致力于可再生能源与新能源的研究开发——中科院可再生能源与天然气水合物重点实验室

中科院可再生能源与天然气水合物重点实验室依托于中科院广州能源研究所，2001年12月由中科院批准建设。实验室紧密围绕国家经济社会和科技发展的关键问题，在重视应用基础理论研究的基础上，注重加强原始技术创新和技术集成创新．取得了一系列成果，开发出一批国内以至国际领先的核心技术，在提高国家后续能源研究与发展中发挥了重要作用。

静态超重力水合反应器中二氧化碳水合物生成过程热量分析

通过对二氧化碳水合物在静态超重力反应器中生成过程分析发现,其生成过程可以分为成核诱导生成和稳定快速生成两个阶段。第一个阶段内生成量很少,同时存在着气体积累过程。第二个阶段内水合物的生成与冰粒的融化和气体积累过程逐渐达到平衡,二氧化碳水合物的生成速率为249.8mol/h。同时对该生成过程的热量进行了分析,结果表明实验范围内水合反应器热量利用效率与超重力因子成线性增长关系,其最大值为87.39%。

壁面渗透燃烧微燃烧器结构参数优化实验研究

针对一种圆柱多孔壁面组织渗透燃烧微尺度燃烧器,本文在甲烷/空气不同燃料当量比和混合气流量下,对比实验了关键参数燃烧室内径(d)和燃烧室高度(h)变化对燃烧器性能的影响。结果表明随燃烧室内径减小,吹熄极限速度显著下降,烟气平均温度升高,同时壁面温度下降;燃烧室高度减小,可燃烧极限当量比和淬熄极限速度均增大;在高径比h/d接近1时,烟气平均温度最高,壁面最高温度不变,大流量下壁面温度降低更快。因此,当缩小壁面渗透微燃烧器时,为防止燃烧效率降低和热损失增加,应优先缩小内径并保持高径比接近1.0。

Span 80促进甲烷水合物生成动力学研究

促进水合物快速生成是天然气水合物技术产业化的关键,表面活性剂作为水合物生成的促进剂,对其动力学促进作用进行研究十分必要。本文在已有的天然气水合物储气实验台上,利用高压反应釜,在温度为(274.15±0.10)K,压力为(8.30±0.10)MPa条件下研究了非离子表面活性剂失水山梨醇单油酸酯(Span 80)存在下的甲烷水合物生成过程。结果表明:Span 80的加入有利于甲烷气体分子进入水相中,加快了晶核形成过程,缩短了甲烷水合物生成的诱导时间,提高了生成速率和表观速率常数,并提高了相应反应时间内甲烷水合物的储气密度。通过分析Span 80的分子结构,对其促进甲烷水合物的生成机理进行了研究,认为Span 80分子中的三个羟基和四氢呋喃结构与水分子形成氢键以及羰基对水分子的固定作用共同促进了甲烷水合物的生成。

闪蒸一双工质循环联合地热发电系统研究

将闪蒸系统发电与双工质循环发电联合,形成一种特殊的能量转换系统,对其进行详细分析,并建立该联合地热电站热力计算的数学模型,以此对电站的功率及效率进行了计算与分析,从中确定该系统的最佳闪蒸温度和由此温度导出的最佳设计参数。计算结果还表明,对给定温度为110℃的地热水资源,当环境冷却水平均温度为28℃时,闪蒸-双工质循环联合发电的最大总功率比闪蒸系统或双工质循环单独发电时的最大功率要大20%以上。此外,电站还生产约60℃的热水以供直接利用。

平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统

提出了一种厘米级别的平面火焰微燃烧器及其温差热电转换系统原理,即燃料氧化剂混合气相向穿过两块平行布置烧结多孔平板并在其表面形成稳定的火焰,实现燃烧器壁面温度远低于火焰温度的目的;进行燃烧器和微发电系统原型性能实验.在燃烧器烟气通道外壁面布置高导热系数薄匀热片能够有效改善热电模块热端温度场均匀性,从而提高系统安全性和输出性能.在燃烧燃料当量比(甲烷/空气)φ=0.6时,火焰温度高于800℃,壁面温度低于200℃,水冷条件下,商用碲化铋(Bi2Te3)热电模块热端150℃,系统可以获得8 V开路电压和1 W以上稳定输出功率,系统综合效率达1.6%.

