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基于氨预分解的氨扩散燃烧模拟研究

中国电机工程学报 2024年

作者：黄文仕王智雄林立伍泽赟王大彪罗宇陈崇启江莉龙福大紫金氢能科技股份有限公司化肥催化剂国家工程研究中心(福州大学化工学院)

氨部分预分解是改善氨的燃烧性能的有效手段，但对于氨预分解条件的影响仍缺乏系统的研究。该工作针对基于氨预分解策略的氨扩散燃烧装置开展数值模拟研究，以分析氨预分解比例、当量比和氨分解余热对燃烧及污染物排放特性的影响。随着... 详细信息

氨部分预分解是改善氨的燃烧性能的有效手段，但对于氨预分解条件的影响仍缺乏系统的研究。该工作针对基于氨预分解策略的氨扩散燃烧装置开展数值模拟研究，以分析氨预分解比例、当量比和氨分解余热对燃烧及污染物排放特性的影响。随着氨预分解比例提高，火焰温度提高，火焰高温区更靠近喷嘴，NOx排放量下降；NO排放在NOx中占主导，并随着当量比的提高先增大后减小；N2O排放主要发生在低氨预分解比例、低当量比条件下，在氨预分解比例达到50%后基本消失；利用氨分解余热预热燃料有助于稳定燃烧，并在氨预分解比例不超过30%时，明显减少氨泄漏而未增加NOx排放。研究表明，提高氨预分解比例和当量比能有效改善氨燃烧及污染物排放特性，而在小比例氨预分解条件下应充分利用氨分解的余热。

关键词：氨氢燃烧氨分解当量比数值模拟 NO 排放

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国内外液氨管道输送技术标准对比分析

低碳化学与化工 2024年

作者：尹鹏博曾培琰滕霖李加庆李卫东黄鑫罗宇江莉龙福州大学化工学院化肥催化剂国家工程研究中心清源创新实验室

管道运输是液氨最为经济的长距离输送方式，液氨管道输送标准化是保障管道规范建设、运营和维护的重要环节，而国内现行标准中有关液氨管道输送技术的信息较少。为此，系统分析了国内外液氨管道建设现状和现行液氨管道输送技术标准，重... 详细信息

管道运输是液氨最为经济的长距离输送方式，液氨管道输送标准化是保障管道规范建设、运营和维护的重要环节，而国内现行标准中有关液氨管道输送技术的信息较少。为此，系统分析了国内外液氨管道建设现状和现行液氨管道输送技术标准，重点探讨了相关标准中输送工艺、线路、管道（管道附件、支撑件）设计和输氨站等方面规定的异同点，并给出了适用性建议。对于液氨管道质量要求、介质流速、管材选择、腐蚀裕量和站场防护设施等方面可分别参照GB/T 536、GB 50253、SY/T7629、SH/T 3074和美国ASME B31.4等标准执行。对于液氨管道的埋地管道净距、地区等级划分、截断阀室最大间距、站场防火间距和站场安全泄放等方面可参考规定相对严格的油气管道相关标准法规（GB 51142、GB50253、GB50160和美国29CFR1910.111等）执行。考虑到液氨的毒性、扩散特征和防控措施与油气存在一定差异，建议开展液氨泄漏扩散和安全泄放风险评估及预测的研究，对适用于液氨场景的间距取值及规定开展进一步论证。

关键词：液氨管道输送标准化发展标准对比

复杂输送环境下液氨腐蚀行为及防护技术研究进展

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油气储运 2024年第2期43卷 121-133,162页

作者：李加庆冯智雨梁辉龙尹鹏博滕霖陈崇启罗宇江莉龙福州大学化工学院·化肥催化剂国家工程研究中心·清源创新实验室福建省福州市350108

【目的】在“双碳”背景下,氨作为无碳富氢的能源载体,体积能量密度高、易液化存储,具有广阔的发展前景。然而复杂的储运环境增加了液氨储罐和管道腐蚀的风险,因此,研究复杂输送环境下液氨腐蚀问题是“氨-氢”能源基础设施制造和安全服... 详细信息

