可再生能源制生物天然气技术

第1章 绪论 1
1．1 天然气产业的发展方向与应用 1
1．1．1　天然气在我国能源结构中的地位与前景 1
1．1．2　生物天然气发展的战略意义 2
1．1．3　碳中和下可再生能源制天然气的发展机遇 3
1．2 国内外可再生能源制天然气现状 5
1．2．1　沼气提纯制生物天然气现状 5
1．2．2　可再生能源电力制天然气 8
1．3 我国发展可再生能源制天然气的意义 12
1．3．1　缓解天然气供需矛盾，保障能源安全 12
1．3．2　保护生态环境，促进沼气规模化开发 14
1．3．3　促进可再生能源电力消纳，助力能源健康发展 15
1．4 本章小结 16
参考文献 17

第2章 生物质厌氧消化产沼气技术研究 19
2．1 生物质厌氧消化概述 19
2．1．1　生物质资源概况 19
2．1．2　厌氧消化代谢过程 20
2．1．3　厌氧消化过程的影响因素 22
2．1．4　厌氧消化工艺发展 24
2．2 厌氧消化中微生物的工作原理 26
2．2．1　厌氧消化体系的微生物群落 26
2．2．2 厌氧消化微生物代谢的影响因素 36
2．3 厌氧消化产沼气的工艺过程 39
2．3．1 理化性质随负荷变化 39
2．3．2 生物炭和负载铁生物炭对厌氧消化的影响 41
2．3．3 生物炭对厌氧消化的影响机制 48
2．4 本章小结 50
参考文献 50

第3章 固体氧化物电解池技术开发 52
3．1 SOEC概述 52
3．1．1 SOEC基本原理和组成 53
3．1．2 SOEC电解的热力学和其他基本概念 55
3．1．3 SOEC的分类 58
3．1．4 SOEC特点及应用 59
3．1．5 SOEC研究现状 59
3．2 SOEC阳极材料 61
3．2．1 阳极材料的基本要求 61
3．2．2 阳极材料的种类 62
3．2．3 阳极材料的老化衰减 63
3．3 SOEC阴极材料 64
3．3．1 阴极材料的基本要求 64
3．3．2　阴极材料的种类 65
3．3．3　阴极材料的制备方法 66
3．3．4　阴极材料的老化衰减 67
3．4 SOEC电解质 68
3．4．1　电解质特性 68
3．4．2　电解质类型 69
3．4．3　电解质烧结 70
3．5 SOEC连接体 71
3．5．1　连接体及其分类 71
3．5．2　陶瓷连接体及其改性 72
3．5．3　金属连接体及其改性 72
3．6 SOEC电芯及电池堆 73
3．6．1　SOEC分类 73
3．6．2　管式SOEC 74
3．6．3　平板式SOEC 75
3．6．4　扁管式SOEC 76
3．7 扁管式SOEC的研究 77
3．7．1　单体电池制备工艺 77
3．7．2　单体电池设计及优化 78
3．7．3　单体电池的充电性能 78
3．7．4　电池堆的制备及优化 79
3．8 本章小结 79
参考文献 80

第4章 CO2催化甲烷化及反应机理研究 81
4．1 CO2催化甲烷化概述 81
4．1．1　CO2转化与利用 81
4．1．2　CO2加氢甲烷化的意义 83
4．1．3　CO2加氢甲烷化反应过程面临的问题与挑战 84
4．2 CO2甲烷化机理与催化剂设计 85
4．2．1　CO2分子活化与转移机理 85
4．2．2　CO2加氢制甲烷催化剂体系 86
4．2．3　硅酸镍纳米管催化剂 88
4．2．4 石墨烯插层Ni基催化剂 97
4．3 CO2甲烷化装置与运行稳定性 113
4．3．1 甲烷化装置 113
4．3．2 甲烷化稳定性 123
4．4 CO2甲烷化系统工艺优化与能耗 125
4．4．1 甲烷化工艺 125
4．4．2 工艺优化与能耗分析 132
4．5 本章小结 138
参考文献 139

第5章 基于沼气-SOEC的电制甲烷系统集成研究 141
5．1 沼气-SOEC制甲烷整体集成方案 141
5．1．1 工艺流程 141
5．1．2 测试系统 142
5．1．3 集成方案设计 143
5．1．4 集成应用方案 147
5．2 可再生能源制生物天然气能耗分析 148
5．3 可再生能源制生物天然气经济性分析 151
5．3．1 投资成本分析 151
5．3．2 投资收益边界分析 154
5．4 可再生能源制天然气的综合效益 157
5．5 本章小结 158
参考文献 159