含碳掺氨燃料的研究进展

随着经济和社会的发展,国家对能源的需求量越来越大,这与化石能源短缺、环境污染、温室效应等问题相矛盾,因此寻找高效清洁的替代燃料势在必行。氨的体积能量密度较高、成本低且完全燃烧时产物的污染性小,具有成为新时代绿色能源的潜力。但它的燃烧性能较差,通常需要掺混煤、CH₄和合成气等燃料来改善。本文主要介绍了含碳掺氨的煤掺氨和甲烷掺氨混合燃料在基础燃烧特性和燃烧应用优化方面的研究进展。总结了不同燃烧策略及燃烧器设计中掺混氨燃料的燃烧特性和排放规律,为未来工业化应用研究提供一定的参考。但在实际应用氨燃料过程中仍存在不少挑战,未来可进一步对优化分级燃烧的策略、改善相关燃烧设备的结构、调整含氨燃料的喷射方式等方面进行研究,以实现高效低污染氨燃料的应用目标。     

面向零碳电力的氨燃烧技术研究进展

在全球碳减排大背景下,无碳燃料产业发展面临巨大机遇和挑战。氨能源具有生产技术工业化成熟、储存运输难度小以及燃烧零碳环保等优势,是化石替代能源的有力竞争者。氨燃料的研究与应用将有助于改善我国传统能源结构,实现碳减排目标。但氨作为燃料存在燃烧不稳定、层流火焰速度低以及NO_x排放高等问题,氨燃烧技术研究亟待推进。结合国内外氨燃烧技术研究成果,综述了氨燃料的物化特性和化学反应动力学研究,梳理了氨燃料在燃气轮机、内燃机、燃料电池以及锅炉等应用背景下的研究进展。相较于传统氢气、甲烷等燃料,氨层流火焰速度低,反应活性较弱,为燃烧器优化设计带来了挑战。针对不同掺混系统,学者已建立丰富的氨化学反应动力学模型,为氨燃烧应用打下基础。氨燃料燃气轮机已完成纯氨燃烧试验,结合SCR装置可实现较低NO_x排放,温和燃烧与液氨喷射等技术进一步优化了氨在燃烧器内的燃烧性能。结果表明,氨在内燃机中可通过混合的方式实现大比例掺烧,且当掺混比例小于60%时,实现较低排放。对氨/煤小比例混燃进行试验,证明了20%氨掺烧的可行性,并探讨了不同注入位置对NO_x排放的...     

氨作为清洁能源应用的技术研究与展望

在合适的催化剂作用下,氨可以分解为无碳排放的氢和氮。从制备方法、载体和促进剂等方面对催化剂进行合理设计,显示出氨在催化剂作用下清洁发电的前景。此外,还发现氨作为发动机燃料,可以解决目前困扰氢发动机推广应用的诸多技术难题。氨燃料发动机具有明显优势。     

高硫低热值燃料流化燃料及脱硫性能的研究

探讨了在稳定燃烧的条件下影响流化燃烧效率及脱硫性能的各种因素，为高硫低热值燃料的利用提供了基础试验数据。     

氨燃料固体氧化物燃料电池性能研究进展与展望

氨是一种零碳燃料,也是富氢载体,具有较大储运优势。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)是一种清洁高效发电装置,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景,氨气可直接用作SOFC阳极燃料以实现高效、清洁、低成本发电。首先简介了质子传导型和氧离子传导型氨SOFC的工作原理,电解质、电极材料的选择以及氨气在阳极的分解过程。其次总结了氨SOFC的实验研究现状,以单电池最大功率密度为评价指标,综述了不同电解质/电极材料、电解质厚度、操作温度等因素下两种传导类型的氨SOFC的性能表现,并分析了造成电池性能差异的原因。之后介绍了氨SOFC当前面临的挑战,最后对氨SOFC未来研究方向、热电联供系统的应用进行了展望。     

燃煤锅炉氨煤混合燃烧工业尺度试验研究

我国是以燃煤发电为主的国家,为减少燃煤电厂CO₂排放,发展替代燃煤的低碳燃料及相应的燃烧技术十分迫切。与氢气相比,氨的储存和运输成本低,更加安全可靠,是一种更具发展潜力的能源载体和载氢低碳燃料。以氨替代部分燃煤,采用氨与煤在锅炉中混合燃烧的方式,是现阶段降低燃煤机组CO₂排放一个现实可行的技术选择。为验证工业尺度燃煤锅炉氨煤混合燃烧技术的可行性,设计搭建了世界最大容量的40 MW_th燃煤锅炉氨煤混合燃烧试验系统,包括全尺度氨煤混燃燃烧器和氨气供应系统,并在此试验台实现了0～25%混氨比例(按热值)的氨煤混合燃烧试验。结果表明,在所有混氨比例下锅炉皆具有良好的稳燃与燃尽性能,且氨煤混燃条件下煤粉的燃尽优于纯燃煤工况;通过分级燃烧,在高混氨比例下可实现锅炉NO_x排放低于燃煤工况。然而,燃尽风率大于20%后,进一步增加燃尽风率对降低NO_x排放效果不显著,但会显著增大锅炉的CO排放和飞灰含碳量,影响锅炉效率。因此,燃煤锅炉氨煤混合燃烧存在最优燃尽风率,使锅炉NO_x...     

