成气

提出一种铁基氧载体（Fe₃O₄/FeO）化学链CO₂重整CH₄方法制备合成气。为评价该系统的性能,采用Aspen Plus软件对其进行过程模拟和热力学分析。以CH₄转化率、CO₂转化率、能源利用效率和产气氢碳比（H₂/CO）为评价指标,得到系统的优化运行条件,并研究各操作参数（包括各反应器的温度和压力、氧载体甲烷比和CO₂甲烷比）对系统性能的影响。结果表明：当系统处于优化工况时,得到CH₄转化率为97.91%、CO₂转化率为32.76%、能源利用效率为93.77%及产气氢碳比为0.93。该系统能有效利用CO₂和CH₄这两种温室气体获得较低氢碳比的合成气,利于二甲醚的高效合成。     

基于CO2循环的低碳高效白云石煅烧新工艺

白云石是一种广泛应用的冶金、建材和化工原料。针对白云石煅烧过程中CO₂排放严重等问题,构建了基于CO₂循环载热与资源化回收的白云石低碳煅烧竖窑新工艺。通过白云石（CaCO₃·MgCO₃）煅烧过程的Gibbs自由能变计算,发现提高煅烧温度（50~100 K）可有效克服CO₂对反应的抑制作用;通过纯CO₂环境中CaCO₃分解过程的热重实验分析,验证了CO₂循环煅烧白云石煅烧的可行性;通过化学反应动力学计算,解析了全CO₂组分环境下CO₂压力对CaCO₃·MgCO₃高温分解过程的影响,并发现提高CO₂压力可促进气固传热,从而提升分解速率和改善矿料分解均匀性;对CO₂循环煅烧工艺系统能-质平衡计算表明：该工艺理论能耗仅为140 kg/(t 煅白),且煅烧过程的CO₂排放降低70%以上,环境效益显著。     

Chemical looping oxidation of CH4 with 99.5% CO selectivity over V2O3-based redox materials using CO2 for regeneration

The main challenge of chemical looping dry reforming of methane (CLDRM) is the development of a high-performance redox material. In this study, V₂O₃ was proved to be a unique redox material possessing high oxygen storage capacity (421.6 mg/g-V₂O₃, CH₄ consumption base) and strong carbon-deposition suppressing capability. It can be reduced to carbide by CH₄, and the carbide can be reoxidized to V₂O₃ with CO₂. Based on this redox cycle, CH₄ conversion with 99.5% CO selectivity coupled with efficient CO₂ splitting to CO was realized successively. However, the CH₄ conversion over pristine V₂O₃ is low (<50%) and not stable, therefore catalytic activation of C-H bonds combined with structural modification of V₂O₃ was carried out to accelerate the stoichiometric reactions and improve the redox stability. Finally, a maximum CH₄ conversion of 81.7% with stable performance during cycles was reached, and further investigation confirmed the series reaction mechanism and identified the rate-controlling step.     

煤焦在气化合成气中高温气化反应特性

在固定床管式炉反应器中进行了煤焦在H₂O、CO₂、H₂和CO混合气氛中气化特性的实验研究,考察了反应温度、原料气组成和加煤量对产物气组成以及碳转化率的影响。实验结果表明,在各实验条件下,合成气与煤焦反应后CO流量均增加最多,H₂少量增加。煤焦与CO₂的反应受到明显抑制。混合气体通过与煤焦反应可以提高有效气（CO+H₂）的含量,实验条件下反应出口气体中有效气浓度比反应结束时最多提高3.3个百分点。反应速率受气化剂之间的竞争和气化产物的抑制作用较为明显,在1100℃和1300℃时,煤焦在相同气化剂流量的合成气中的最高反应速率分别只有在纯气化剂（水蒸气或CO₂）中最高反应速率的49%和69%。受到多种气体组分之间的相互影响,气体在孔道里的扩散和吸附对反应影响更加显著,随机孔模型可以较好地拟合此类反应,而不考虑孔结构的均相模型和缩芯模型拟合度较差。     

