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这是 - 材料 - Vaclav Smil
本世纪最大的挑战之一是减少或消除全球温室气体排放，主要方法是将全球能源系统从碳基燃料转向低碳或零碳系统。这将是一项艰巨的任务，然而，全球能源供应脱碳的范围、难度和复杂性却被广泛且反复地低估。例如，尽管脱碳过程已经进行了二十多年，但世界对化石碳的依赖每年都在增加，而不是减少。目前，无法确定无碳能源供应的最终构成：多少发电份额将来自风能、太阳能和核裂变？有多少汽车将使用燃料电池或绿色氨而不是电池？这项全球行动的最终成本无法准确估计，但总计将达到数百万亿美元，这意味着在未来几十年里，每年都需要花费全球经济产值的很大一部分（现在约为 100 万亿美元）来实现这一目标。虽然成本本身就令人望而生畏，但近年来人们迟迟才开始关注另一项根本挑战：数十年的能源转型需要巨大的物质需求。这些需求包括用风力涡轮机、光伏电池或核反应堆等非碳转换技术取代超过 4 TW 的化石燃料发电能力（目前集中在大型中央发电站）；用电池或非化石燃料取代道路上的 14 亿台内燃机（汽油和柴油）；找到无需 10 亿吨煤焦炭的铁矿石冶炼新方法；用热泵或其他热源取代超过 5 亿台天然气炉（在家庭、工业和商业场所）；并引入新的
锅炉管钢的高温冲蚀磨损
图 2.1：典型双程粉状燃料锅炉厂示意图。5 图 2.2：为 640 MW 汽轮机供气的锅炉轮廓，显示了气体温度状态以及典型双程锅炉中经历的平均气体速度。8 图 2.3：南非 Hendrina 发电站的粉煤灰粒度分布。9 图 2.4：20µm 以下的电厂粉煤灰，显示了颗粒如何呈现完美的球形并且倾向于相互粘附（Lethabo 发电站）。10 图 2.5：显微照片显示了从最小颗粒到最大球体的尺寸范围，其尺寸范围都在 100µm 以下。形状畸形的球体通常是空心的，从最右边已经裂开的球体可以看出（Lethabo 发电站）。11 图 2.6：显微照片显示了尺寸范围 > 100µm 的颗粒。这里除了球体之外，还可以看到更多不规则颗粒，这些球体是半燃煤或焦炭的大颗粒（Lethabo 发电站）。11 图 3. 1：A/SI 304 不锈钢和碳钢的损耗与温度关系，注意两种材料损耗峰值的位置和大小 [BJ。23 图 3. 2：两种不同钢的损耗与温度关系，无论粒子撞击速度如何，它们的峰值损耗都发生在同一温度下 [51}。23 图 3. 3：侵蚀主导行为状态的定位以及向腐蚀主导行为的转变 [BJ。25 图 3.4：Ninham 等人使用的典型流化床装置 [51}。 28 图 3.5：侵蚀速率与涂层厚度的关系图，显示随着涂层厚度的增加，抗侵蚀性能增强 [73] 37 图 3.6：Shui 等人的图表清楚地说明了随着温度的增加，侵蚀速率呈上升趋势。 图 3.7：氮化和碳化试样的侵蚀速率与温度的关系图，显示温度对侵蚀速率的影响较弱 [78] 。 40 图 3.8：几种爆炸枪涂层的侵蚀速率与温度的关系图，显示侵蚀速率对温度的依赖性更强 [BO] 41 图 4.1：高温侵蚀磨损装置图。编号特征（1）-（7）与装置照片中的特征相对应。 46 图 4.2：腐蚀装置的照片：（1）气体火焰，（2）预热室，（3）腐蚀进料器，（4）加速管。 47 图 4.3：（a）测试部分，附接到室盖板上，以便于测试后快速取出样品。（b）测试部分插入的样品室（5）。48 图 4.4：冷却部分（6）与旋风分离器和排气管（7）相连。可以看出排气管如何有效增加旋风出口管的高度。 49 图 4.5：显示重要尺寸的旋风图。 64 图 4. 6：200°G 运行期间仪器上各个位置的温度与时间的关系图。 67 图 4. 7：500°G 运行中，仪器上不同位置的温度与时间的关系图。 68 图 4.8：几种不同空气供应压力下样品最终温度与气体调节器供应压力的关系。引用的空气压力是压力调节器上显示的单位，其中 1 bar= 1 个大气压以上，即 2.026x10 5 Nm· 2 • 69 图 4.9：106-125 µm SiC 颗粒在 2.5 kg .m· 通量下颗粒和气体速度与供应压力的关系
