近日，我校化學(xué)化工學(xué)院黃風(fēng)林科研團(tuán)隊(duì)以青年教師劉歡為第一作者、黃風(fēng)林為通訊作者，西安石油大學(xué)為第一署名單位在工程技術(shù)與化工領(lǐng)域最有影響力的三大頂級(jí)刊物之一《Chemical Engineering Journal》（JCR、中科院分區(qū)雙一區(qū)TOP期刊，IF=15.1）上發(fā)表題為《Comparative exergy and economic analysis of deep in-situ gasification based coal-to-hydrogen with carbon capture and alternative routes》的高水平論文。
針對(duì)我國(guó)“富煤、缺油、少氣”的能源稟賦，創(chuàng)新煤炭開發(fā)利用技術(shù)，降低煤基產(chǎn)品的全生命周期碳排放是實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)選擇。在“3060”雙碳目標(biāo)與氫能發(fā)展戰(zhàn)略背景下，耦合CCS/CCUS（碳捕集與封存/碳捕集、利用及封存）的深部煤炭原位氣化制氫技術(shù)路線高效、經(jīng)濟(jì)利用豐富的深部煤炭資源，成為一種理想的低碳煤基低成本制氫路線（Comparative life cycle energy, water consumption and carbon emissions analysis of deep in-situ gasification based coal-to-hydrogen with carbon capture and alternative routes. Journal of Cleaner Production, 2023, 426: 139129）。
深部煤炭原位氣化制氫作為一種潛在的規(guī)模化技術(shù)路線，工業(yè)化應(yīng)用前利用熱力學(xué)手段分析其能量轉(zhuǎn)化、利用過程的特點(diǎn)，預(yù)測(cè)系統(tǒng)用能的薄弱環(huán)節(jié)，可為后續(xù)工藝過程、工藝參數(shù)耦合優(yōu)化提供指導(dǎo)。與現(xiàn)有基于化石能源路線間效率、經(jīng)濟(jì)性等方面的定量化分析是提高競(jìng)爭(zhēng)力，明確技術(shù)可行性與應(yīng)用前景的核心關(guān)鍵。
該成果基于世界上唯一的千米級(jí)深部煤炭原位氣化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用?分析方法，以?平衡方程為基礎(chǔ)，結(jié)合過程模擬手段，計(jì)算了深部煤炭原位氣化制氫從原煤開始到氫氣產(chǎn)品產(chǎn)出的?損失、分布，將?損失細(xì)分為可避免/不可避免內(nèi)部損失與可避免/不可避免外部損失四類，進(jìn)一步分析用能薄弱環(huán)節(jié)，確定提高?效率的方法、手段。同時(shí)，針對(duì)傳統(tǒng)?分析方法視角下效率指標(biāo)存在?不等價(jià)與無法計(jì)入非連續(xù)投入能量等問題，創(chuàng)新提出以考慮設(shè)備因素的積累?消耗（CExC）作為衡量過程?效率的指標(biāo)，據(jù)此明確深部煤炭原位氣化制氫在效率方面的競(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)果表明，深部煤炭原位氣化制氫?損失中存在39.9%的不可避免，而甲烷重整和深部地下氣化具有最大的改進(jìn)潛力，充分說明通過改進(jìn)其他過程單元或優(yōu)化工藝結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)性能的改善。在產(chǎn)出每千克氫氣時(shí)深部煤炭原位氣化制氫的CExC僅為傳統(tǒng)煤炭地面氣化制氫的83.6%，表明其是一種更高效的路線，優(yōu)勢(shì)隨著規(guī)模的增大會(huì)更加明顯，同時(shí)投資、成本方面相比后者也具有顯著優(yōu)勢(shì)。
該工作可為深部煤炭原位氣化制氫技術(shù)的優(yōu)化、示范和應(yīng)用提供有價(jià)值的指導(dǎo)，同時(shí)在以可再生能源為代表的“綠氫”應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)的當(dāng)下，助力我國(guó)制氫業(yè)由“灰氫”向“藍(lán)氫”過渡，加快“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
科研反哺教學(xué)，為提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)、助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，該課題組還設(shè)計(jì)了順應(yīng)能源結(jié)構(gòu)變化的碳?xì)滟Y源高效利用教學(xué)案例及適用于大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的研究?jī)?nèi)容、項(xiàng)目。顯著改善了石油化工工藝、煤化工工藝學(xué)、碳一化工等專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量。此研究?jī)?nèi)容融入全國(guó)化工設(shè)計(jì)大賽的路線選擇、經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)中，提升了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，斬獲2022年全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)總決賽一等獎(jiǎng)。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724033060?via%3Dihub
