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1. “双碳”目标下膜技术发展的思考
徐南平, 赵静, 刘公平
化工进展    2022, 41 (3): 1091-1096.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2143
摘要494)   HTML47)    PDF(pc) (1233KB)(633)    收藏

实现碳达峰和碳中和,本质在于使经济社会发展彻底摆脱对含碳矿产资源的依赖,其关键在科技创新。作为一种高效节能的共性分离技术,膜技术在这个过程中可以发挥怎样的作用?本文从零碳能源重构、低碳流程再造、非二气体减排及负碳体系构建四个方面详细阐述了膜技术在实现“双碳”目标的关键技术途径中所发挥的重要作用,主要包括零碳电力存储、绿氢制备及利用、工业流程优化及节能降耗、CO2及非二气体捕集、CO2转化再利用等。文中分析了相关领域膜技术的发展现状,并对“双碳”目标下我国未来膜技术的研究方向和发展目标进行了展望,指出通过一系列颠覆性膜技术的大规模应用,可助力实现可再生能源成本全球最低、低碳流程再造代价最小两大战略目标,为我国实现碳中和提供坚实的技术支撑。

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2. 膜法碳捕集技术——研究现状及展望
王志, 原野, 生梦龙, 李庆华
化工进展    2022, 41 (3): 1097-1101.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2271
摘要432)   HTML30)    PDF(pc) (383KB)(398)    收藏

碳捕集是实现CO2减排的重要技术手段之一。在众多碳捕集技术中,膜分离技术具有操作简单、能耗低、环境污染小等优势,吸引了广泛关注。完整的膜法捕集CO2技术研究链条包括膜材料开发、分离膜规模化制备、膜组件研制和膜分离工艺及装置的设计建造。本文针对膜法碳捕集技术链的四个环节,总结对比了国内外技术水平和研究进展,分析了碳捕集膜从实验室研究到工业放大的瓶颈问题,并对本文作者课题组在各个技术环节所积累的研究成果进行了综述。在此基础上,对进一步提高膜法碳捕集技术水平的研究方向进行了展望。

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3. 碳中和目标下石油与化学工业绿色低碳发展路径分析
黄晟, 王静宇, 李振宇
化工进展    2022, 41 (4): 1689-1703.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2520
摘要426)   HTML56)    PDF(pc) (1182KB)(328)    收藏

石油与化工行业是高耗能、高污染、高碳排的“三高”行业,在碳达峰、碳中和的目标下,促进石油与化学工业和生态环境的协调可持续发展成为亟需解决的热点问题。本文从国家层面和企业层面总结典型国家及其石油与化学工业面对“双碳”目标采取的措施行动,对乙烯、成品油等石油与化工产品不同生产路径的能耗及二氧化碳排放情况进行比较分析,概述中国的区域能源分布特点、各省份的石油与化学工业产值及二氧化碳排放情况,明确提出作为碳排放的大户,石油与化工行业有可能在“十四五”期间被纳入全国碳市场。文中指出石油与化工行业必须在借鉴发达国家先进碳减排经验的基础上,立足本国国情,综合考虑本国的能源分布情况和石油与化工产品生产的能耗及二氧化碳排放情况,建构清洁低碳、节能高效的工艺流程体系,促进石油与化学工业的高质量发展。石油与化学工业二氧化碳减排的核心是区域能源结构的调整和工艺流程的优化,并以此为前提建设绿色集成化工园区,辅之以可再生能源如风能、太阳能等的综合利用,研发碳捕集、利用与封存技术进行碳固定。还提出值得注意的是,由于其他温室气体如甲烷等的减排已经提上日程,我国也应加快相关技术储备。

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4. 二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展
邵斌, 孙哲毅, 章云, 潘冯弘康, 赵开庆, 胡军, 刘洪来
化工进展    2022, 41 (3): 1136-1151.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1909
摘要419)   HTML47)    PDF(pc) (5948KB)(560)    收藏

由于二氧化碳(CO2)过度排放导致全球变暖日益严峻,发展零碳技术已成为人类社会面向可持续发展的战略选择。将CO2捕集并转化为高附加值化学和能源产品,可以优化化石能源为主体的能源结构、有效缓解环境问题,并实现碳资源的充分利用,是一项可以大规模实现低碳减排的技术。本文重点介绍了CO2高效利用新途径,通过二氧化碳-合成气-高附加值化学品的产品工艺路线,实现CO2的资源化利用。对比综述了热催化法、电催化法和光催化法高效转化合成气的最新进展,总结了热、电、光催化制备合成气过程中催化剂的设计原理和方法以及目前工业化应用前景;简单概述了合成气作为重要平台分子,进一步通过费托合成路线或接力催化路线转化为低碳烯烃和液态燃料或芳烃等化学品过程中催化剂设计研究进展。最后,总结了大规模工业化CO2转化为合成气及高附加值产品过程催化剂设计和反应器优化的技术难题,并对未来CO2高效转化利用方向进行了展望。同时指出目前各技术还普遍存在反应机理不清晰、催化剂成本高以及缺乏大规模合成等问题,未来开发出高效、高活性、低成本且稳定的催化剂是各技术推广应用的关键。

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5. 质子交换膜燃料电池研究进展
高帷韬, 雷一杰, 张勋, 胡晓波, 宋平平, 赵卿, 王诚, 毛宗强
化工进展    2022, 41 (3): 1539-1555.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2003
摘要408)   HTML26)    PDF(pc) (3475KB)(694)    收藏

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)因具有效率高、功率密度大、排放产物仅为水、低温启动性好等多方面优点,被公认为下一代车用动力的发展方向之一。然而,目前PEMFC在耐久性和成本方面距离商业化的要求还存在一定差距。为攻克上述两大难题,需要燃料电池全产业链的共同努力和进步。本文回顾了近年来质子交换膜燃料电池从催化剂、膜电极组件、电堆到燃料电池发动机全产业链的研究进展和成果,梳理出单原子催化剂、非贵金属催化剂、特殊形貌催化剂、有序化催化层、高温质子交换膜、膜电极层间界面优化、一体化双极板-扩散层、氢气系统循环等研究热点。文章指出,催化层低铂/非铂化、质子交换膜超薄化、膜电极组件梯度化/有序化、燃料电池运行高温化、自增湿化是未来的发展趋势,迫切需要进一步的创新与突破。

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6. 中国碳达峰碳中和目标下炼化一体化新路径与实践
周红军, 周颖, 徐春明
化工进展    2022, 41 (4): 2226-2230.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0225
摘要403)   HTML44)    PDF(pc) (652KB)(267)    收藏

通过对传统炼化一体化流程的思考,本文提出以纵向串联模式分析温度如何强化炼化过程,以横向并联思维归纳炼化工艺。提出通过电供能重构传统的蒸汽裂解技术,获得再电气化下炼化一体化新的技术路线和创新发展空间。文中指出:通过电供能代燃料炉,电烯氢技术及干重整技术不仅使传统的炼油厂和烯烃厂节能减排绿色低碳转型,电供能置换出的干气制合成气及氢用于氢冶金还原铁,二氧化碳捕集、封存及利用(CCUS),甲醇及汽车生产,也使中国钢铁产业同时脱碳,促进中国CCUS及氢能汽车产业发展,支撑中国2030年碳达峰和2060年碳中和目标实现。

