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成果完成人瞄準(zhǔn)1000MW超臨界二氧化碳燃煤（sCO2）發(fā)電系統(tǒng)，主持了國家重點研發(fā)計劃項目“超高參數(shù)高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”。 本成果從系統(tǒng)和部件兩個層面進行研究，被推薦為2020年度國家重點研發(fā)計劃重點科技成果，并在2021年1月27日科技日報上做了報導(dǎo)。具體成果如下： 1、sCO2鍋爐模塊化設(shè)計：sCO2循環(huán)流量是水蒸氣機組的6-8倍，導(dǎo)致S-CO2鍋爐嚴(yán)重堵塞，發(fā)現(xiàn)機組效率懲罰效應(yīng)。首次提出1/8分流減阻原理，在保持吸熱量及循環(huán)流量不變條件下，將壓降降低為傳統(tǒng)設(shè)計的1/8，由此提出模塊化鍋爐設(shè)計，將鍋爐壓降減小到與水蒸氣鍋爐相當(dāng)或更低水平，徹底解決大壓降難題。 2、煙氣熱量全溫區(qū)吸收：針對sCO2循環(huán)適合中高溫?zé)嵩矗瑔蝹€sCO2循環(huán)無法吸收煙氣全溫區(qū)熱量，提出頂?shù)蛷?fù)合循環(huán)，實現(xiàn)熱量全溫區(qū)吸收。提出能量復(fù)疊利用原理及設(shè)備共享，完全消除頂?shù)籽h(huán)效率差并簡化系統(tǒng)。1000MWe級燃煤sCO2發(fā)電效率達到～50%，比水蒸氣機組高3-4個百分點。 3、鍋側(cè)和爐側(cè)綜合調(diào)溫方法：針對sCO2進入鍋爐溫度較高，抬高受熱面溫度，提出鍋側(cè)和爐側(cè)綜合調(diào)溫方法，發(fā)明“冷熱匹配、層級降溫”原理，提出“上大下小+雙爐膛+煙氣再循環(huán)”的創(chuàng)新型鍋爐設(shè)計。建成壓力達26MPa的超高參數(shù)sCO2傳熱系統(tǒng)，提出超臨界傳熱類沸騰理論，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，給出了鍋爐管發(fā)生傳熱惡化的臨界判據(jù)。誕生第一臺超臨界二氧化碳燃煤鍋爐原理樣機。 本成果闡明了能量復(fù)疊利用原理，是能量梯級利用的繼承和發(fā)展，消除了復(fù)合循環(huán)中頂循環(huán)和低循環(huán)的效率差，最大限度挖掘了sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)的效率優(yōu)勢。并首次闡明超臨界流體分子尺度下的非均勻物質(zhì)結(jié)構(gòu)，顛覆了人類對超臨界流體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認知，首次將亞臨界壓力下的多相流體理論體系引入到超臨界傳熱中，初步實現(xiàn)了亞臨界和超臨界壓力下能量傳遞與轉(zhuǎn)換理論的統(tǒng)一，達到國際領(lǐng)先水平。

琥珀酸是直鏈飽和二元羧酸，為重要的化工原料，可以合成1，4-丁二酯、四氫呋喃、γ-丁內(nèi)酯、己二酸等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、香料、油漆、食品、塑料和照相材料工業(yè)。近年來，由于不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，琥珀酸的需求猛增。利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸是以可再生資源取代石油生產(chǎn)的一種綠色平臺化學(xué)技術(shù)。同時，發(fā)酵法生產(chǎn)琥珀酸過程中需要CO2，將發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸與CO2的生物固定過程進行偶合，更有可能將乙醇發(fā)酵過程中的CO2或者其他行業(yè)的含CO2廢氣加以利用，開辟了溫室氣體利用的新途徑，從長遠利益來講有利于減緩全球變暖和能源危機。本項目利用代謝工程大腸桿菌進行琥珀酸發(fā)酵，通過發(fā)酵過程的相關(guān)調(diào)控，顯著提高琥珀酸的合成和對葡萄糖的得率。同時設(shè)計了特殊的反應(yīng)器，提高了二氧化碳的固定效率，實現(xiàn)了有效的琥珀酸生產(chǎn)和二氧化碳固定。主要參數(shù)如下：琥珀酸濃度：59g/L；葡萄糖轉(zhuǎn)化率：1.24mol/mol；生產(chǎn)強度：1 g/L/h；本項目的主要創(chuàng)新和技術(shù)優(yōu)勢在于：1）利用廉價培養(yǎng)基實現(xiàn)琥珀酸的高效生產(chǎn)，過程簡單，產(chǎn)量和生產(chǎn)強度較高，葡萄糖轉(zhuǎn)化效率高；2）固定CO2效果良好，可與乙醇發(fā)酵或其它釋放CO2的工藝有效偶聯(lián)，減少CO2排放，并進一步降低成本；3）副產(chǎn)物少，提取方便。