兰炭型焦用于民用燃料的研究

介绍了兰炭型焦的生产工艺,并将兰炭型焦与兰炭、原煤的工业分析、元素分析、硫含量及灰成分等性质进行了对比,通过试烧实验得出几种燃料的燃烧性能、颗粒物和有害气体的排放等数据;通过对比,验证了兰炭型焦替代原煤作为民用燃料的节能减排效果,以及用于民用燃料的必然趋势。     

以氨为燃料的管式固体氧化物燃料电池研究

管式固体氧化物燃料电池(t-SOFC)具有易于担载催化剂、易封接等优点。本文开发了Ni O-YSZ阳极支撑型t-SOFC,测试了其分别以氢气和氨气为燃料时的电化学性能。800℃,以氨气为燃料时,电池的最大功率密度略低于氢气。阻抗谱的弛豫时间分布(DRT)分析表明电池性能与氨气的分解和三相界面的离子交换有关。通过浸渍Co-Ni(3:1)纳米催化剂,800℃时氨燃料电池功率密度可提升至159.1m W/cm²,同时稳定性有所改善。     

含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH₃火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH₃作为燃料的燃烧特性,对含NH₃燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH₃/CH₄/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH₃/H₂/air、NH₃/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH₃燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现：含NH₃燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O₂分子的消耗而生成,主要通过与NH_i（i=0, 1, 2）自由基反应消耗;含NH₃燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH₃的含NH₃燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。     

氨电氧化催化剂及其低温直接氨碱性膜燃料电池性能的研究进展

氨是一种无碳富氢的能源载体,体积能量密度高,易液化储存,是理想的储氢介质。以氨直接作为燃料,在低温碱性膜燃料电池中通过氨氧化反应实现化学能到电能的转化,是氨能源高效利用的理想路径之一。然而,低温氨氧化反应动力学缓慢、催化剂价格昂贵、易中毒等问题严重影响氨燃料电池性能,限制其大规模的商业化应用。因此,设计高效、廉价、稳定的催化剂是发展低温氨燃料电池技术的关键。本文首先综述了近些年研究者在氨氧化反应机理方面的探索,在深入理解反应体系的基础上,重点介绍了含贵金属和非贵金属催化剂设计制备及其在氨氧化反应中的进展,并总结了氨氧化催化剂在氨燃料电池中的性能。最后针对氨氧化催化剂目前存在的问题和未来的发展方向提出了建议,旨在为氨氧化催化剂的设计及低温氨燃料电池技术的发展提供研究思路。     

氨电氧化催化剂及其低温直接氨碱性膜燃料电池性能的研究进展

氨是一种无碳富氢的能源载体,体积能量密度高,易液化储存,是理想的储氢介质。以氨直接作为燃料,在低温碱性膜燃料电池中通过氨氧化反应实现化学能到电能的转化,是氨能源高效利用的理想路径之一。然而,低温氨氧化反应动力学缓慢、催化剂价格昂贵、易中毒等问题严重影响氨燃料电池性能,限制其大规模的商业化应用。因此,设计高效、廉价、稳定的催化剂是发展低温氨燃料电池技术的关键。本文首先综述了近些年研究者在氨氧化反应机理方面的探索,在深入理解反应体系的基础上,重点介绍了含贵金属和非贵金属催化剂设计制备及其在氨氧化反应中的进展,并总结了氨氧化催化剂在氨燃料电池中的性能。最后针对氨氧化催化剂目前存在的问题和未来的发展方向提出了建议,旨在为氨氧化催化剂的设计及低温氨燃料电池技术的发展提供研究思路。     

聚甲氧基甲缩醛的合成及其应用研究进展

来自非石油基的聚甲氧基甲缩醛因具有十六烷值高、与柴油互溶性好、氧含量高等优点,与柴油混配后作为柴油燃料可以提高柴油机热效率,大幅降低污染物排放,是很有发展前景的绿色环保柴油添加组分。本文在介绍聚甲氧基甲缩醛的物理化学性质,及其作为柴油添加剂的性能指标基础上,对其合成技术和反应动力学研究进展进行了总结,对比了不同技术的优缺点,指出离子液体薄膜催化技术是聚甲氧基甲缩醛当前较为适合的产业化路线;并对聚甲氧基甲缩醛柴油的燃烧排放特性,以及其作为新配方燃油组分和新型环保溶剂油等的应用研究进展进行了归纳,最后指出了确定聚甲氧基甲缩醛的合适聚合度值及其添加量,加强车用测试并及时建立相关标准是聚甲氧基甲缩醛作为柴油添加剂后续应用研究工作的要点。     