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7. 中国碳中和目标下CO2转化的思考与实践
周红军, 周颖, 徐春明
化工进展    2022, 41 (6): 3381-3385.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0395
摘要389)   HTML42)    PDF(pc) (447KB)(231)    收藏

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。

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8. 太阳燃料甲醇合成
王集杰, 韩哲, 陈思宇, 汤驰洲, 沙峰, 唐珊, 姚婷婷, 李灿
化工进展    2022, 41 (3): 1309-1317.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0244
摘要383)   HTML22)    PDF(pc) (3552KB)(470)    收藏

我国将力争于2060年前实现碳中和,而实现碳中和的根本途径是能源利用形式由化石能源向可再生能源转变。本文指出太阳燃料甲醇合成(又称“液态阳光”)是利用太阳能等可再生能源分解水制取绿氢,再将二氧化碳与绿氢结合转化为甲醇的综合性技术,它不仅可将再生能源存储在液体燃料甲醇中,还可解决重要领域如冶金、建材、化工中的刚性二氧化碳排放,是实现碳中和目标切实可行的技术路线和有力手段。本文就作者团队研究发展的液态阳光水分解制氢和二氧化碳加氢制甲醇技术进行总结,并对当前液态阳光技术的工业应用进行了介绍。

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9. 碳中和目标下的光伏发电技术
苗青青, 石春艳, 张香平
化工进展    2022, 41 (3): 1125-1131.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2500
摘要377)   HTML30)    PDF(pc) (4124KB)(510)    收藏

化石能源燃烧发电过程是我国CO2排放的主要来源之一。在碳中和、碳达峰的“双碳”目标下,大力发展可再生能源等低碳或零碳能源体系,构建以新能源为主体的新型电力系统,成为能源领域技术变革的战略方向,其中光伏发电是公认的我国未来可再生能源发电的主要方式之一。本文重点对我国光伏发电的开发现状、存在问题、关键技术、未来趋势及发展策略等进行简要论述,分别对晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池(硅基、砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉)、钙钛矿太阳能电池、其他新型太阳能电池(有机、染料敏化、量子点)等关键技术进行了详细论述,以期为我国光伏发电产业的快速发展及高效安全的清洁能源新体系构建提供方向引导。

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10. 电催化还原二氧化碳制一氧化碳催化剂研究进展
张少阳, 商阳阳, 赵瑞花, 赵丹丹, 郭天宇, 杜建平, 李晋平
化工进展    2022, 41 (4): 1848-1857.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0804
摘要348)   HTML26)    PDF(pc) (1290KB)(330)    收藏

电催化还原CO2作为缓解能源危机和全球变暖的有效途径已成为催化领域的研究热点。然而,不同反应途径的氧化还原电位较为接近,使产物的选择性成为电催化还原CO2所需解决的主要问题。迄今为止,在水性电解质中可实现CO2选择性地转化为一氧化碳(CO)和甲酸(HCOOH)。本文简述了电催化还原CO2制CO的机理,包括CO2吸附过程、二电子转移过程和CO脱附过程。从贵金属的晶面设计、形貌调控和表面功能化对反应活性和产物选择性的影响,铁卟啉、钴酞菁和镍三嗪在还原CO2为CO反应中的电子转移途径,非金属碳基材料中杂原子和碳基质间的耦合效应等方面,重点介绍了近年来贵金属催化剂、过渡金属络合物催化剂和非金属碳基材料催化剂的研究进展,总结了各类催化剂的优缺点。指出在三类电催化还原CO2制CO的催化剂中,非金属碳材料具有较高的CO法拉第效率,尤其是非金属碳材料成本较低、制备简单、结构易调控,在电催化还原中具有潜在的应用优势,是有望实现商业化应用的新型催化剂的候选材料之一。

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11. 二氧化碳直接空气捕集材料与技术研究进展
宋珂琛, 崔希利, 邢华斌
化工进展    2022, 41 (3): 1152-1162.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2216
摘要337)   HTML24)    PDF(pc) (4442KB)(345)    收藏

直接空气捕集(DAC)等新兴负碳排放技术是实现“双碳”目标的托底技术保障,近年来受到广泛关注。本文简要分析了直接空气碳捕集技术的特性,归纳总结了胺功能化无机材料和聚合物、金属氢氧化物和碳酸盐、多孔材料等痕量二氧化碳捕集性能,初步分析了负载方式、载体结构等与吸附容量和动力学的关系。浅析了该领域发展面临的问题和机遇,从能耗和性能方面对捕集材料和技术的研发提出以下建议:相较于物理吸附材料,胺功能化材料和固体碱等化学吸附材料具有更好的应用前景;在工艺开发领域,可以借鉴其他低浓度气体深度脱除工艺的经验;另一方面,可以结合不同工艺优势,设计多种工艺耦合的流程;最后,在严峻的环境问题下,必须加快材料研发的步伐,未来的研究重点应集中在材料的设计和低能耗再生方式的开发上。

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12. 低能耗化学吸收碳捕集技术展望
唐思扬, 李星宇, 鲁厚芳, 钟山, 梁斌
化工进展    2022, 41 (3): 1102-1106.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2234
摘要334)   HTML42)    PDF(pc) (2113KB)(516)    收藏

低能耗的CO2捕集技术对“碳减排”有重要意义。化学吸收法是工业常用的CO2捕集方法,过程能耗高、成本高,限制了大规模的工业应用。近年来,随着新型吸收剂的开发和吸收解吸装置的设计,过程能耗有所降低,在我国已有多套碳捕集示范装置。然而进一步降低捕集能耗,节约捕集成本是实现“碳中和”的不变追求。本文基于溶剂化学吸收CO2研究,提出以下化学吸收法的研究方向:开发广泛的相变吸收理论,构建吸收体系数据库,建立定量预测模型,以实现吸收体系的分子设计;强化气液传质,设计液相传热部件和气液分离空间,研发高效吸收解吸设备,以提升碳捕集效率;耦合化学吸收和矿化,实现原位CO2吸收固定,提升过程经济性。通过化学吸收技术的系统研发,以期促进低能耗的碳捕集,助力祖国实现“碳中和”。

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13. 碳中和背景下国内外废塑料裂解法回收进展
王月, 赵秦峰, 张占全, 雷俊伟, 侯远东
化工进展    2022, 41 (3): 1470-1478.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0815
摘要310)   HTML11)    PDF(pc) (979KB)(485)    收藏