化学链技术在煤炭清洁高效利用中的研究进展

化学链技术通过循环物质的反应与再生将特定反应分为几个子反应,以实现资源的定向转化与产物的低耗分离。化学链技术用于煤炭资源的清洁利用可以降低（火用）损、实现CO₂低耗捕集、同时抑制NO_x产生,在制氧、制氢、发电、化学品生产工艺中有非常大的潜力。本文重点评述和展望了将化学链技术集成应用于IGCC发电以及新型煤化工这两个重要领域。随着研究的进一步深入,化学链技术将有可能成为煤清洁利用中具有特色的创新性技术。     

超临界CO_2中CO_2参与的化学反应

超临界CO2中的化学反应是目前的研究热点之一。超临界CO2既为反应介质又为反应物的化学反应的主要优势是将萃取与反应相耦合形成均相体系,排除了传质阻力,提高了反应的速率和选择性;产物与催化剂易于分离;同时CO2作为反应原料无毒、不燃、易得,不但可以代替有机溶剂和有毒原材料,而且可有效利用CO2。介绍了超临界CO2作为反应原料所参与化学反应的类型及特点,简单综述了这些化学反应的研究进展,并对未来的发展提出展望。     

Thermodynamic analysis and optimization of RWGS processes for solar syngas production from CO2

Process systems were investigated for syngas production from CO₂ and renewable energy (solar) by the reverse water‐gas shift (RWGS) and the reverse water‐gas shift chemical looping (RWGS‐CL) process. Thermodynamic analysis and optimization was performed to maximize the solar‐to‐syngas (StS) efficiency η_StS. Special emphasis was laid on product gas separation. For RWGS‐CL, maximum StS efficiencies of 14.2 and 14.4% were achieved without and with heat integration, respectively. The StS efficiency is dictated by the low overall efficiency of H₂ production. RWGS‐CL is most beneficial for the production of pure CO, where the StS efficiency is one percent point higher compared to that of the RWGS process with heat integration. Heat integration leads to significant reductions in external heat demand since most of the gas phase process heat can be integrated. The StS efficiencies for RWGS and RWGS‐CL achieve the same level as the reported values for solar thermochemical syngas production. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 15–22, 2017     

CO2电催化还原产合成气研究进展

CO₂电催化还原产合成气是通过CO₂资源化利用实现碳中和的有效途径之一,但仍存在过电位高、选择性差、难以精准调控合成气组成比例等问题。本文综述了CO₂电催化还原产合成气的催化剂研究进展,包括金属催化剂、金属配合物催化剂、金属氧化物及硫化物催化剂、金属单原子催化剂以及非金属催化剂等;进一步地,概述了H型电解池、连续流电解池、固体氧化物电解池以及膜反应器电解池等电化学反应池特征。在此基础上,总结了提升CO₂电催化还原产合成气效率的有效策略,包括阳极反应耦合、双活性位催化剂结构设计以及催化剂多级形貌调控等。最后探讨了CO₂电催化还原产合成气领域未来的发展方向：通过机器学习辅助催化剂设计筛选;结合多尺度模拟理解电化学界面过程;利用原位表征技术探究反应机理等。     

化学链耦合催化重整热解生物油制备合成气

生物油重整制合成气不仅能充分利用生物油中的成分,同时也展现了生物油转化为化学品的高值利用潜能。将载氧体NiFe₂O₄和Ni基催化剂耦合得到催化耦合化学链反应体系,为了比较催化剂的影响机制,分别构建了Ni/Si-NiFe和Ni/VR-NiFe催化耦合化学链反应体系,并以愈创木酚、乙酸和乙醇的纯物质及其混合液作为生物质热解液的模拟物,通过水蒸气重整实验考察了催化剂配比、反应温度、水碳比和反应时间对重整产物分布的影响。基于反应条件的筛选进一步通过寿命试验和BET、SEM表征,验证了反应体系的稳定性。最后,通过单组分及混合液体重整反应系统分析了化学链耦合催化反应体系的重整机制,为生物质热转化制备化学品提供了重要的理论支撑。     