【目的】在“双碳”背景下,氨作为无碳富氢的能源载体,体积能量密度高、易液化存储,具有广阔的发展前景。然而复杂的储运环境增加了液氨储罐和管道腐蚀的风险,因此,研究复杂输送环境下液氨腐蚀问题是“氨-氢”能源基础设施制造和安全服役的关键。【方法】通过综述液氨腐蚀的研究进展,探讨了不同环境、不同材料的氨腐蚀行为和应力腐蚀开裂机制。同时,总结了相关氨腐蚀检测方法和具体防护措施,并展望了未来氨腐蚀研究的发展方向。【结果】氧气、碳氧化合物、硫化物及氯化物的混入对氨腐蚀有促进作用,而水杂质对氨腐蚀的影响具有两面性;应力能够引起液氨应力腐蚀开裂,不同材料的应力腐蚀敏感性从大到小依次为铜及其合金、高强钢、碳钢。【结论】基于国内对液氨腐蚀行为机理尚不明确、氨腐蚀防护措施有待完善等问题,提出以下建议:①采用实验研究、仿真模拟等方法,探究多杂质关联作用下不同材质的液氨腐蚀行为和内在腐蚀机理;②需结合液氨管道实际输送环境及材料失效特征,开展管线钢及焊材-液氨临界失效边界检验与腐蚀风险评价;③从液氨储罐及管道的设计、选材、制造、使用等多个角度,结合多种腐蚀防腐措施,形成完善的液氨储运系统腐蚀控制、防护及评价标准体系。

关键词：液氨储运环境腐蚀应力腐蚀腐蚀检测防护技术

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碳中和目标下绿氨终端站储运技术发展现状及趋势

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油气储运 2024年第1期43卷 1-11页

作者：滕霖林崴尹鹏博李卫东黄鑫李加庆罗宇江莉龙福州大学化工学院·化肥催化剂国家工程研究中心·清源创新实验室

【目的】绿氨作为氢能的优质载体,生产工艺无碳化的优势使其成为实现碳中和目标的备选能源之一,因此绿氨终端站的布局与建设对促进氢能产业链的快速发展具有重要作用,有利于推动社会能源结构的绿色转型。【方法】概述了氨的性质:氨作为... 详细信息

【目的】绿氨作为氢能的优质载体,生产工艺无碳化的优势使其成为实现碳中和目标的备选能源之一,因此绿氨终端站的布局与建设对促进氢能产业链的快速发展具有重要作用,有利于推动社会能源结构的绿色转型。【方法】概述了氨的性质:氨作为高效的储能与储氢介质,具有高能量密度、易储运、终端站无碳排放、安全性高等特点,能够显著降低储氢、运氢、用氢的成本,并可提高能源安全性。分析了氨用于储氢与储能介质具有的能量密度高、安全、长时储能等优势,调研了全球多国的氨氢项目发展与贸易情况,论述了全球快速增长的绿氨产能及需求,总结了目前氨能的贸易现状与终端站建设情况;对比目前成熟的LNG接收站相关工艺技术,详细介绍了绿氨终端站的关键工艺及技术,包括终端站绿氨存储工艺系统、液氨蒸发气处理工艺系统、终端站加注及卸载工艺系统。【结果】提出绿氨终端站的安全性问题,深入剖析了终端站液氨泄漏导致的毒性、燃烧爆炸性等危害,并给出了预防及防护措施。【结论】从化肥行业到能源领域,绿氨终端站技术的研究与发展对促进绿色能源氢能的利用具有重要意义,未来绿氨终端站的数量与规模将持续增加以适应新时代的需求,同时可以考虑改造LNG接收站等大宗能源及化工品储运设施以降低成本。(图5,表3,参59)

关键词：碳中和绿氢绿氨绿色能源接收终端接收工艺液氨泄漏储氢载体

基于化学反应动力学的氨-氢混合无碳燃料燃烧爆炸机理研究

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油气与新能源 2024年第1期36卷 72-81页

作者：滕霖单志伟李西贵李卫东罗宇江莉龙福州大学化工学院福州350108

碳中和背景下,氨-氢混合无碳燃料备受关注,但合成氨与氨分解制氢过程也存在着氨-氢混合燃爆的风险。目前对氨-氢燃烧爆炸详细机理的研究不够充分,传统的详细机理十分复杂,计算耗时过长。为了研究高压下氨-氢混合气体的燃烧爆炸特性,使... 详细信息