人类生产生活对塑料制品日益增长的需求使得塑料废弃物迅速增加,由此引起的环境问题和社会问题亟待解决。本文综述了碳中和背景下国内外废塑料裂解法回收进展,从废塑料裂解催化剂、废塑料裂解反应器、废塑料与其他固废共裂解三个方面对废塑料裂解技术进展进行总结,归纳了国内外塑料回收企业和石油石化企业在废塑料裂解回收方面的进展,分为裂解法制油和裂解法制化学品两个方面。阐明了废塑料回收在节约能源、碳减排和经济性方面的意义,指出国内废塑料裂解法回收存在法规缺失、废塑料分类不清晰、产业链条不完善、相关学术研究不深入等问题,提出国内石油石化企业应从全生命周期角度出发对废塑料进行裂解法回收处理,结合上下游产业链,分阶段实施废塑料裂解产油品路线和产化学品路线。

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14. CO2的捕集及资源化利用
孔祥宇, 谢亮, 王延民, 翟尚鹏, 王建国
化工进展    2022, 41 (3): 1187-1198.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2316
摘要309)   HTML29)    PDF(pc) (4687KB)(366)    收藏

新型吸附材料对CO2进行吸附分离并催化转化为高附加值产品,具有绿色清洁的优点,是未来全球应对气候变化的重要技术选择之一,但在复杂环境CO2的捕集过程中存在无法高效吸附分离以及成本较高的问题。本文简述了CO2吸附材料最新研究进展以及资源化利用的有效途径,主要介绍了金属有机骨架(MOF)、分子筛、多孔碳材料、共价有机骨架(COF)等吸附材料的物化性质等对吸附量和选择性的影响,从催化转化的角度对合成甲酸、甲醇以及烯烃等小分子化合物进行了论述。基于含CO2废气的综合治理问题,探讨了将钢铁行业中的烟道气以及高炉煤气等进行加氢的可行性,在CO2捕集和转化的科学技术进步上开拓了新思路,对CO2更加清洁高效利用,实现低碳化、智能化多能融合进行展望。

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15. 碳中和目标下的煤化工变革与发展
相宏伟, 杨勇, 李永旺
化工进展    2022, 41 (3): 1399-1408.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2314
摘要305)   HTML23)    PDF(pc) (1363KB)(392)    收藏

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。

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16. 化工过程本质安全评估方法研究进展与展望
朱佳兴, 郝琳, 刘国钊, 卫宏远
化工进展    2022, 41 (8): 4009-4024.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2004
摘要300)   HTML50)    PDF(pc) (1472KB)(300)    收藏

可持续性发展已经成为社会、生态和经济发展的关键。可持续制造的发展道路需要平衡环境、社会和经济各方面。本质安全设计是减少风险、实现化学工业可持续发展的最有效的方法之一,本质安全设计可以永久性地消除或减少化工过程中涉及的危害。本文综述了本质安全的历史发展、本质安全四大原则的概念、本质安全四大原则应用的使用潜力、本质安全设计评估工具,并系统介绍了本质安全设计评估方法的研究进展和存在的问题,包括基于参数的得分索引本质安全方法、基于参数的数值索引本质安全方法、基于图示的本质安全方法、基于风险分析的本质安全方法和基于多目标评价的本质安全方法,分析比较了各种方法的优缺点,并对本质安全评估方法的未来发展和完善提出了一些见解。

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17. 碳达峰与碳中和目标下PEM电解水制氢研究进展
胡兵, 徐立军, 何山, 苏昕, 汪继伟
化工进展    2022, 41 (9): 4595-4604.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2464
摘要296)   HTML60)    PDF(pc) (2252KB)(572)    收藏

氢能作为重要的能源载体,燃烧过程绿色无污染,能够助力碳达峰和碳中和目标实现。本文通过对比化石能源制氢、工业副产气制氢、电解水制氢等方式,分析各制氢方式的优缺点,阐述了质子交换膜(PEM)电解水制氢与可再生能源结合的重要意义。之后从PEM电解槽内部结构和可再生能源电解水制氢两个方面展开综述,详细介绍了PEM电解槽双极板、催化剂、扩散层、质子交换膜研究进展、存在的主要问题和未来发展方向。文中通过分析我国太阳能、风能分布特征,总结可再生能源利用存在的问题,从研究现状和产业发展的角度介绍了太阳能制氢、风电制氢、可再生能源多能互补制氢的发展。最后对可再生能源PEM电解水制氢的未来发展方向进行了展望,期望为可再生能源PEM电解水制氢的发展提供借鉴和参考。

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18. 废弃塑料化学回收及升级再造研究进展
陈欢, 万坤, 牛波, 张亚运, 龙东辉
化工进展    2022, 41 (3): 1453-1469.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2227
摘要287)   HTML23)    PDF(pc) (5171KB)(519)    收藏

塑料对人类社会进步和经济发展发挥着重要作用,但其大规模生产和不恰当的处置已造成了严重的生态灾难。通过化学回收和化学升级再造的方法将废弃塑料转化为高附加值的产品是实现塑料资源可持续发展的关键技术之一。本综述总结了近年来废弃塑料的回收现状和化学升级再造的途径,包括催化热解、化学解聚、催化氢解、光催化、化学氧化等,着重探讨了反应条件对于产物分布和产率的影响、催化剂的构效关系及反应机理等。针对目前存在的反应条件严苛、催化剂成本高且重复利用性差等问题,提出未来研究方向包括优化工艺条件、弄清催化剂失活机理和开发价格低廉的高效催化剂,有望进一步实现废塑料资源化利用的工业化发展。

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19. 3D打印制备三维石墨烯及其在水处理中的应用
张惠宁, 石中玉, 肖彦奎, 张晓琴, 尹鑫, 田丽红
化工进展    2022, 41 (5): 2231-2242.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1277
摘要283)   HTML37)    PDF(pc) (2710KB)(191)    收藏

石墨烯作为一类新型纳米材料,具有对水中各类污染物良好的吸附去除性能,但石墨烯纳米粉末态的性状使其在使用后难以从溶液中分离出来而造成二次污染。因此构建大体积的三维石墨烯结构,可以有效弥补水处理中纳米材料难以分离的问题。本文介绍了如今常用的三维结构制备方法,如模板法、自组装法等,但这些方法通常步骤烦琐、影响因素及所需条件较多等,在过程中易产生结构缺陷,从而影响制得的三维结构的力学性能。文中指出,3D打印法通过计算机数据调控,具有操作简便、结构设计精准、批量制备的优点,可制备出优良的三维结构体,并可通过对浆料组分的灵活调控进行改性或增加其力学性能。综上所述,配置满足3D打印黏度要求的浆料,并使制得的三维结构具备一定要求的力学性能,充分利用其精密的规模化生产,是使3D打印三维石墨烯适用于水处理的关键所在。

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20. 未来石化智能工厂顶层设计: 现状、对比及展望
王子宗, 高立兵, 索寒生
化工进展    2022, 41 (7): 3387-3401.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0306
摘要272)   HTML44)    PDF(pc) (4498KB)(311)    收藏

国内石化智能工厂建设已有十年发展历史,目前正在进行智能工厂3.0的规划设计。石化智能工厂存在哪些挑战?石化智能制造有什么发展趋势?如何设计未来石化智能工厂?针对这三个问题,本文首先总结了石化智能工厂面临的挑战以及业务和技术能力需求。从工业软件、开放流程自动化、工程建设模式等三个视角分析了石化智能制造发展趋势,研究了国际灯塔工厂案例及启示。文章还阐述了石化智能制造的基本特征、内涵及演进路线,提出了未来石化智能工厂需要提升的5项关键能力和“六化”特征,提出了重点建设内容及智能场景规划思路,最后对未来发展进行了展望。

