2023年CAIA獎一等獎：碳氫能源快速復雜熱化學反應特性在線檢測與過程解耦分析及應用
完成單位：
1-中國科學院過程工程研究所，2-北京工商大學，3-新疆大學，4-湖南省計量檢測研究院；
完成人：
曾璽2，劉姣1，柏文琦4，馬小紅1，鐘梅3，王芳2，關宇1，尤園江1，胡丹丹1
成果簡介：
針對碳氫能源熱轉化的高溫/壓、速率快、產物多樣等反應特性及現有快速反應過程特性檢測困難的現狀，本成果基于反應器內快速轉化、產物快速傳輸和快速同步檢測的“三快理論”，開展快速復雜熱化學反應特性在線測試與復雜過程解耦分析，創新解耦氣化/燃燒技術，并推廣應用。發表論文42篇，授權專利11項，制定國家標準1項，出版專著2部，開展技術推廣和應用，取得顯著的經濟、社會和環境效益。
創新點及科學價值：
(1)“秒”級快速熱轉化分析用“無梯度”微型流化床(MFB)反應體系構建與分析儀開發。定義“床內氣體流動近平推流、顆粒近全混流”為MFB顯著特征，明確其定量判據：直徑小于20 mm且床中氣體停留時間E(t)>1.0或其方差σt2<0.25；構建“秒”級快速轉化過程中多組分氣體產物在線生成特性的實時檢測和定量分析方法，實現樣品快速升溫(大于10000 K/s)、定溫加料、等溫快速反應的微分化轉化及產物實時檢測，克服傳統Cell型或固定床式微反應器中的嚴重擴散抑制，填補氣-固快速等溫微分轉化體系的本征反應特性與動力學測試的方法空白。
(2)熱不穩定碳氫能源快速轉化的原位分析方法及機理揭示。溯源熱解中間物-半焦的原位氣化/燃燒測量及原位/非原位反應特性差異，解析粘稠碳氫液體燃料非均相等溫催化轉化過程中“熱”與“催化”作用的貢獻機制，構建高含水碳氫燃料高溫快速轉化過程中干燥特性檢測方法。
(3)快速熱化學轉化過程復雜體系的解耦分析方法及應用。構建碳氫燃料熱化學轉化過程解耦分析方法，開發煤/生物質等碳氫燃料流化床兩段解耦氣化技術和雙流化床解耦低NOx燃燒技術，實施工程應用和推廣。
社會經濟效益：
開發的快速熱化學轉化器及反應分析儀已推廣超過50臺/套，產生經濟效益2400余萬元，為能源、化工、冶金、航天等領域的研究提供了接近真實條件的熱化學轉化器和反應分析儀。解耦氣化/燃燒技術已實現經濟產值8億多元。在固廢領域的應用，已處理有機固廢超104.6萬噸，節約天然氣超7695萬方，實現CO2減排超15.3萬噸，經濟、社會和環保效益顯著。
應用前景：
目前，開發的系列化高溫常/加壓快速熱化學反應轉化器和反應分析儀已在國內外研發機構、高校中得到良好的應用，支撐了能源、化工、冶金、材料等領域的科學研究和技術開發。基于快速反應分析形成的碳氫能源流化床解耦氣化/燃燒技術，已在河南、山東、四川等地形成超過8套1-6萬噸/年生物質燃料及有機固廢應用工程，充分證明了解耦氣化和解耦燃燒在焦油和NOx等污染物原位脫除的技術優勢，有很好的應用前景。