化学链合成氨技术研究进展及展望

氨气不仅是重要的化工原料和良好的氢载体,其可以作为无碳燃料的属性也引起了广泛关注。低能耗高效率的合成氨工艺是实现氨作为燃料应用的关键。阐述了合成氨工艺的发展历程,概述了以Haber-Bosch工艺为基础的多相催化和光、电等外场力驱动的合成氨工艺的新发展,重点介绍了化学链合成氨的最新研究成果,并对其研究方向进行展望。传统Haber-Bosch工艺苛刻的反应条件以及热力学和动力学之间的矛盾,促使科研工作者一直努力探索可持续的环境友好型合成氨技术。随着催化科学和表面科学的进步,人们对合成氨的反应机理和催化剂的物化性质有了更深入的认识,这为开发“绿色”合成氨工艺提供了有价值的参考信息,如要提高过渡金属催化合成氨性能,须尽量规避表面物种吸附能间的线性关系。另外,以可再生能源为能量来源的光、电催化合成氨,借助外场作用可以有效影响反应速率和机理。化学链技术的发展为合成氨工艺提供了新思路,将合成氨过程解耦为吸氮和释氮产氨2个或多个分步反应,可较好地缓解合成氨热力学和动力学矛盾,规避反应物竞争吸附。同时,各分步反应可分别优化,使整个化学链合成氨工艺达到最佳反应效果。未来采用太阳能聚热供能以及以生物质炭为碳源,并对化学链合成氨工艺进行经济性分析反馈指导工艺流程的优化,可降低碳基化学链制氨工艺的成本和能耗。     

基于氢气低温催化燃烧的燃料电池低温启动研究进展

相比于传统动力系统,基于燃料电池的动力系统具有很多优点,但在实际运用中仍有许多亟需解决的问题,其中包括燃料电池系统的低温启动问题。本文对比了各种燃料电池低温启动方案的工作机理及其优缺点,归纳并分析了氢气催化燃烧所用催化剂和催化燃烧反应过程以及燃料电池低温启动过程等方面的相关研究成果,研究了影响催化燃烧的主要因素,得出以下结论：基于氢气低温催化燃烧的燃料电池低温启动策略具有较高的可行性;在不同反应模型的情况下,氢气都可以在微尺度管道内实现稳定的燃烧;表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;空间气相与表面催化的耦合反应能得到最高的温度;氢气/空气预混合气体入口流速、导热壁及导热壁材料、管径和当量比均对催化燃烧有着重要的影响。     

玻璃生产常用燃料的应用与CO2排放

对比分析了几种常用燃料在燃烧应用过程各阶段产生的CO2排放量,并根据玻璃熔窑能耗指标,对各种燃料熔化单位质量玻璃液的CO2排放量进行了核算与比较。指出采用先进的节能降耗技术,减少燃料消耗、降低燃料应用过程的电耗,以及发展先进的煤气化技术、合理选择燃料种类,可以有效控制玻璃产业CO2排放。     

氨气吸附材料的研究进展

氨是一种典型的有毒有害气态碱性污染物,也是PM2.5二次颗粒物的主要成因之一,大量含氨尾气排放不仅严重影响人类健康和生活环境,还会造成氨资源浪费。本工作综述了近年来多孔材料用于氨气吸附分离的研究现状和进展,重点论述了沸石、硅胶、活性炭、氧化石墨烯、多孔有机聚合物、共价有机骨架和金属?有机骨架材料改性前后对氨气的吸附性能,总结了吸附材料的改性方法,分析了该领域发展面临的主要问题,对未来的研究方向提出了建议。     

Stratification of fuel for better engine performance

The concept of fuel stratification has been proposed and applied to a four-valve port injection spark ignition engine. In this engine, two different fuels or fuel components are admitted through two separate inlet ports and stratified into two regions laterally by strong tumble flows. Each stratified region has a spark plug to control the ignition. This engine can operate in the stratified lean-burn mode at part loads when fuel is supplied only to one of the inlet ports. While at high load operation, an improved fuel economy and higher power output are also expected through increased anti-knock features by taking advantage of the superior characteristics of different fuel or fuel components. This is achieved by igniting the lower RON (research octane number) fuel first and leaving the higher RON fuel in the end gas region. In this paper, knock limits of homogenous and different fuel stratification combustion modes at high loads were investigated experimentally. Primary reference fuels (PRF), iso-octane and n-heptane, were used to simulate three fuels of different RON: RON90, RON95 and RON100. The research results show that with stratified fuel components of low and high octane numbers, the knock limit, as defined by the minimum spark advance for knocking combustion, was extended apparently when the lower RON fuel was ignited first. In addition, the knock limit could also be extended by increasing the amount of higher RON fuel. However, igniting first the lower RON fuel in the fuel stratification combustion mode produced little improvement in anti-knock behaviour over the homogeneous combustion of the mixture of those two stratified fuels with an average RON.     

甲醇-柴油乳化燃料的研究进展

概述了甲醇-柴油乳化燃料的发展情况,介绍了甲醇-柴油乳化燃料的乳化、节能机理,重点介绍了甲醇-柴油乳化燃料的乳化剂和乳化设备及其燃烧特性研究进展,最后对甲醇-柴油乳化燃料的发展趋势进行了展望。