碳中和背景下,氨-氢混合无碳燃料备受关注,但合成氨与氨分解制氢过程也存在着氨-氢混合燃爆的风险。目前对氨-氢燃烧爆炸详细机理的研究不够充分,传统的详细机理十分复杂,计算耗时过长。为了研究高压下氨-氢混合气体的燃烧爆炸特性,使用零维均质模型(即不考虑空间分布且物理和化学性质均为均匀的简化模型),采用带有误差传播的有向关系图(DRGEP)法简化现有的氨-氢燃烧爆炸详细机理,再通过敏感性分析得到基元反应较少的氨-氢燃烧爆炸简化机理。将简化机理与计算流体动力学(CFD)模型耦合,开展管道内氨-氢燃烧数值模拟。结果表明,简化机理在验证层流火焰速度和点火延迟时间等方面表现出良好的性能。在爆破压力为59.61 atm和69.97 atm下,平均激波速度的相对误差低于1.4%,精度较高;且与简化机理耦合的CFD模型节约了计算资源。研究成果有助于推动氨-氢燃烧CFD模拟技术的发展,可为氨-氢混合无碳燃料的燃烧过程及爆炸防控提供理论指导。

关键词：氨氢燃烧化学动力学反应机理简化机理数值模拟爆炸

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液氨与成品油顺序输送过程两相流动规律研究

油气储运 2024年

作者：黄鑫施鸿翔李逸龙李卫东尹鹏博李臻超滕霖江莉龙福州大学化工学院

【目的】利用成品油管道顺序输送液氨，能够拓宽液氨的运输途径，削减运输成本，也可提高管道输送效率，以应对成品油管道低输量问题。但目前鲜有关于成品油管道顺序输送液氨工艺研究，且由于液氨与成品油的互不相溶性，导致其混液规律... 详细信息

【目的】利用成品油管道顺序输送液氨，能够拓宽液氨的运输途径，削减运输成本，也可提高管道输送效率，以应对成品油管道低输量问题。但目前鲜有关于成品油管道顺序输送液氨工艺研究，且由于液氨与成品油的互不相溶性，导致其混液规律与传统成品油混油规律存在差异，这给混液界面的预测和控制带来挑战。【方法】耦合相场法与流体控制方程，建立液氨/成品油顺序输送两相流模型，重点探究输送次序、管道流速以及管道倾角对液氨/成品油顺序输送过程两相流动规律的影响。【结果】在水平管道中，由于密度差异影响，成品油前行、液氨后行的输送次序会导致界面处出现RT不稳定现象，两相流动易形成不连续的相分布。该工况下，流速较低时界面稳定性提高，但混液段长度较长。而在液氨前行、成品油后行的输送次序下，界面稳定性较好，即使流速较高，界面也能保持相对稳定且混液段长度较短。此外，在上坡管道中重力作用方向与流动方向相反，抑制了后行成品油嵌入液氨，界面稳定且混液段长度较短；而在下坡管道中，重力作用与流动方向相同，增强RT不稳定性，导致界面易破裂，混液段显著增长。【结论】研究结果可为成品油管道顺序输送液氨中混液界面的预测与跟踪提供理论基础。

关键词：液氨管输成品油管道混液界面相场法

簇-金属氧化物助剂电子相互作用调控的Ru原子簇催化剂用于温和条件下合成氨反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 209-218页

作者：张天华胡海慧李嘉欣高迎龙李玲玲张明远彭渲北周岩良倪军林炳裕林建新朱兵吴冬霜张林杰韩丽丽郑黎荣王秀云江莉龙福州大学化肥催化剂国家工程研究中心福建福州350002 福州大学化学学院福建福州350002 南洋理工大学材料科学与工程学院新加坡639798 中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室福建福州350002 中国科学院高能物理研究所北京100049

氨是重要的化肥原料,也是颇具潜力的氢能源载体,对于可再生能源的储存、运输和终端利用至关重要.然而,传统Haber-Bosch工艺合成氨的反应条件苛刻,需要高温高压条件,并消耗大量化石能源及排放大量二氧化碳.可再生能源电解水制氢耦合温和... 详细信息