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21. CO2加氢一步制二甲醚展望
刘畅, 刘忠文
化工进展    2022, 41 (3): 1115-1120.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2239
摘要270)   HTML24)    PDF(pc) (1947KB)(451)    收藏

CO2加氢制二甲醚(DME)是有潜力实现CO2资源化利用的重要途径之一。与光、电催化相比,CO2的非均相催化转化具有转化效率高等优点,但目前CO2加氢一步制备DME催化剂的反应活性较低、稳定性较差。本文在简要介绍CO2加氢一步制DME的铜基双功能催化剂、复合氧化物和氮化镓催化剂的基础上,重点总结了活性中心结构和反应机理的研究进展。对于铜基双功能催化剂,CO2加氢经甲醇中间体合成DME,其中还原态铜(Cu0、Cu+及Cu δ+,0<δ<2)是其催化活性中心,且还原态铜的分散度及稳定性、固体酸的性质和酸性位分布以及两类活性中心的耦合效应是决定DME收率和催化剂稳定性的关键因素。与此相反,DME是氮化镓催化CO2加氢的初级产物。这与铜基双功能催化剂有着本质区别,属新催化剂体系。在此基础上,文章对CO2加氢制DME的可能研究方向进行了展望,认为“二甲醚经济”更具发展潜力。

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22. 化工新材料产业及其在低碳发展中的作用
何盛宝, 黄格省
化工进展    2022, 41 (3): 1634-1644.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2527
摘要265)   HTML19)    PDF(pc) (1573KB)(505)    收藏

化工新材料是新材料的重要组成部分,是国民经济建设所需的关键材料,已经成为炼化行业转型升级的重要方向。本文分析了国内外化工新材料的产业发展现状,重点从化工新材料原料供给、新材料生产、产品回收与循环利用全生命周期(LCA)角度,阐述了可再生原料的汇碳作用,典型新材料(包括高端碳材料、汽车轻量化材料、新能源材料、碳捕集材料)生产的固碳作用,以及废弃材料回收和循环利用中的减碳作用。文章对我国新材料产业发展现状和前景进行了思考,认为化工新材料在降低CO2排放、实现碳中和目标进程中作用显著;基于未来我国化工新材料市场需求强劲的总体态势,应该加大技术研发投入,突破重点新材料生产技术瓶颈,加快自主产品产业化进程,满足我国经济发展迫切需求,推动社会经济绿色低碳高质量发展。

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23. 电解水制氢耦合碳酸盐还原展望
徐明, 邵明飞, 刘清雅, 段雪
化工进展    2022, 41 (3): 1121-1124.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2345
摘要263)   HTML19)    PDF(pc) (637KB)(222)    收藏

无机金属碳酸盐是一类具有高附价值和地球储量丰富的矿物质资源,且碳酸盐热分解是制备金属氧化物的主要途径。但是,该类反应通常需要在高温、氧气气氛下焙烧获得,从而造成大量二氧化碳排放,与其相关的碳排放总量超过了全国工业碳排放的50%。为了解决这一问题,无机金属碳酸盐加氢热分解逐渐引起关注。本文首先介绍了碳酸盐加氢热分解的研究进展,进一步结合本文作者课题组近期关于电解水制氢和碳酸盐加氢还原的最新成果,提出电解水制氢耦合碳酸盐还原的观点,其有望成为制备金属氧化物的新型技术路线,对我国重排放过程工业的减排增效具有借鉴意义。

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24. 石化行业碳中和技术路径探索
甘凤丽, 江霞, 常玉龙, 靳紫恒, 汪华林, 师敬伟
化工进展    2022, 41 (3): 1364-1375.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1601
摘要253)   HTML21)    PDF(pc) (4441KB)(337)    收藏

2019年,中国石油和天然气消费所排放的CO2为21.1亿吨,占全国总排放量的21%。在我国2060年碳中和目标下,石化行业亟需碳中和技术创新。本文介绍了国内外石化行业碳中和政策措施,从碳减排、碳零排和碳负排三方面分析了石化行业碳中和技术路径。碳减排方面包括石油/天然气绿色开发、过程低碳利用、减污降碳协同技术;碳零排方面包括可再生能源与核能发电、绿氢以及零碳原料/燃料替代,如生物质制汽柴油、芳烃等大宗能源化学品技术;碳负排方面包括生物能源与碳捕获和存储(BECCS)及CO2转化燃料化学品技术。此外,还介绍了石化行业碳中和信息技术,包括人工智能、大数据和物联网三方面。本文将为我国石化行业碳中和路径探索提供技术参考。

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25. 超低碳炼铁技术路径分析
朱庆山
化工进展    2022, 41 (3): 1391-1398.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2325
摘要252)   HTML15)    PDF(pc) (690KB)(334)    收藏

2060年碳中和目标既使我国钢铁工业未来发展面临巨大挑战,又为其提供了换道超车的发展机遇。本文对绿氢直接还原、氧化铁熔融还原、碱性溶液电沉积铁、酸性溶液电沉积铁的发展历史和技术现状进行了综述。在全绿电炼铁场景下,本文对各种技术路线的理论和实际耗电进行了估算,从技术成熟度、电耗、技术难度、应用前景等方面,对各技术路径进行了对比分析,发现碱性溶液电沉积铁电耗最低,酸性溶液电沉积铁和电供热氢气熔融还原次之。从技术难度上看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁技术难度较小,且都已完成一定规模的中试,氢气熔融还原炼铁、碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术都还处于概念或技术发展早期阶段。综合来看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁和氢气熔融还原炼铁路线可望发展成为有竞争力的超低碳炼铁技术,而碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术难度较大,短期内恐难以取得较大突破。

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26. 基于水力空化的化工过程强化研究进展
孙逊, 赵越, 玄晓旭, 赵珊, YOON Joon Yong, 陈颂英
化工进展    2022, 41 (5): 2243-2255.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1244
摘要250)   HTML30)    PDF(pc) (6297KB)(175)    收藏

水力空化(HC)是一种利用声化学效应(即空泡溃灭时释放出的巨大能量)的高效、绿色化工过程强化技术,是国内外的研究热点。该技术具有设备造价低、可放大性强、可与其他物理及化学方法高效耦合等优点,工业应用前景广泛。本文介绍了HC现象及其特性;归纳了近年来HC技术在有机废水处理、水消毒与生物燃料制备等代表性应用的研究、应用进展以及作用机理,展示了其工业应用的潜力;总结了用于诱发HC现象的水力空化反应器的发展过程与研究现状;最后,结合发展趋势与作者的研究经历,归纳了国内外在HC研究方面存在的问题,指出了其未来发展方向,为HC技术的发展与工业应用探索提供建设性意见。