Co-Fe2O3纳米载氧体作用下CO化学链燃烧富集CO2

制备了不同量级Co掺杂Fe₂O₃载氧体Co-Fe₂O₃,利用BET和TEM对载氧体结构进行表征。通过在不同温度下Co-Fe₂O₃与气体燃料CO的还原反应,考察Co-Fe₂O₃对CO化学链燃烧特性。结果表明,同一温度条件下,掺杂量越高,还原反应转化率越高;掺杂量不变的情况下,温度升高促使还原程度加深,缩短了载氧体完全还原转化的时间。根据TGA曲线进行了化学动力学分析,发现Co_0.2Fe还原反应过程在344.7～391.0℃和414.7～472.5℃温度范围反应动力学对应扩散控制的Jander方程模型,607.6～681.5℃温度范围对应二维扩散反应模型,并分别计算出相应模型的表观活化能和频率因子。结果可为化学链燃烧技术应用提供理论指导。     

高钠煤化学链燃烧特性及煤焦气化反应动力学研究

采用连续提取法对新疆准东高钠煤进行萃取处理，制备含有不同存在形式钠元素的准东煤样品，在小型流化床上考察了水溶性钠、醋酸铵溶性钠和稀盐酸溶性钠对于准东煤化学链燃烧特性的影响。结果表明，去除水溶性钠后准东煤化学链燃烧产物中含碳气体相对浓度显著提高，相同时刻碳转化率明显提高。而经过醋酸铵和稀盐酸处理后的准东煤相比未处理的准东煤，其化学链燃烧反应性能显著降低。对四种不同处理程度准东煤焦的等温气化反应进行动力学分析表明，WW-ZDJ与水蒸气的气化反应的活化能最小，HAW-ZDJ的气化反应活化能最大。水溶性钠对于准东煤化学链燃烧过程具有抑制作用，而醋酸铵和稀盐酸溶性的钠在准东煤的化学链燃烧过程中促进作用显著。     

Carbon-negative syngas production: A comprehensive assessment of biomass pyrolysis coupling chemical looping reforming

This article introduces a pyrolysis chemical looping reforming (PCLR) process that produces carbon-negative syngas in autothermal operation. To enhance the system's carbon negativity, a process configuration with oxygen carrier two-stage regeneration is adopted, enabling internal CO₂ utilization. The PCLR process is systematically evaluated and compared to chemical looping gasification and steam gasification processes in the process performance, energy efficiency, and environmental impact using a process model. Results reveal significant improvements over chemical looping gasification, including 69%, 45%, and 4% improvement in syngas yield, energy efficiency, and environmental benefit. Process analysis demonstrates that decoupling volatile reforming from pyrolysis and combustion enhances syngas quality, energy efficiency, and process flexibility. While the two-stage regeneration sacrifices syngas production, it contributes to a 4% increase in carbon negativity and a 15% reduction in carbon emissions. Thus, the PCLR process effectively overcomes the limitations of chemical looping gasification systems and exhibits excellent process intensification performance.     

LaCoO3在含氧气氛下对CO还原SO2的催化性能

LaCoO3为CO还原SO2的催化剂,考察了催化剂用量、反应温度的影响以及混合催化剂对于CO还原SO2的催化作用。证实了催化活性相为La2O2S和CoS2相,并且通过XRD谱图的对比,初步探讨了催化剂的失活原因,以及O2对CO还原SO2反应和催化剂的影响。     

NiFeAlO4载氧体制备及煤化学链燃烧反应特性

铁基载氧体是一种具有工业应用前景的载氧体,但存在氧利用率低、在高温下易烧结等问题。虽可通过制备双金属复合载氧体或添加惰性组分改进其性能,但均存在一定缺陷。若将活性组分和惰性材料融入到一个晶体结构制备尖晶石结构载氧体,则可实现利用双金属协同作用提高载氧体活性的同时,利用Al3+提高载氧体的稳定性。采用共沉淀法和溶胶凝胶法制备了具有尖晶石结构的NiFeAlO₄载氧体,考察了制备方法、载氧体与煤质量比对NiFeAlO₄载氧体化学链燃烧特性和循环稳定性的影响,并分析了载氧体对煤转化过程的作用。结果表明,溶胶凝胶法制备的NiFeAlO₄载氧体具有更好的反应性,载氧体与煤质量比为20∶1时,碳转化率为86.7%,远高于煤单独热解时的碳转化率(34%),此时CO₂体积分数为93.6%。对反应前后NiFeAlO₄载氧体晶相结构和形貌进行分析,表明循环过程中经“还原-氧化”后生成的NiO和载氧体颗粒团聚是导致载氧体活性下降的主要原因。相较于载热作用,NiFeAlO₄载氧体在煤化学链燃烧中主要起供氧作用,其不仅会促进挥发分向煤气的转化,且NiFeAlO₄载氧体与焦炭之间也存在固-固反应,利于更多CO₂的生成。     

