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富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與示范
【研究背景】
我國以煤為主的能源稟賦決定了煤電將會在未來一段時間內充當托底角色，燃煤發電過程中產生的CO?作為主要碳排放源，成為了“2030碳達峰、2060碳中和”愿景目標的現實約束。開發具有大規模CO?捕集功能的新型低碳燃燒技術是實現“雙碳”目標的關鍵。其中，富氧燃燒技術采用空分系統所產生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時采用煙氣再循環調節爐膛內的介質溫度和傳熱特性，實現煙氣中CO?高濃度富集，便于CO?的分離與捕集，是最具發展前景的規模化碳捕集技術。
【成果介紹】
本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與其對應示范裝置。著眼于發展經濟、安全和可靠的富氧燃燒技術需求，本成果重點圍繞兩個關鍵科學技術問題：
(1)基于氧/燃料雙向分級的富氧燃燒火焰組織、傳熱調控與污染抑制原理；
(2)基于靜/動態仿真的富氧燃燒系統集成優化和控制技術，組織共性技術研發和工程示范。
本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發了常壓富氧燃燒的分級燃燒系統，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關鍵技術，掌握了常壓富氧燃燒的系統集成、優化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設計能力。
其中，運用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術，SO?/NOx/Hg脫除率分別達到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業示范連續運行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO?濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm³。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準）和ESP除塵效率進一步提升。
圖2 應城35MWth富氧燃燒工業示范系統及現場實時運行
【技術優勢】
與現有的其它碳捕集技術，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術，富氧燃燒碳捕集技術的改造成本更低，系統效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。
【技術指標】
【資質榮譽】
獲日內瓦國際發明展金獎(2017)、國際自動化學會電力工業設施獎(2017)、湖北省技術發明一等獎(2018)。
華中科技大學
2023-07-19
用于甲烷選擇性催化還原分子篩催化劑及其合成方法
NOX是四大空氣污染物（NOX，NH3，SO2，NMVOCs）之一，它們不僅可以形成酸雨、光化學煙霧，還會嚴重損害人類的身體健康，所以消除NOx是人類急需解決的一個全球性問題。CH4是天然氣的主要成分，它儲量豐富，價格低，潔凈環保，并且已經逐漸取代煤炭進行發電和供暖。CH4-SCR是目前主要的脫硝的方法之一，但是CH4的穩定性和惰性是選擇性催化還原反應過程中的一個重要難題。近幾十年來，過渡金屬特別是銦（In）被廣泛應用在CH4-SCR反應中，它的主要作用是對CH4進行有效的活化。為了提高CH4-SCR的活性，第二種過渡金屬,如Pd、Co和Ce，被引入進來，他們的主要作用是促進NO的氧化生成NO2。因此，制備優異CH4-SCR活性的催化劑具有重要的意義。本發明涉及一種用于甲烷選擇性催化還原（CH4?SCR）分子篩催化劑及其合成方法，具體是雙金屬分子篩Cr?In/H?SSZ?13和Ru?In/H?SSZ?13的合成及在甲烷選擇性催化還原（CH4?SCR）中的應用。通過浸漬方法合成，再經過Ar焙燒，H2還原，O2氧化處理得到熱力學穩定的雙金屬催化劑。在Cr?In或者Ru?In的協同作用下，在