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27. 碳中和背景下现代煤化工技术路径探索
杨学萍
化工进展    2022, 41 (7): 3402-3412.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0475
摘要246)   HTML25)    PDF(pc) (4254KB)(276)    收藏

从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面,分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。文中指出:源头减碳技术路径包括原料结构调整和能源结构调整,引入富氢和绿氢资源与煤炭进行碳氢互补,提高煤炭利用效率,并通过气代煤、电代煤,尤其利用弃风、弃电,可显著降低碳排放和工艺生产成本;过程控碳技术路径包括节能提效和开发革新技术,依靠现代煤化工技术进步,突破传统工艺瓶颈,是当前企业易于实施、应用较多的节能减排方式;末端碳捕集封存技术路径包括地质深层掩埋、驱油、强化深部咸水开采等,将工艺过程产生的高浓度CO2通过低成本捕集,有效提高油气采收率,并为水资源匮乏地区提供额外供水;碳资源高附加值利用技术路径主要包括CO2化学转化制高附加值及大宗化学品,国内正加快CO2制低碳烯烃、芳烃、甲醇、碳酸酯的技术研发与示范应用,努力将CO2从化石能源利用的终结排放者转化为碳循环利用的参与者,发展碳循环经济,减少碳排放。最后提出:未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑,推动其与新能源的优势“合并”,突破碳减排关键核心技术,是碳中和背景下现代煤化工低碳清洁发展的必由之路。

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28. 纤维素基水凝胶的研究进展
沈娟莉, 付时雨
化工进展    2022, 41 (6): 3022-3037.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1308
摘要246)   HTML18)    PDF(pc) (2898KB)(420)    收藏

纤维素是世界上最丰富的天然、可再生以及可生物降解的高分子材料,在化工、材料等领域有广泛的应用。本文主要对近几年来纤维素基水凝胶的研究进展进行了归纳总结。首先,介绍了纤维素基水凝胶的研究背景。其次,列举了纤维素水基凝胶的交联方法,主要有物理交联与化学交联。其中物理交联有氢键交联、疏水性交联、离子交联等,化学交联则是酯化交联、迈克尔加成、自由基共聚合、动态共价键交联等。最后,重点介绍了纤维素基水凝胶在可降解性、生物医学性、亲水性、吸附性、导电性等领域方面的应用。此外,对于纤维素基水凝胶材料在高机械性和产业化制备等方面的发展进行了展望。

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29. 碳中和背景下工业副产气制氢技术研究与应用
陈健, 姬存民, 卜令兵
化工进展    2022, 41 (3): 1479-1486.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2240
摘要245)   HTML17)    PDF(pc) (1426KB)(198)    收藏

我国工业副产气排放量大,在对环境造成污染的同时,副产气中H2、CO等有效成分随排放而浪费。氢气既是重要的化工原料,也是无碳、高效的能源,用工业副产气制备或分离提纯氢气既减少资源浪费,又可减少CO2排放。本文介绍了我国含氢工业副产气排放情况,详述了焦炉煤气制氢、炼厂副产气制氢、氯碱尾气制氢等三种典型工业副产气制氢工艺,对煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢及三种典型工业副产气制氢工艺的成本和CO2排放进行了计算和整理分析。文章指出,考虑二氧化碳排放和碳交易成本等因素,与煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢相比,现阶段下工业副产气制氢的综合成本优势更加明显。在碳中和背景下,工业副产气制氢是获取低碳氢气的有效和经济的途径,研究和开发工业副产气制氢技术,将为碳减排提供一条高效路径。

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30. 典型二氧化碳利用技术的低碳成效综合评估
尚丽, 刘双, 沈群, 张凌云, 孙楠楠, 魏伟
化工进展    2022, 41 (3): 1199-1208.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2551
摘要242)   HTML17)    PDF(pc) (1610KB)(452)    收藏

面向全新的碳中和愿景,二氧化碳利用作为一种重要的低碳技术,受到了学术界和工业界的广泛关注,开展技术的低碳成效评估对于技术研发及布局的顶层设计具有重要意义。然而已有研究主要基于技术特征开展定性的优先序判断,缺乏系统性的评估方法。本文首先对国内外二氧化碳利用技术发展现状开展梳理,围绕技术特性、碳中和效应、经济效应和社会效应四个方面,采用层次分析和目标趋近相结合的方法,构建了针对二氧化碳利用技术低碳成效综合评估的方法学;并对我国典型的二氧化碳利用技术低碳成效现状以及未来潜力开展应用评估,通过不同二氧化碳利用技术低碳成效的横向对比以及技术不同阶段低碳成效的纵向对比,研究发现:目前我国二氧化碳利用技术低碳成效整体水平偏低,不同二氧化碳利用技术低碳成效的差异主要来自技术特性和碳中和效应两大方面;我国现有的典型二氧化碳利用技术中,二氧化碳加氢合成甲醇技术和二氧化碳与甲烷重整制备合成气技术的低碳成效相对显著;通过对未来不同阶段二氧化碳利用技术低碳成效的对比分析,发现不同二氧化碳利用技术的低碳成效变化有较大差异,其中二氧化碳矿化养护混凝土和二氧化碳光电催化转化技术的低碳成效有明显提升。

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31. 加快生物质废弃物吸附增强制可再生氢气
冯翔, 杨朝合, CHEN De
化工进展    2022, 41 (3): 1107-1110.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2233
摘要242)   HTML13)    PDF(pc) (368KB)(153)    收藏

作为全球性的优质能源载体,氢的主要生产方式包括碳氢化合物(例如天然气、煤炭和生物质)的热化学过程以及使用电力来源与可再生能源(如风能或太阳能等)的水电解过程。目前的水电解技术在大规模制氢方面经济竞争力亟待提升。本文指出:为了在2060年实现碳中和,迫切需要开发绿氢制备新技术,大力发展可再生制氢和低碳制氢。具有碳捕集、利用和封存的碳氢化合物低碳制氢(蓝色)技术将占重要地位,随后逐步转向可再生制氢(绿色),并有望全面实现零碳制氢,进而对长期低碳化社会的发展至关重要。文章提出我国生物质资源非常丰富,但生物质废弃物制氢的技术成熟度仍然较低,迫切需要开发从生物质中高效生产可再生氢气的新技术,以显著提高氢气产量并降低成本;吸附增强反应代表了一种可用于可持续生产氢的有前景的新技术;氢气的产率和纯度可以通过过程强化得到显著提高,制氢过程的强化可以在多功能反应器中实现,其中重整和/或气化、水煤气变换和CO2移除步骤可将重整/水煤气变换反应催化剂和CO2捕集剂混合而集成到一个反应器中。最后指出:由于该过程潜力巨大,因此应助推耦合气化和吸附增强反应过程从生物质废弃物中生产可再生氢气的工艺过程,以加快推进碳中和进程。

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32. 离子液体和低共熔溶剂催化二氧化碳合成有机碳酸酯的研究进展
阮佳纬, 叶香珠, 陈立芳, 漆志文
化工进展    2022, 41 (3): 1176-1186.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2276
摘要239)   HTML15)    PDF(pc) (2670KB)(281)    收藏