一项免费排放案例研究
排放案例研究免费CPC Les Edwards 1，Main Hunt 2和Matthew Childers 3 1。VP生产控制和技术服务2。董事技术服务 - 钙化3。可持续发展工程师雨碳公司，美国科温顿通讯作者：les.edwards@raincarbon.com https://doi.org/10.71659/ICSOBA2024-EL001铝smellters摘要，用于铝smelters的摘要足迹。钙化石油焦炭的供应量为85％，其余额来自煤焦油沥青。旨在减少CPC相关排放的工作可能会对冶炼厂CO 2足迹产生有意义的影响，本文对Calciner CO 2发射（包括碳捕获解决方案）进行了审查。CPC排放的两个主要因素是绿色石油焦油（GPC）的产量（40％）和钙化（60％）。雨碳（RC）已做出了大量的工作来量化钙化过程的流程排放。关键推动器是开发一种方法，该方法利用在线CO 2浓度和流量分析仪实时量化排放量。降低钙化期间的GPC罚款是减少CO 2排放的关键手段。钙甲技术，操作条件和GPC质量也起着关键作用。CO 2捕获和存储可以用作最终还原方法。RC已进行了详细的资本和运营成本分析，以在其Charles Calciner湖中添加CO 2捕获系统。1。该工厂距离路易斯安那州的合格CO 2固结点不到20公里，并将获得美国CO 2固税税收抵免。相对于冶炼厂，CO 2由于CO 2浓度较高，可以在钙调中更有效地捕获CO 2。今天存在的技术是为执行这样的项目，但主要的挑战是获得令人满意的投资回报。没有低CO 2 CPC的价格溢价，投资回报仍然是一个重大障碍。关键字：碳，阳极，CO 2捕获，石油焦，脱碳。简介全球在脱碳化的工作量迅速增长。在其2021年报告[1]中，国际铝研究所估计了铝业行业所需的排放减少，以帮助世界到2050年达到1.5°C全球变暖限制。总体而言，该行业将需要将范围1-3的排放量从2020年的11亿吨减少到2050年的5300万吨，降低了95％。脱碳化电源代表了最大的机会，但整个供应链中都需要进行改进。从回收废料中生产铝也需要增长到8100万吨，以支持1.5度变暖极限。范围1-3的原发性铝生产排放的贡献者已得到充分证明[2，3，4]。在2022年的研究[5]中，为Alouette初级铝冶炼厂提供了详细的分解，该铝冶炼厂具有100％的水力发电。估计每吨铝的总范围1-3排放量为3914 kg CO 2。来自阳极消耗，氟化物排放，阳极烘烤和铸造的冶炼厂直接排放量占总数的47％
锅炉管钢的高温冲蚀磨损
图 2.1：典型双程粉状燃料锅炉厂示意图。5 图 2.2：为 640 MW 汽轮机供气的锅炉轮廓，显示了气体温度状态以及典型双程锅炉中经历的平均气体速度。8 图 2.3：南非 Hendrina 发电站的粉煤灰粒度分布。9 图 2.4：20µm 以下的电厂粉煤灰，显示了颗粒如何呈现完美的球形并且倾向于相互粘附（Lethabo 发电站）。10 图 2.5：显微照片显示了从最小颗粒到最大球体的尺寸范围，其尺寸范围都在 100µm 以下。形状畸形的球体通常是空心的，从最右边已经裂开的球体可以看出（Lethabo 发电站）。11 图 2.6：显微照片显示了尺寸范围 > 100µm 的颗粒。这里除了球体之外，还可以看到更多不规则颗粒，这些球体是半燃煤或焦炭的大颗粒（Lethabo 发电站）。11 图 3. 1：A/SI 304 不锈钢和碳钢的损耗与温度关系，注意两种材料损耗峰值的位置和大小 [BJ。23 图 3. 2：两种不同钢的损耗与温度关系，无论粒子撞击速度如何，它们的峰值损耗都发生在同一温度下 [51}。23 图 3. 3：侵蚀主导行为状态的定位以及向腐蚀主导行为的转变 [BJ。25 图 3.4：Ninham 等人使用的典型流化床装置 [51}。 28 图 3.5：侵蚀速率与涂层厚度的关系图，显示随着涂层厚度的增加，抗侵蚀性能增强 [73] 37 图 3.6：Shui 等人的图表清楚地说明了随着温度的增加，侵蚀速率呈上升趋势。 