南開大學
2021-04-10
PVC低汞催化劑技術
項目成果/簡介:南開大學李偉課題組與宜賓天原集團股份有限公司、湖南新晃新中化工有限責任公司合作所開發的具有自主知識產權的新型低汞觸媒各項性能指標完全符合低汞觸媒行業標準 HG/T4192-2011 要求，工業運行情況穩定，在轉化率、選擇性及使用壽命上具有優勢，且其制備方法創新，制備工藝簡單，綠色環保，已通過中國石化聯合會組織的技術鑒定，具備向行業內進一步擴大推廣優勢，在國內處于領先水平。應用范圍:本項目開發的低汞催化劑反應轉化率，選擇性均達到 99%以上，使用壽命超過 8000 小時，活性組分氯化汞質量百分含量 6%以下，在萬噸級 PVC 工業裝備上已裝填催化劑 100 余噸，生產出合格產品 10萬余噸，創造產值近 7 億元。該技術催化劑量產投資規模為 5000 萬。 基于本技術的產品表觀密度可達 40-100Kg/m3，具有質輕、價廉，優良的保溫隔熱和隔音性能；優良的阻燃性能（可達 A 級或 B1 級）。本項目社會貢獻和經濟效益在于優質的保溫材料是降低能耗改善大氣環境的重要環節，可以為減少城市霧霾作貢獻，需求量巨大，經濟效益可觀。效益分析:選擇硅烷偶聯劑作為表面活性劑以及特殊金屬氯化物對煤質炭進行預處理，使活性炭表面羥基官能團轉化為其他與特定金屬離子有強結合力的官能團，大幅提升活性組分負載牢固度，提高觸媒抗積碳能力，同時也有效提高了活性組分的分散性，并有效做到降低汞用量，降低助劑金屬用量，增強汞負載穩定性，提高低汞觸媒活性及選擇性，延長低汞觸媒使用壽命。該制備方法簡便易行，適合工業化大生產的需求。
南開大學
2021-04-11
氮化碳光催化研究成果
項目成果/簡介:福州大學化學學院/能源與環境光催化國家重點實驗室創新團隊的研究論文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在國際頂級刊物《Nature Catalysis》在線發表。 氫氣由于其能量密度高，燃燒后生成水清潔無污染，是未來能源的理想載體。太陽能光催化分解水制氫氣被認為是獲取氫能源的理想途徑之一。開發高效廉價的光催化劑是光解水技術的核心。近年來，氮化碳光催化劑由于其制備工藝簡單，價格低廉，無毒無污染等優點，受到了廣泛的關注。 該工作以具有高結晶度的氮化碳光催化劑polytriazine imides（PTI）單晶為模型，研究了其在光催化全解水反應中的活性面。光催化全解水實驗表明，PTI的性能與其{10-10}/{0001}晶面的面積比呈近似線性關系，進一步證實了{10-10}晶面是光催化反應的活性面。此外，{10-10}晶面比例最大的光催化劑在全解水中的產氫與產氧速率分別達到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ單色光照下的量子效率達到了８％，高于之前報道的結果。該論文從分子尺度上研究了氮化碳光催化劑的反應活性面，為高性能氮化碳光催化劑的發展提供了重要的研究基礎。
福州大學
2021-04-10
仿生高性能鉑催化劑
本項目通過使用仿生概念，制備出一種新型的具有籠狀結構的鉑催化劑。在該催化劑中，金屬鉑被包覆在有機物籠內，反應物可以自由進出籠內外，在鉑的催化作用下合成有機硅化合物，金屬鉑被困于籠內，可以有效地阻止團聚而失去活性，從而可以反復發揮其催化作用，使其同時具備高活性和高穩定性。該新型催化劑在全世界第一次實現了鉑催化劑在多次循環使用后，依然保持其極高的催化活性。 有機硅產品的制備過程中，硅氫加成反應是必不可少的一個環節，目前該反應主要使用卡斯特催化劑進行催化，若替換為本項目所研發出的新型催化劑，催化效率將實現指數級的提高。對于三烷氧基硅烷同己烯制備己烷偶聯劑這一最常見的氫硅化反應，如使用本項目所制備出的新型催化劑，其催化效率較卡斯特催化劑能夠提高1000倍以上。 該技術在國際上首次提出，目前已經在國際頂級期刊《SCIENCE》上投稿并獲得了審稿人的好評，審稿人認為該項目研究工作將很快在實際生產中得到應用。同時，該項目正在開展進行相關專利申請工作。
北京航空航天大學
2021-04-10
PVC低汞催化劑技術
南開大學李偉課題組與宜賓天原集團股份有限公司、湖南新晃新中化工有限責任公司合作所開發的具有自主知識產權的新型低汞觸媒各項性能指標完全符合低汞觸媒行業標準 HG/T4192-2011 要求，工業運行情況穩定，在轉化率、選擇性及使用壽命上具有優勢，且其制備方法創新，制備工藝簡單，綠色環保，已通過中國石化聯合會組織的技術鑒定，具備向行業內進一步擴大推廣優勢，在國內處于領先水平。