离子液体和低共熔溶剂因其良好的溶解与催化能力,可催化CO2转化为高附加值化学品。本文综述了离子液体和低共熔溶剂催化CO2转化为有机碳酸酯的研究进展,分析了CO2与醇生成直链碳酸酯以及与环氧化物生成环状碳酸酯的反应机理;介绍了传统型、质子型、功能化离子液体以及由氯化胆碱、季铵盐与季膦盐、有机碱等作为氢键受体组成的低共熔溶剂,及其在CO2转化为直链和环状碳酸酯反应中的催化性能;总结了此两类反应中离子液体和低共熔溶剂设计的基本规律;指出了CO2转化反应中离子液体与低共熔溶剂存在的催化效率低、稳定性不高、后续分离困难等问题,后续研究可结合计算机辅助设计方法,探索更合适的阴阳离子/氢键供受体组合,获得更高效的催化体系。

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33. 氢能供应链成本分析及建议
张轩, 樊昕晔, 吴振宇, 郑丽君
化工进展    2022, 41 (5): 2364-2371.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1062
摘要235)   HTML22)    PDF(pc) (1316KB)(259)    收藏

氢能具有能量密度高、环保清洁可再生的优势,已经成为未来能源发展的重要方向,被视为实现碳减排的必由之路。但目前氢能发展的核心问题是用氢成本过高,与电动车和传统燃油车相比没有经济优势。本文从制氢-运氢-加氢的产业链角度分析,发现电解水制氢成本远远高于化石能源制氢,且氢气的成本主要在运氢和加氢环节被抬升。文中指出:究其原因,主要由于氢气储存不易,在现有的长管拖车运输条件下,每次运输氢气量少,效率不高;同时由于燃料电池汽车数量少,每日加注量不足,叠合加氢站关键设备不能国产化,固定资产投资高导致折旧成本高,增加了氢气成本。针对这一问题,文中给出了具体降低成本建议,包括增加运氢压力以增加单次氢气运载量;加快科技攻关,关键设备国有化;突破政策限制,实现站内制氢;优化加氢站工艺,减少日常运营成本等。

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34. 相变吸收捕集烟气中CO2技术的发展现状
张卫风, 周武, 王秋华
化工进展    2022, 41 (4): 2090-2101.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0740
摘要233)   HTML13)    PDF(pc) (1303KB)(258)    收藏

化学吸收法作为目前最有效的CO2捕集技术,吸收剂常用有机胺,但过高的再生能耗和成本限制了其在工业中的应用。基于传统有机胺溶剂开发出来的相变吸收剂被认为可以大幅减少解吸能耗,成为近几年研究的热点。本文详细介绍了相变吸收剂的常见类型、分相机理,并根据其具体组成进行了种类划分,对比分析了常用相变吸收剂和传统乙醇胺(MEA)吸收液的再生能耗,并指出温度、CO2负荷以及相分离等因素对相变吸收剂的工艺流程长期运行稳定性的影响。在制备相变吸收剂的过程中,可加入活化剂来降低CO2富液黏度,加入助溶剂来提高传质特性。本文阐述了现有相变吸收剂的挥发、降解和腐蚀等特性的研究现状。最后,结合研究现状和烟气捕集需求对相变吸收剂今后的研究方向给出了建议。

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35. 氢能的思考及发展路径判断和实践
周颖, 周红军, 徐春明
化工进展    2022, 41 (8): 4587-4592.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0396
摘要230)   HTML29)    PDF(pc) (1278KB)(214)    收藏

氢具有化学品、专属燃料和二次能源三种特性,在中国能源革命进程中,政府将以CO2减排为抓手促进 光伏风电的发展。随光伏风电成本的降低,绿氢从化学品定位转向专属燃料和二次能源属性。文中指出:中国 30·60双碳目标将引领再电气化,重构钢铁、炼化、煤化工、油气田、汽车、煤电和水泥产业;西部地区通过光伏原位电解水及绿色气体岛来实现氢的能源转型;东部地区绿氢有可能成为拉动乡村振兴的载体工具和低碳城市创建的重要抓手。文章提出:超前布局、强化创新、持续突破氢能关键核心技术、长期坚持技术迭代和产业示范,是氢能实现产业化发展的根本途径。

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36. 电催化还原CO2生成多种产物催化剂研究进展
郑元波, 张前, 石坚, 李佳霖, 梅苏宁, 余秦伟, 杨建明, 吕剑
化工进展    2022, 41 (3): 1209-1223.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1936
摘要229)   HTML17)    PDF(pc) (4867KB)(307)    收藏

电催化还原CO2生成含碳产物技术,能有效解决CO2过量导致的温室效应及能源短缺问题。但是,电催化还原CO2会生成多种产物,因此,研究制备催化活性较好的高选择性催化剂是研究重点。本文简述了电催化还原CO2的基本原理、不同还原产物的形成途径、活性中间体、速控步及活性催化剂,分析了电催化还原CO2生成不同产物存在的问题。并且针对催化剂催化活性及催化反应过程中的这些问题,提出了提高催化剂催化活性的方法,总结了催化剂发展趋势,一般策略包括制造纳米结构材料、催化剂负载在高比表面积的载体上、杂原子掺杂、合金化、引入缺陷等,分析了这些方法通过改变电子传输等因素对催化剂活性及选择性的影响。

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37. 中国制造业碳排放问题分析与减排对策建议
张凡, 王树众, 李艳辉, 杨健乔, 孙圣瀚
化工进展    2022, 41 (3): 1645-1653.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1848
摘要226)   HTML13)    PDF(pc) (1109KB)(338)    收藏

如何同时实现全面建设社会主义现代化国家和2060年达到碳中和的目标,是制造业未来发展所面对的必答考题。推动高耗能、高排放的制造业转向“绿色制造”是实现碳达峰、碳中和的关键一步。本文从核算方法、宏观指标、行业分布、能源结构对制造业碳排放现状进行总结与分析,进而对制造业的通用型碳减排对策和重点行业的低碳工艺进行介绍,并列举了相关商业应用、阐释了技术发展瓶颈。文中指出:制造业减排通用对策包括源头减量,使用清洁能源,碳捕集、利用与封存,工业互联网;重点行业低碳生产工艺主要有氢气直接还原生产钢铁、二氧化碳加氢制甲醇、生物质制生物油等;钢铁、化工、建材、石化及炼焦、有色金属冶炼作为制造业的重要行业,应当选择适应各自生产过程的减排对策为碳中和目标作出贡献。

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38. 碳中和目标下能源结构优化的近期策略与远期展望
黄晟, 王静宇, 郭沛, 李振宇
化工进展    2022, 41 (11): 5695-5708.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1209
摘要224)   HTML28)    PDF(pc) (4620KB)(196)    收藏

