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[讨论] 生物能源化工的另一种选择

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前几天出差时,突然间想到的,特此写下,希望行家帮着分析分析,看是否可行,大家讨论讨论。

现在,对于[wiki]煤炭[/wiki]气化炉方面的研究已经不少,而且现在国产的煤炭气化炉已经相当成熟了,现在通过煤炭气化,合成气制备甲醇,合成气制备汽油、柴油(间接法煤制油),合成气制烯烃,甲醇制烯烃等等都有工业化的了,技术相对成熟。

考虑到生物也都是碳水化合物,其主要元素也是C、H、O等,如果将植物纤维、木柴等粉碎、磨粉,通过一定的物质、一定比例的掺混,进入气化炉,得到合成气,合成气经过净化等,可以走现在煤[wiki]化工[/wiki]的产品路线。这样生物能源化工就能够两条腿走路,而且,从现在的条件来看,这条路线可能更成熟些。

**科学院青岛生物能源所有个气化炉课题组,不知道是不是涉及这方面?

发个附件,上面有关于此话题的相关介绍

探讨一下,起个抛砖引玉作用,咱们川友中藏龙卧虎,希望大家知无不言,言无不尽,我一定重重加分。

[ 本帖最后由 chivine 于 2008-10-31 16:52 编辑 ]

 

发表于 2008-4-19 13:41:39

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这个说法好像不多见,如果将木质纤维素等碳化,然后再进行气化,是不是更可行呢?

 

发表于 2008-4-19 15:35:46

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Peterpaul彼得保罗
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热化学法生产生物油燃料

热化学法生产生物油燃料

  生物质热化学法液化技术根据其原理主要可分为快速热解液化和加压液化,2种技术都已有20多年的发展历史。

2.1  快速热解液化

  生物质快速热解液化是在传统裂解基础上发展起来的一种技术,相对与传统裂解,它采用超高加热速率(102~104K/s),超短产物停留时间(0.2~3s)及适中的裂解温度,使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子,使[wiki]焦炭[/wiki]和产物气降到最低限度,从而最大限度获得液体产品。这种液体产品被称为生物质油(bio-oil),为棕黑色黏性液体,热值达20~22 MJ/kg,可直接作为燃料使用,也可经精制成为化石燃料的替代物。因此,随着化石燃料资源的逐渐减少,生物质快速热解液化的研究在国际上引起了广泛的兴趣。自1980年以来,生物质快速热解技术取得了很大进展,成为最有开发潜力的生物质液化技术之一。国际能源署组织了美国、加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国等国的10多个研究小组进行了10余年的研究与开发工作,重点对该过程的发展潜力、技术经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了调研,认为生物质快速热解技术比其他技术可获得更多的能源和更大的效益[16]。

  世界各国通过反应器的设计、制造及工艺条件的控制,开发了各种类型的快速热解工艺。几种有代表性的工艺介绍如下[16-22],各装置的规模、液体产率等参数列于表1,各工艺的示意图参见文献[16,18,21]。

    (1)荷兰Twente大学开发的旋转锥式反应工艺(Twente rotating cone process),不用载气,不仅大大减少了装置体积,而且减轻了冷凝器负荷,液化效率较高。生物质颗粒与惰性热载体一起加入旋转锥底部,沿着锥壁螺旋上升过程中发生快速热解反应,但其最大的缺点是生产规模小,能耗较高[16-17]。我国的沈阳农业大学1995年从荷兰BTG集团引进了一套规模为10 kg/h的装置,以德国松木粉为原料,反应温度600℃,进料速率34.8kg/h的条件下,液体产率为58.6[wiki]%[/wiki][18]。

    (2)美国Georgia 工学院(GIT)开发的携带床反应器(entrained flow reactor),以丙烷和空气按照化学计量比引入反应管下部的燃烧区,高温燃烧气将生物质快速加热分解,当进料量为15kg/h,反应温度745℃时,可得到58%的液体产物,但需要大量高温燃烧气并产生大量低热值的不凝气是该装置的缺点,这一缺点**了其使用[19-20]。

    (3)加拿大Ensyn工程师协会开发研制的循环流化床工艺(circulating fluid bed reactor)在意大利的Bastardo建成了650kg/h规模的示范装置,在反应温度550℃时,以杨木粉作为原料可产生65%的液体产品。该装置的优点是[wiki]设备[/wiki]小巧,气相停留时间短,防止热解蒸汽的二次裂解,从而获得较高的液体产率。但其主要缺点是需要载气对设备内的热载体及生物质进行流化。 Ensyn也在芬兰安装了20kg/h的小规模装置[21-22]。加拿大的Waterloo大学开发了近似的闪速热解工艺(WFPP),装置规模由 5~250kg/h,最高液体产率可达75%[16,22]。我国的**科学院广州能源研究所(GIEC)也自主研制了生物质循环流化床液化小型装置,以石英沙作为循环介质,木粉进料速率为5kg/h,反应温度500℃左右,可取得63%的液体产率[23]。