南開大學
2021-02-01
氮化碳光催化研究成果
福州大學化學學院/能源與環境光催化國家重點實驗室創新團隊的研究論文“Molecular-level insights on the reactive facet of carbon nitride single crystals photocatalysing overall water splitting”在國際頂級刊物《Nature Catalysis》在線發表。 氫氣由于其能量密度高，燃燒后生成水清潔無污染，是未來能源的理想載體。太陽能光催化分解水制氫氣被認為是獲取氫能源的理想途徑之一。開發高效廉價的光催化劑是光解水技術的核心。近年來，氮化碳光催化劑由于其制備工藝簡單，價格低廉，無毒無污染等優點，受到了廣泛的關注。 該工作以具有高結晶度的氮化碳光催化劑polytriazine imides（PTI）單晶為模型，研究了其在光催化全解水反應中的活性面。光催化全解水實驗表明，PTI的性能與其{10-10}/{0001}晶面的面積比呈近似線性關系，進一步證實了{10-10}晶面是光催化反應的活性面。此外，{10-10}晶面比例最大的光催化劑在全解水中的產氫與產氧速率分別達到了１８６μmol／h和９１μmol／h，在３６５ｎｍ單色光照下的量子效率達到了８％，高于之前報道的結果。該論文從分子尺度上研究了氮化碳光催化劑的反應活性面，為高性能氮化碳光催化劑的發展提供了重要的研究基礎。
福州大學
2021-02-01
連續式光催化反應裝置
哈爾濱工程大學
2021-04-10
高效納米催化劑的研制
(1)以表面活性劑-高分子復合體系在溶液中形成的軟物質團簇為模板，采用普通市售白熾燈為輻射源，在溫和條件制備納米鈀催化劑，已獲發明專利授權（授權號：ZL 201210262888.7）。(2)以表面活性劑為模板，采用普通市售白熾燈為輻射源，在溫和條件下獲得有良好光學性質的鈀納米薄片材料。該制備方法條件溫和，制備得到的鈀納米薄片材料，發現在 340nm 附近出現等離子共振吸收峰，發明專利授權（專利號：ZL 201210210613.9）。(3)以六角相溶致液晶為軟模版，分別在避光和可見光的條件下獲得納米 Pd電催化劑，適合用于作電催化劑。此項工作生產周期短，產物均勻性好，易于規模化生產。發明專利授權號：ZL 201210387737.4。(4)以表面活性劑-高分子復合體系為軟模板，利用乙醇為還原劑，采用簡易加熱方式，首次合成了多面體納米鈀材料。發明專利授權號:ZL 201210403633.8。(5)采用超聲波輻射技術，以表面活性劑-高分子復合體系構筑為軟模板，獲得一種具有菊花狀納米鈀聚集體材料。
安徽理工大學
2021-04-13
生物催化生產半胱氨酸
L-半胱氨酸（L-CySH）是組成蛋白質的20多種氨基酸中唯一具有還原性基團巰基的氨基酸，為谷胱甘肽的組成成分之一。由于其分子中含有活性的巰基，具有許多重要的生理功能：可以增強肝功能，用于治療肝炎、肝硬化與肝昏迷等癥狀；可以作為解毒劑，解除苯、萘等有毒芳香物質及藥物中毒；可用于治療因原子能輻射、X射線以及其它短光波所引起的放射性障礙和各種白血球減少癥；有抗過敏與消除過敏癥的作用；可用于蛋白質氨基酸制劑，解毒鎮痛劑、疲勞恢復劑、潰瘍治療劑，L-半胱氨酸還是特效的化痰劑；可促進毛發生長和防止食品氧化等。因此L-半胱氨酸已經廣泛應用于醫藥、食品、化妝品以及飼料工業。此外由L-半胱氨酸可以得到多種衍生物，有鎮痛、消炎、退燒、止痛以及抑制細菌和腫瘤生長的作用，目前也在得到不斷的開發和應用。國內目前L-半胱氨酸的生產主要依靠人或動物的毛發經酸水解或堿水解提取L-半胱氨酸后，再經過電解還原制得L-半胱氨酸。該方法收率低，能耗高，水解過程產生大量刺激性氣體，廢酸處理困難，對環境污染嚴重。隨著L-半胱氨酸生產技術的發展，微生物轉化法制生產L-半胱氨酸逐漸取代了毛發水解制備L-半胱氨酸。微生物轉化法制備工藝以其反應條件溫和、專一性強、對環境友好等優點而日益受到重視。本課題組利用自行篩選的高效菌株，通過高密度培養獲得大量菌體，可以將底物D,L-2-氨基-Δ2-噻唑啉-4-羧酸（D,L-ATC）轉化為L-半胱氨酸，濃度為5.8g /L，轉化率92%，半胱氨酸得率78%。
華東理工大學
2021-04-13