图 3.7：氮化和碳化试样的侵蚀速率与温度的关系图，显示温度对侵蚀速率的影响较弱 [78] 。 40 图 3.8：几种爆炸枪涂层的侵蚀速率与温度的关系图，显示侵蚀速率对温度的依赖性更强 [BO] 41 图 4.1：高温侵蚀磨损装置图。编号特征（1）-（7）与装置照片中的特征相对应。 46 图 4.2：腐蚀装置的照片：（1）气体火焰，（2）预热室，（3）腐蚀进料器，（4）加速管。 47 图 4.3：（a）测试部分，附接到室盖板上，以便于测试后快速取出样品。（b）测试部分插入的样品室（5）。48 图 4.4：冷却部分（6）与旋风分离器和排气管（7）相连。可以看出排气管如何有效增加旋风出口管的高度。 49 图 4.5：显示重要尺寸的旋风图。 64 图 4. 6：200°G 运行期间仪器上各个位置的温度与时间的关系图。 67 图 4. 7：500°G 运行中，仪器上不同位置的温度与时间的关系图。 68 图 4.8：几种不同空气供应压力下样品最终温度与气体调节器供应压力的关系。引用的空气压力是压力调节器上显示的单位，其中 1 bar= 1 个大气压以上，即 2.026x10 5 Nm· 2 • 69 图 4.9：106-125 µm SiC 颗粒在 2.5 kg .m· 通量下颗粒和气体速度与供应压力的关系
锅炉管钢的高温冲蚀磨损
图 2.1：典型双程粉状燃料锅炉厂示意图。5 图 2.2：为 640 MW 汽轮机供气的锅炉轮廓，显示了气体温度状态以及典型双程锅炉中经历的平均气体速度。8 图 2.3：南非 Hendrina 发电站的粉煤灰粒度分布。9 图 2.4：20µm 以下的电厂粉煤灰，显示了颗粒如何呈现完美的球形并且倾向于相互粘附（Lethabo 发电站）。10 图 2.5：显微照片显示了从最小颗粒到最大球体的尺寸范围，其尺寸范围都在 100µm 以下。形状畸形的球体通常是空心的，从最右边已经裂开的球体可以看出（Lethabo 发电站）。11 图 2.6：显微照片显示了尺寸范围 > 100µm 的颗粒。这里除了球体之外，还可以看到更多不规则颗粒，这些球体是半燃煤或焦炭的大颗粒（Lethabo 发电站）。11 图 3. 1：A/SI 304 不锈钢和碳钢的损耗与温度关系，注意两种材料损耗峰值的位置和大小 [BJ。23 图 3. 2：两种不同钢的损耗与温度关系，无论粒子撞击速度如何，它们的峰值损耗都发生在同一温度下 [51}。23 图 3. 3：侵蚀主导行为状态的定位以及向腐蚀主导行为的转变 [BJ。25 图 3.4：Ninham 等人使用的典型流化床装置 [51}。 28 图 3.5：侵蚀速率与涂层厚度的关系图，显示随着涂层厚度的增加，抗侵蚀性能增强 [73] 37 图 3.6：Shui 等人的图表清楚地说明了随着温度的增加，侵蚀速率呈上升趋势。 图 3.7：氮化和碳化试样的侵蚀速率与温度的关系图，显示温度对侵蚀速率的影响较弱 [78] 。 40 图 3.8：几种爆炸枪涂层的侵蚀速率与温度的关系图，显示侵蚀速率对温度的依赖性更强 [BO] 41 图 4.1：高温侵蚀磨损装置图。编号特征（1）-（7）与装置照片中的特征相对应。 46 图 4.2：腐蚀装置的照片：（1）气体火焰，（2）预热室，（3）腐蚀进料器，（4）加速管。 47 图 4.3：（a）测试部分，附接到室盖板上，以便于测试后快速取出样品。（b）测试部分插入的样品室（5）。48 图 4.4：冷却部分（6）与旋风分离器和排气管（7）相连。可以看出排气管如何有效增加旋风出口管的高度。 49 图 4.5：显示重要尺寸的旋风图。 64 图 4. 6：200°G 运行期间仪器上各个位置的温度与时间的关系图。 67 图 4. 7：500°G 运行中，仪器上不同位置的温度与时间的关系图。 68 图 4.8：几种不同空气供应压力下样品最终温度与气体调节器供应压力的关系。引用的空气压力是压力调节器上显示的单位，其中 1 bar= 1 个大气压以上，即 2.026x10 5 Nm· 2 • 69 图 4.9：106-125 µm SiC 颗粒在 2.5 kg .m· 通量下颗粒和气体速度与供应压力的关系