獲獎項目簡介
2023年CAIA獎一等獎：碳氫能源快速復(fù)雜熱化學(xué)反應(yīng)特性在線檢測與過程解耦分析及應(yīng)用
完成單位：
1-中國科學(xué)院過程工程研究所，2-北京工商大學(xué)，3-新疆大學(xué)，4-湖南省計量檢測研究院；
完成人：
曾璽2，劉姣1，柏文琦4，馬小紅1，鐘梅3，王芳2，關(guān)宇1，尤園江1，胡丹丹1
成果簡介：
針對碳氫能源熱轉(zhuǎn)化的高溫/壓、速率快、產(chǎn)物多樣等反應(yīng)特性及現(xiàn)有快速反應(yīng)過程特性檢測困難的現(xiàn)狀，本成果基于反應(yīng)器內(nèi)快速轉(zhuǎn)化、產(chǎn)物快速傳輸和快速同步檢測的“三快理論”，開展快速復(fù)雜熱化學(xué)反應(yīng)特性在線測試與復(fù)雜過程解耦分析，創(chuàng)新解耦氣化/燃燒技術(shù)，并推廣應(yīng)用。發(fā)表論文42篇，授權(quán)專利11項，制定國家標準1項，出版專著2部，開展技術(shù)推廣和應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。
創(chuàng)新點及科學(xué)價值：
(1)“秒”級快速熱轉(zhuǎn)化分析用“無梯度”微型流化床(MFB)反應(yīng)體系構(gòu)建與分析儀開發(fā)。定義“床內(nèi)氣體流動近平推流、顆粒近全混流”為MFB顯著特征，明確其定量判據(jù)：直徑小于20 mm且床中氣體停留時間E(t)>1.0或其方差σt2<0.25；構(gòu)建“秒”級快速轉(zhuǎn)化過程中多組分氣體產(chǎn)物在線生成特性的實時檢測和定量分析方法，實現(xiàn)樣品快速升溫(大于10000 K/s)、定溫加料、等溫快速反應(yīng)的微分化轉(zhuǎn)化及產(chǎn)物實時檢測，克服傳統(tǒng)Cell型或固定床式微反應(yīng)器中的嚴重擴散抑制，填補氣-固快速等溫微分轉(zhuǎn)化體系的本征反應(yīng)特性與動力學(xué)測試的方法空白。
(2)熱不穩(wěn)定碳氫能源快速轉(zhuǎn)化的原位分析方法及機理揭示。溯源熱解中間物-半焦的原位氣化/燃燒測量及原位/非原位反應(yīng)特性差異，解析粘稠碳氫液體燃料非均相等溫催化轉(zhuǎn)化過程中“熱”與“催化”作用的貢獻機制，構(gòu)建高含水碳氫燃料高溫快速轉(zhuǎn)化過程中干燥特性檢測方法。
(3)快速熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜體系的解耦分析方法及應(yīng)用。構(gòu)建碳氫燃料熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程解耦分析方法，開發(fā)煤/生物質(zhì)等碳氫燃料流化床兩段解耦氣化技術(shù)和雙流化床解耦低NOx燃燒技術(shù)，實施工程應(yīng)用和推廣。
社會經(jīng)濟效益：
開發(fā)的快速熱化學(xué)轉(zhuǎn)化器及反應(yīng)分析儀已推廣超過50臺/套，產(chǎn)生經(jīng)濟效益2400余萬元，為能源、化工、冶金、航天等領(lǐng)域的研究提供了接近真實條件的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化器和反應(yīng)分析儀。解耦氣化/燃燒技術(shù)已實現(xiàn)經(jīng)濟產(chǎn)值8億多元。在固廢領(lǐng)域的應(yīng)用，已處理有機固廢超104.6萬噸，節(jié)約天然氣超7695萬方，實現(xiàn)CO2減排超15.3萬噸，經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益顯著。
應(yīng)用前景：
目前，開發(fā)的系列化高溫常/加壓快速熱化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化器和反應(yīng)分析儀已在國內(nèi)外研發(fā)機構(gòu)、高校中得到良好的應(yīng)用，支撐了能源、化工、冶金、材料等領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)。基于快速反應(yīng)分析形成的碳氫能源流化床解耦氣化/燃燒技術(shù)，已在河南、山東、四川等地形成超過8套1-6萬噸/年生物質(zhì)燃料及有機固廢應(yīng)用工程，充分證明了解耦氣化和解耦燃燒在焦油和NOx等污染物原位脫除的技術(shù)優(yōu)勢，有很好的應(yīng)用前景。