氨是重要的化肥原料,也是颇具潜力的氢能源载体,对于可再生能源的储存、运输和终端利用至关重要.然而,传统Haber-Bosch工艺合成氨的反应条件苛刻,需要高温高压条件,并消耗大量化石能源及排放大量二氧化碳.可再生能源电解水制氢耦合温和合成氨新技术(eHB),不仅能实现可再生能源电力的“消纳和调峰”,而且可进行低成本、跨地域长距离存储运输,并可将“绿氨”与氢能产业相结合.然而,现有的高温高压合成氨催化剂与eHB工艺相不匹配,因此,迫切需要开发温和条件下高效合成氨催化剂技术,以实现可再生能源电力电解制氢体系和合成氨技术互补融合.目前,虽然助剂对于Ru基纳米簇(≥1 nm)合成氨催化剂的影响规律已得到了广泛研究,但它们对于Ru原子簇催化剂的作用机制尚不清楚,需要进一步揭示.本文考察了Ba及Ce助剂对Ru原子簇催化剂的影响规律,并分析了其作用机制.首先,通过简单的浸渍法将Ba和/或Ce物种掺杂到Ru原子簇催化剂(2 wt%Ru ACCs),制得Ba/Ce/2 wt%Ru ACCs催化剂;然后,通过一系列实验考察了这些催化剂的合成氨性能,并利用多种表征手段对其进行了深入分析.合成氨性能测试结果表明,添加Ba和Ce助剂后,2 wt%Ru ACCs催化剂的合成氨速率明显提高,在400℃和1 MPa下,Ba/Ce/2 wt%Ru ACCs催化剂的合成氨反应速率达到56.2 mmolNH_(3) gcat^(-1) h^(-1),是2 wt%Ru ACCs的7.5倍,且催化剂表现出较好的稳定性,在稳定运行140 h后活性未见明显降低.球差校正电子显微镜和X射线吸收精细结构谱结果表明,负载Ba和/或Ce后,Ru以Ru_(3)原子簇形式存在.X射线吸收近边结构谱和X射线光电子能谱结果表明,Ru与Ba及Ce物种之间存在较强的簇-金属氧化物助剂电子相互作用,可促进电子转移到Ru物种,形成富电子状态的Ru,进而促使电子转移到N_(2)的p*反键轨道,提高温和条件下合成氨反应速率.利用25%N_(2)+75%D_(2)气氛下的原位红外光谱研究催化剂的合成氨反应机理,结果表明,在Ba/Ce/2 wt%Ru ACCs催化剂表面同时检测到N_(2)D_(2)物种和N_(2)D_(x)物种的振动吸收峰,说明添加Ba和/或Ce物种没有改变Ru原子簇催化剂活化N_(2)的方式,N_(2)仍是通过加氢的路径合成氨.综上,本文考察了助剂对Ru原子簇的影响规律,揭示了其作用机制,为设计高效的温和条件合成氨催化剂提供参考.

关键词：原子簇助剂 N_(2)活化合成氨电子相互作用

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以氨为载体突破储氢瓶颈

中国科技财富 2024年第3期 81-81页

作者：江莉龙福州大学化工学院福州大学化肥催化剂国家工程研究中心

3月1日,上市企业海泰新能发布公告称,拟对全资子公司增资9600万元,主要用于康保一曹妃甸氢气长输管道项目建设。张家口生产的“绿氢”将通过管道源源不断输送到唐山市,用于交通、氢冶金、工业用氢等领域。氢气是自然界中最小的分子,单... 详细信息

3月1日,上市企业海泰新能发布公告称,拟对全资子公司增资9600万元,主要用于康保一曹妃甸氢气长输管道项目建设。张家口生产的“绿氢”将通过管道源源不断输送到唐山市,用于交通、氢冶金、工业用氢等领域。氢气是自然界中最小的分子,单位体积产生的能量极为有限。

关键词：曹妃甸全资子公司单位体积唐山市张家口

油脂催化加氢转化制备第二代生物柴油研究进展

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化工学报 2023年第1期74卷 380-396页

作者：黄宽马永德蔡镇平曹彦宁江莉龙福州大学石油化工学院化肥催化剂国家工程研究中心福建福州350002 清源创新实验室福建泉州362801

生物柴油是一种清洁的可再生能源,是应对温室效应、环境污染、能源短缺等问题最有潜力的发展方向之一。第二代生物柴油是油脂与氢气(H_(2))进行加氢转化反应制得的与传统石化柴油组成类似的烃类混合物,除具有绿色环保、十六烷值高、可... 详细信息

生物柴油是一种清洁的可再生能源,是应对温室效应、环境污染、能源短缺等问题最有潜力的发展方向之一。第二代生物柴油是油脂与氢气(H_(2))进行加氢转化反应制得的与传统石化柴油组成类似的烃类混合物,除具有绿色环保、十六烷值高、可再生等优点外,还具有低温流动性好、含氧量低、稳定性高、热值高等特点,可与石化柴油无比例限制地混合使用。系统总结了近年来油脂催化加氢转化制备第二代生物柴油方面的研究进展,包括加氢转化机理、催化剂活性相、催化剂载体和加氢转化工艺四个方面,着重介绍高效加氢转化催化剂的设计和开发。此外,还分析了油脂催化加氢转化制备第二代生物柴油领域所面临的机遇和挑战,并对未来的发展方向进行了展望。

关键词：石油再生能源加氢催化剂载体工艺