碳达峰、碳中和目标已经正式上升为中国国家战略,相关的时间表、路线图及政策措施正在制订并落地实施。中国作为世界最大的能源消费国及二氧化碳排放国,碳中和战略的提出将引发能源领域广泛而深刻的系统性变革,亟须探索以“双碳”目标为导向的我国能源安全和结构优化的新路径。本文在对美国、欧盟和中国的二氧化碳排放情况和能源科技发展情况进行横向比较以及对中国近年来的碳排放特征和能源消费特征进行纵向分析的前提下,提出了中国能源结构优化的近期策略和远期展望。文中指出,我国需要在借鉴发达国家先进能源科技政策的基础上,立足本国国情,综合考虑自身的能源资源禀赋和能源的本质属性,清洁低碳利用煤炭、高效资源化利用石油、多元供给天然气、稳健发展清洁能源以及持续推动高耗能行业节能减排。能源领域碳中和的前提是完善相关的政策机制,并以此为引领构建清洁低碳、多元共生的能源体系,持续推进“三碳”技术与能源数字化技术协同创新,建设综合智慧能源系统。由于国际局势复杂演变,中国要统筹兼顾“双碳”目标实现、能源结构优化和能源安全三大目标,建立动态多元的能源战略储备体系和能源合作机制,确保开放条件下的能源安全。

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39. 中国过程系统工程30年:回顾与展望
杨友麒, 陈丙珍
化工进展    2022, 41 (8): 3991-4008.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0401
摘要222)   HTML17)    PDF(pc) (5870KB)(242)    收藏

中国系统工程学会过程系统工程专业委员会至今已成立了30年,本文是一篇纪念文章,全文分为四个部分。首先就过程系统工程(process systems engineering, PSE)作为一个学科在中国的缘起做一个简要回顾;其次,介绍了30年来PSE的发展贡献和问题,简要回顾30年来(特别是近10年来)PSE领域的重要成果及其对于过程工业的贡献,并对当前工作中存在的问题提出一些看法;再次,介绍了PSE面临的挑战和机遇,主要从全球和我国角度简要评述今后发展面临的问题,针对发展形势的要求,进一步指出了PSE学科将会有哪一些发挥作用的机会;最后展望未来,主要是对PSE今后工作提出了一些建议。

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40. 电解水制氢的耐碱离子膜研究进展
万磊, 徐子昂, 王培灿, 许琴, 王保国
化工进展    2022, 41 (3): 1556-1568.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2217
摘要217)   HTML18)    PDF(pc) (8337KB)(205)    收藏

碱性离子膜电解水制氢技术具有成本低、环境友好、可使用光伏、风电等波动性电源等优势, 近年来得到广泛关注。作为碱性电解水的核心组件,离子膜对电解槽性能、稳定性及制氢安全起着至关重要的作用。因此,开发具有良好氢氧根传导率、高度耐碱稳定性及优异阻气性的离子膜具有重要意义。本文围绕碱性电解水用离子膜材料开展论述,包含多孔隔膜、溶剂化离子膜和阴离子交换膜三个类别,从氢氧根传导率、耐碱稳定性及电池性能等角度,分析碱性电解水用离子膜的研究进展及所面临的技术难题,从膜结构与膜材料分子设计着手,为研究开发用于碱性电解水的离子膜提供新思路。

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41. 美国炼化行业低碳发展策略与启示
慕彦君, 宋倩倩, 王红秋, 付凯妹, 雪晶, 王春娇
化工进展    2022, 41 (6): 2797-2805.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0100
摘要216)   HTML23)    PDF(pc) (1567KB)(218)    收藏

美国是全球第二大温室气体排放国,近年来其温室气体排放整体呈下降态势,2019年为65.58亿吨,约占全球的12.5%,其中CO2是温室气体排放的主要贡献者。本文指出:美国炼化行业的发展在全球处于领先地位,2019年炼油厂数量虽缩减至135座,但仍具备9.40亿吨炼油能力和3628.6万吨乙烯生产能力,二者产量分别为8.50亿吨和3227.1万吨;受装置规模和能耗等因素影响,2019年美国炼化行业碳排放总量达2.96亿吨,约占全美温室气体排放的4.5%,其碳排放量近30年内并未随着炼化产能规模的扩张而持续增加;主要源于美国炼厂采取了强化节能提效、调整炼厂能源结构、扩大生物燃料生产规模并推广废塑料循环利用,以及逐步优化产业结构和大力发展二氧化碳捕集、利用和封存(CCUS)产业等低碳策略。文中提出炼化行业作为我国第四大碳排放源,应紧抓时代绿色低碳发展浪潮,一是坚持节能优先原则,助推行业低碳转型;二是提升清洁能源占比,实现原料多元发展;三是强化科技创新引领,破解低碳技术难题;四是尽快摸清“碳家底”,适时纳入碳市场。

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42. 生物质协同流程工业节能、降污、减碳路径思考
朱家华, 穆立文, 蒋管聪, 刘立, 熊晶晶, 陆小华
化工进展    2022, 41 (3): 1111-1114.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2229
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流程工业的低碳/零碳/负碳转型,需从节能、降污、减碳出发,根本上要在能源和原料供给侧摆脱传统化石能源的束缚。风电、光电、水电等为未来社会提供源源不断的可再生能源,但其不具备资源属性,而生物质兼具能源和资源属性,是未来替代化石燃料和原料的重要载体。本文指出,当前生物质转化主要集中在能源、材料、化学品等领域,以生物甲烷、乙醇、航煤等为代表的生物质能源取得了阶段性成果。将生物质转化技术与流程工业耦合,是当下流程工业低碳转型的重要手段,也是实现未来零碳/负碳目标的根本性措施。本文从生物质气化热电联用、生物质气化与燃煤耦合发电、水泥工业生物质替代燃料等案例出发,简要阐述了生物质转化与流程工业耦合面临的挑战,以及未来亟需发展的可再生能源为主的流程再造新理论和前沿颠覆性技术。

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43. 流体驱动旋转装备应用与数值模拟方法研究进展
徐涵卓, 刘志浩, 孙宝昌, 张亮亮, 邹海魁, 罗勇, 初广文
化工进展    2022, 41 (6): 2806-2817.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1441
摘要208)   HTML22)    PDF(pc) (3596KB)(140)    收藏

流体驱动旋转装备在能量转换及能量回收等过程中应用广泛。近年来,流体驱动旋转装备新结构不断涌现,其应用也得到了拓展,逐步与海水淡化、制冷、混合、测速等过程结合。在此发展过程中,计算流体力学为流体驱动旋转装备的设计优化提供了新途径。本文综述了流体驱动旋转装备在能源工程、化学工程等领域的应用,总结了流体驱动旋转装备数值模拟方法研究进展,对比了主动旋转及被动旋转两种模拟方法,指出被动旋转模拟在流体驱动旋转装备研究中的意义,展望了流体驱动旋转技术在超重力装备中的应用前景。

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44. 高沸点热敏体系精馏过程的研究进展
李春利, 田昕, 李浩, 胡雨奇
化工进展    2022, 41 (4): 1704-1714.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0830
摘要207)   HTML24)    PDF(pc) (1094KB)(162)    收藏