項目簡介： 針對現(xiàn)有碳收集、儲存（CCS）方法中二氧化碳的壓縮、脫附過 程的高能耗問題，我們采用碳收集與利用（CCU）的策略，將二氧化 碳的捕集、活化與轉(zhuǎn)化利用相結(jié)合，為碳收集、儲存及其活化利用提 供新方法。設(shè)計并合成高效、可活化二氧化碳的吸附材料，以利于在 捕集時活化二氧化碳分子，將二氧化碳的分離技術(shù)與二氧化碳（即活 化的二氧化碳分子）的轉(zhuǎn)化反應(yīng)相耦合，避免能耗高的脫附過程，從 而實現(xiàn)低壓、溫和條件下將捕集的二氧化碳的原位催化氫化反應(yīng)，以 制備能源類產(chǎn)品甲酸、甲醇

CO2的大規(guī)模工業(yè)利用是目前國內(nèi)外研究的重要課題，提出了一種新的 CO2 化學(xué)利用技術(shù)路線，即通過 CO2 與氨反應(yīng)得到三聚氰酸等固體產(chǎn)品。這樣， 不僅可實現(xiàn) CO2的封存，而且能夠?qū)崿F(xiàn) CO2的高值有效利用。對 CO2的減排具 112 有重要意義。 CO2氨化反應(yīng)特點： CO2氨化礦化生成三聚氰酸所需原料用量少（一份重量的氨可固定 2.5 份 CO2）； 原料轉(zhuǎn)化率高,(轉(zhuǎn)化率達 95%以上)； 礦化反應(yīng)設(shè)備投資少，在現(xiàn)有煤化工裝置基礎(chǔ)上，添加部分設(shè)備，通過改 變反應(yīng)過程和目標(biāo)產(chǎn)品即可實現(xiàn) CO2的氨化礦化，礦化產(chǎn)品利用價值大。

聚氨酯是重要高分子合成材料，用于制造泡沫塑料、纖維、彈性體、合成革、涂料、膠黏 劑、鋪裝材料和醫(yī)用材料等，廣泛應(yīng)用于交通、建筑、輕工、紡織、機電、航空、醫(yī)療衛(wèi)生等 領(lǐng)域。目前，全世界生產(chǎn)聚氨酯都是采用光氣異氰酸酯路線，本項目首創(chuàng)的綠色生產(chǎn)技術(shù)，以 二氧化碳替代劇毒的光氣，與有機胺、多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇等為原料，具有原料 成本低 (比光氣異氰酸酯路線低20～30％) 、轉(zhuǎn)化率高、過程清潔等特點，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，優(yōu)級 品含量大于99.5％，經(jīng)濟性好，具有最強的國際市場競爭力。隨著環(huán)境保護、節(jié)能減排的日益 重視，該項目的開發(fā)，對于節(jié)約寶貴的能源、利用二氧化碳廢氣、促進節(jié)能減排、經(jīng)濟社會和 諧發(fā)展具有非常重要的意義。 5萬噸/年HDI型聚氨酯，總投資26000萬元。

通過將酞菁銅（CuPc）分子與碳納米管復(fù)合，得到了高效的二氧化碳電催化劑。它可以在較低過電位下將二氧化碳高選擇性地還原為甲烷，其法拉第效率達到66%（圖3），是目前產(chǎn)甲烷的活性最高的電催化材料。不同于該課題組此前報道的單分散的CoPc/CNT催化劑（Nat. Commun. 2017,8,14675），CuPc分子晶體以堆積狀態(tài)分散于CNT之中（圖3b）。原位在線X射線吸收（XAS）研究發(fā)現(xiàn)，堆積狀態(tài)下的CuPc分子在催化工作電位下會自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽鐬?nm左右的銅納米團簇，是高催化活性位點；當(dāng)停止催化反應(yīng)后，銅納米團簇又會可逆地回到CuPc分子結(jié)構(gòu)（圖3c-e）。不同于CuPc，另外兩種銅配合物HKUST-1和[Cu(cyclam)]Cl2在催化反應(yīng)電位下都不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽~微米枝晶，因此催化活性和選擇性遠低于CuPc/CNT

成果創(chuàng)新點 主要技術(shù)創(chuàng)新路徑：一步催化二氧化碳加氫高選擇性 制備高品質(zhì)（清潔）汽油 核心解決問題、核心優(yōu)勢：一步催化二氧化碳加氫高 選擇性制備汽油,即緩解能源危機又能改善環(huán)境問題。催化 劑由金屬氧化物和分子篩兩部分組成，金屬氧化物可以較 大規(guī)模制備，分子篩的價格也比較低廉，催化劑穩(wěn)定性較 好，有工業(yè)推廣前景。 這種方法所制備的汽油有別于傳統(tǒng)石油裂解制備的汽 油，其不含硫或磷，

CO2的大規(guī)模工業(yè)利用是目前國內(nèi)外研究的重要課題，提出了一種新的CO2化學(xué)利用技術(shù)路線，即通過CO2與氨反應(yīng)得到三聚氰酸等固體產(chǎn)品。這樣，不僅可實現(xiàn)CO2的封存，而且能夠?qū)崿F(xiàn)CO2的高值有效利用。對CO2的減排具有重要意義。 CO2氨化反應(yīng)特點： CO2氨化礦化生成三聚氰酸所需原料用量少（一份重量