Co-Fe2O3[104]铁基载氧体优化体系作用下褐煤化学链燃烧特性

前期研究发现高弥勒指数晶面载氧体Fe₂O₃[104]具有高的化学链燃烧反应特性,且Co对煤及其热解中间产物具有催化气化和催化转化作用。通过正交实验优化制备Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃载氧体体系结构,开展Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃与褐煤的化学链燃烧,揭示载氧体与褐煤发生化学链燃烧的特性。结果表明:形貌控制制备的高弥勒指数晶面铁基载氧体Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(质量分数10%)促进了褐煤化学链燃烧过程中氧的迁移速率以及载氧体的还原程度,进而显著提高了载氧体与褐煤化学链燃烧的反应速率及反应效率。进一步通过CO多循环化学链燃烧反应、XRD和TEM表征了Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(10%)的可再生性及反应稳定性。     

CO2驱油化学机理实验研究

由长岩心实验、微观实验以及细管实验结果，认识到了一些新的重要的CO2驱油化学机理：萃取原油中碳轻质化学成分、萃取后混相以及水气交替驱时水对混相影响机理，这些机理的认识对油田二氧化碳驱油应用具有指导意义。     

松木屑与废橡胶化学链共气化特性试验

在自行设计的两级固定床反应器上,对以天然贫铁矿石为载氧体的松木屑与废橡胶化学链共气化特性进行了研究。考察了载氧体的存在、废橡胶掺混比例、一级反应器温度、水蒸气流量等因素对生物质化学链共气化过程的影响。结果表明：载氧体的存在能显著改善气化效果;掺混一定量的废橡胶可以显著提高低位热值和碳转化率,并且呈现协同效应。本试验中最佳的废橡胶掺混比例为20%;共气化过程中的产气率、碳转化率均随温度的增加（750～950℃）而逐渐升高,但热值随温度的升高而有所下降;水蒸气流量的增加能显著提高合成气中H₂的含量,进水流量保持在0.66g/min时,能实现生物质共气化过程产气率、碳转化率、低位热值等各项指标的最佳平衡。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等表征分析,发现天然贫铁矿石在长时间运行中表现良好的反应性和耐磨损性。     

CO_2-C_4H_9OH-H_2O体系的立方型状态方程研究

利用 Ｐ Ｒ、 Ｓ Ｒ Ｋ、 Ｈ Ｋ、 Ｐ Ｔ 状态方程（ Ｅ Ｏ Ｓ）计算 Ｃ Ｏ２ 、 Ｃ４ Ｈ９ Ｏ Ｈ、 Ｈ２ Ｏ 纯组份的饱和性质及 Ｃ Ｏ２ 的压缩因子。结果表明, Ｐ Ｔ 方程对水、二氧化碳的蒸汽压及密度预测较佳。对丁醇的密度推算, Ｐ Ｔ 方程最佳, Ｐ Ｔ 方程对丁醇的饱和蒸汽压预测一般。考察了 Ｐ Ｔ 方程参数的影响,指出应根据相平衡的温度范围选取相应的 Ｐ Ｔ 方程参数。对 Ｃ Ｏ２  Ｃ４ Ｈ９ Ｏ Ｈ Ｈ２ Ｏ 体系相平衡的研究宜选用 Ｐ Ｔ 方程。     

化学链燃烧在二氧化碳减排中的应用及其研究进展

随着人们对二氧化碳减排的日益重视,化学链燃烧(Chemical Looping Combustion,CLC)技术因为其具有高效、二氧化碳内分离和低NOx等特点,已受到较多关注.介绍了化学链燃烧的基本概念和特点、目前国内外的研究情况以及未来的发展趋势.