在精馏系统中,高沸点、热敏性物系分离存在物料受热温度高且时间长的问题,容易引起热敏性物质变质,一直是高效分离与提纯的难点。本文对高沸点热敏性物质精馏分离理论基础进行归纳,提出操作压力低和停留时间短的工艺要求。基于此,总结了分子蒸馏和真空精馏(包括真空蒸馏、真空分馏、真空间歇精馏)在高沸点热敏性物系分离中的优缺点及应用,发现分子蒸馏的真空度和分离程度较真空精馏高,但分离效率和工业化程度比真空精馏低。最后,文章指出,对于采用精馏分离高沸点热敏性体系仍需在新工艺和新设备等方面进行探索,以提高分离效率和降低分离能耗,便于实现工业规模应用。

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45. 合成气直接催化转化制低碳烯烃研究进展
胡文德, 王仰东, 王传明
化工进展    2022, 41 (9): 4754-4766.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2344
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合成气直接催化转化制乙烯、丙烯等低碳烯烃因具有原料来源广泛、流程较短等优点,成为目前合成气催化转化和烯烃制备技术的一个重要发展方向。本文首先介绍了合成气经费托合成直接制备低碳烯烃的路线(FTO),简单概括了铁基和钴基催化剂的研究进展以及催化反应机理。随后重点综述了近年来提出并发展的基于双功能催化体系的合成气直接制低碳烯烃路线(STO),详细阐述了金属氧化物的组成、配比等以及分子筛的酸性、孔道等性质对反应性能的影响,同时讨论了双功能催化体系以乙烯酮或甲醇/二甲醚为关键中间体的催化反应机理。最后对双功能催化体系的研究方向和挑战进行了展望。

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46. 废锂离子电池正极材料中锂元素选择性回收的研究进展
王玥, 郑晓洪, 陶天一, 刘秀庆, 李丽, 孙峙
化工进展    2022, 41 (8): 4530-4543.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1940
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随着新能源汽车市场的蓬勃发展,锂离子电池作为新能源汽车的关键部件,面临着关键金属资源尤其是锂资源供给不足的风险,回收废锂离子电池中所含的二次锂资源将成为解决锂资源供需问题、推动行业可持续发展的重要途经。因此为实现废锂离子电池中锂元素的高效提取,分步或优先提取的选择性提锂工艺备受研究者们关注。本文介绍了火法、湿法、机械化学法和电化学法四种当前主流的选择性提锂工艺,在阐述其基础反应机理的基础上,总结归纳了各工艺最新的研究成果,并从提取过程中的工艺能耗、物耗、回收率、选择性、环境影响等多个角度对各工艺的优势和不足进行了深入分析。最后,对废锂离子电池中有价金属资源化回收的发展趋势及前景进行了展望,为未来研发更加清洁高效的回收工艺提供参考。

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47. 多孔离子传导电池隔膜研究进展
徐至, 黄康
化工进展    2022, 41 (3): 1569-1577.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2213
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具有高离子选择性和高电导率的离子传导膜对于以新能源为主体的新型电力系统(如液流电池、燃料电池、锂电池等)至关重要。近年来,研究者们提出了构建多孔离子传导膜以应对传统隔膜普遍存在的离子选择性和电导率之间的权衡效应。本综述从无机多孔离子传导膜、有机多孔离子传导膜以及多孔离子传导复合膜三个方面简要概述了近年来多孔离子传导膜作为电池隔膜的最新研究进展,总结了多孔离子传导膜在液流电池、燃料电池、锂电池等新能源电池中的前沿性工作,并指出未来多孔离子传导电池隔膜的研究将重点关注多孔膜结构的调控、高性能多孔膜材料的开发以及多孔膜在新型电池中的应用。

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48. 二氧化碳与不饱和烃制备丙烯酸及其衍生物研究进展
岳成光, 姬文豪, 冯帮满, 王美岩, 马新宾
化工进展    2022, 41 (3): 1163-1175.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2244
摘要200)   HTML16)    PDF(pc) (5291KB)(274)    收藏

CO2高值转化是“双碳”目标大背景下碳利用的有效方式。过渡金属络合物催化的CO2与不饱和烃羧化反应是合成丙烯酸及其衍生物的新路线,也是CO2高值利用的新途径。本文总结了多种金属络合物(Ni、Pd、Cu等)在催化CO2与烯烃偶联羧化、CO2与炔烃或联烯还原羧化制丙烯酸及其衍生物中的应用,着重概述了不同催化体系中的金属-配体优化和反应条件调控,系统对比了不同催化剂的催化特点和作用机制,并论述了其催化反应循环中的控速步骤以及催化剂再生等关键问题。最后,对过渡金属络合物催化CO2与乙烯偶联羧化制备丙烯酸及CO2与炔烃或联烯还原羧化合成高区域选择性不饱和羧酸衍生物的后续研究方向和应用前景进行了展望。

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49. 木质素基碳材料催化剂的制备及应用研究进展
薛李静, 费星, 刘江淋, 吴林军, 仇中杰, 许权洲, 钟晓文, 林绪亮, 秦延林
化工进展    2022, 41 (5): 2441-2450.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1256
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木质素具有三维网状苯环结构、来源丰富、含碳量高、官能团丰富可控等特点,是一种理想的碳材料前体。通过化学改性和微结构调控制备具有特殊功能的木质素基碳材料,其在能源催化转化、电化学储能和环境修复等领域应用广泛。本文介绍了木质素基碳材料催化剂的国内外最新研究进展,总结了木质素基碳材料催化剂的制备方法,重点综述了木质素基碳材料催化剂在氧化反应、氢解反应、酯化反应、水解反应、脱水反应、费托合成等热催化反应、电解水析氢和锌空气电池氧还原等电催化反应、有机污染物降解等光催化反应的研究进展,但如何构筑高效、稳定、廉价、可规模生产的木质素基碳材料催化剂仍然是一个具有挑战性的课题。文章总结:今后研究中应加强对木质素的基础化学结构和微结构调控、活性组分与木质素碳材料载体间的相互作用、木质素基碳材料催化剂在催化反应中的作用机理等的研究,更好地发挥其低成本、三维结构易成型和微结构可调控等优势,拓展木质素生物质资源的高值化利用领域。

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50. “双碳”目标下能源安全定量评价方法
梁金强, 刘丹竹, 徐庶亮, 叶茂, 刘中民
化工进展    2022, 41 (3): 1622-1633.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2255
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为应对全球气候变化,中国提出了“2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和”的“双碳”目标。在“双碳”目标下,中国的能源消费结构由传统化石能源为主向可再生能源为主转变,能源结构的转变导致能源安全的内涵发生了改变,能源安全评价方法也将随之发生变化。本文主要总结了各类能源安全的定量评价方法,对比和分析了这些方法的优缺点以及适用范围,详细阐述了基于能源供应安全评价和基于国家或区域能源安全评价方法。在“双碳”目标下,能源安全指标参数与以往化石能源供应安全的评价指标不同,在参数选择上更加关注二氧化碳、二氧化硫、颗粒物的排放等环境指标,以及与之相关的水、粮食等也作为重要的评价指标纳入到能源安全定量评价体系中。在“双碳”目标下,特别是能源结构转型的过渡期,建立合理的能源安全定量评价体系具有重要的现实意义。

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