碳纳米管-水合物法储甲烷性能研究

单壁碳纳米管由于其本身的多孔特性能成为甲烷等清洁气体的良载体,同时水合物法储气也是有效安全输运甲烷的新兴技术手段。本文分别研究了单壁碳纳米管干法和水合物法两种方法储存甲烷的过程及机理,并对两种方法储气效果进行了比较。结果表明,单壁碳纳米管在8.9 MPa的压力下,温度为0.5℃时,干法储甲烷的质量分数为2.79%,碳纳米管-水合物法储甲烷的质量分数为5.11%,储气量提高80%;在干法储甲烷的过程中,吸附过程很不稳定,会伴随有脱附现象的产生,而碳纳米管-水合物法储甲烷的过程相对比较稳定。

CO2水合物在静态超重力反应器中的生成过程

通过CO2水合物在静态超重力反应器中的生成过程试验,发现该过程分为非稳定生成和稳定生成两个阶段,在稳定生成阶段CO2水合物在该反应器内连续快速地生成,生成量可达34.69 kg/h。通过热量分析发现,超重力流场对CO2水合物的生成起促进作用,在实验范围内该水合物反应器热量利用效率最高可达87.39%。

葡萄糖催化脱水制取5-羟甲基糠醛研究进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是重要的平台化合物,是制取生物液体燃料和其它许多重要精细化工品的前体。以木质纤维素为原料,通过水解得到葡萄糖,葡萄糖继续脱水可以得到5-羟甲基糠醛。本文对近年来利用葡萄糖制取5-羟甲基糠醛的研究进行了综述,重点阐述了葡萄糖脱水制取5-羟甲基糠醛过程的反应机理、反应体系和催化剂,反应体系包括离子液体、极性非质子有机溶剂、双相反应体系;催化剂包括无机酸、金属盐、固体酸和碱。指出未来可能取得突破的研究重点在于:研制高效的催化剂、萃取剂,开发高效的分离纯化技术。

渔船余热朗肯-朗肯制冰系统研究

为有效利用渔船烟气和冷却水的余热,本文采用有机朗肯-朗肯系统进行制冰,建立了系统的热力学模型,研究了系统的性能参数和影响因素,评价了单位质量热水以及单位功率热源的制冰能力。结果表明:余热温度和冷凝温度对系统性能有重要影响,而冷凝器的过冷温度对系统性能的影响很小。在热源温度为100℃,冷凝温度为40℃时,每吨热水的制冰量为86.4kg/t,单位功率余热每小时的制冰量为2.27kg/(kW.h),论证了有机朗肯-朗肯循环系统用于渔船余热制冰的可行性。

船舶余热驱动的有机朗肯-蒸汽压缩空调性能分析与工质选择

为有效利用船舶烟气和冷却水的余热,采用有机朗肯-蒸汽压缩制冷系统为船舶进行空调,建立了系统的热动力学模型,分析比较了六种常用工质R123、R134a、R245fa、R600、R600a和R290对应的系统性能,并以系统性能最佳为目标对工质进行了优选.计算结果表明:不论是对于有机朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环,还是对于整个系统而言,R600a都是最合适的工质.热源温度和冷凝温度对系统性能有重要影响.通过改变热水流量可以控制和调节热水温度,从而优化系统性能.同时,冷凝温度的确定要综合考虑系统性能、冷却水泵功耗、换热器面积和系统投资,做到系统整体性能最佳.

潜热输送介质颗粒沉降速度的固-液两相流模拟

颗粒的沉降速度是水力输送中的重要问题。中央空调系统或区域供冷系统中,使用TBAB包络化合物浆作为载冷介质进行潜热输送时同样面临输送安全问题。本文通过建立固液两相流模型,对管内截面速度分布和颗粒浓度分布进行模拟,根据颗粒分层情况判断其临界沉降速度,得到颗粒临界沉降速度随固相含量的变化规律,从而为安全输送提供依据。