  (4)美国国家可再生能源实验室(NREL)开发了涡旋反应器(vortex reactor),反应管长0.7m,管径0.13m,生物质颗粒由氮气加速到1200m/s,由切线进入反应管,在管壁产生一层生物油并被迅速蒸发。目前建成的最大规模的装置为20kg/h,在管壁温度625℃时,液体产率可达5%[18,24]。

   (5)与其他几种常压操作的反应器不同,加拿大Laval大学开发的多层真空热解磨反应器(multiple hearth reactor)则是在1 kPa的负压下操作的,反应原料由顶部加入,床顶层温度为200℃,底层温度400℃,由于热解蒸汽停留时间很短,大大减少了二次裂解,当木屑加入量为 30kg/h时,液体产率为65%。其缺点是需要大功率的真空泵,价格高、能耗大,放大困难[18,20,25]。

  总之,在上述生物质快速裂解技术中,循环流化床工艺被使用的最多,而且评价也很高。该工艺具有很高的加热和传热速率,且处理量可以达到较高的规模,目前来看,该工艺取得的液体产率最高。热等离子体快速热解液化是最近出现的生物质液化新方法,它采用热等离子体加热生物质颗粒,使其快速升温,然后迅速分离、冷凝,得到液体产物,我国的山东工程学院开展了这方面的试验研究[26]。

          表1   6种快速热解装置典型试验结果比较

装置 Twente GIT Ensyn GIEC NREL Laval
规模/kg·h-1 10 50 650 5 20 30
颗粒直径/mm 2 0.5 0.2 0.4 5 10
温度/℃ 600 500 550 500 625 400
压力 常压 常压 常压 常压 常压 常压
蒸汽停留时间/s 0.5 1.0 0.4 1.5 1.0 3.0
液体质量产率/% 70 60 65 63 55 65
含水质量分数/% 25 29 16 20 15 18
高位热值/ MJ·kg-1 17 24 19 22 20 21


  虽然欧美等发达国家在生物质快速裂解的工业化方面研究较多,但生物质快速热解液化理论研究始终严重滞后,在很大程度上制约了该技术水平的提高与发展。在生物质热解机理研究方面,目前国内外对其主要组分纤维素的热解模型已进行了较深入的研究,并取得许多研究成果[27-30]。但对其他主要组分半纤维素和木质素热解模型的研究还十分欠缺,对其过程机理还缺乏深入的认识,现有的各种简化热解动力学模型还远未能全面描述热解过程中各种产物的生成,离指导工程实际应用还有相当的距离。这是由于生物质本身的组成、结构和性质非常复杂,而生物质的快速热解更是一个异常复杂的反应过程,涉及许多的物理与化学过程及其相互影响。因此,建立一个比较完善和合理的物理、数学模型来定性、定量地描述生物质的快速热解过程,将是未来热解液化机理研究的主要目标。

2.2  加压液化

  生物质加压液化是在较高压力下的热转化过程,温度一般低于快速热解,该法始于 20世纪60年代,当时美国的Appell等人将木片、木屑放入Na2CO3溶液中,用CO加压至28MPa,使原料在350℃下反应,结果得到40% ~50%的液体产物,这就是著名的PERC法[4]。近年来,人们不断尝试采用H2加压,使用溶剂(如四[wiki]氢[/wiki]萘、醇、酮等)及[wiki]催化剂[/wiki](如Co-Mo、Ni- Mo系加氢催化剂)等手段,使液体产率大幅度提高,甚至可以达80%以上,液体产物的高位热值可达25~30MJ/kg,明显高于快速热解液化(见表 1)。我国的华东理工大学在这方面作了不少研究工作,取得了一定的研究成果[10,31-32]。超临界液化是利用超临界流体良好的渗透能力、溶解能力和传递特性而进行的生物质液化,最近欧美等国正积极开展这方面的研究工作[33]。和快速热解液化相比,目前加压液化还处在实验室阶段,但由于其反应条件相对温和,对设备要求不很苛刻,在规模化开发上有很大潜力。

2.3  生物质液化产物的性质及应用

  生物质液化有气、液、固3种产物,气体主要由H2、CO、CO2、CH4及 C2~4烃组成,可作为燃料气;固体主要是焦炭,可作为固体燃料使用;作为主要产品的液体产物又称为生物油,为棕黑色黏性液体,有较强的酸性,组成复杂,以碳、氢、氧元素为主,成分多达几百种,最多的组分含量不超过10wt%[34]。从组成上看,生物油是水、焦及含氧有机化合物等组成的一种不稳定混合物,包括有机酸、醛、酯、缩醛、半缩醛、醇、烯烃、芳烃、酚类、蛋白质、含硫化合物等,实际上,生物油的构成是裂解原料、裂解技术、除焦系统、冷凝系统和储存条件等因素的复杂函数[35]。

  生物质转化为液体后,能量密度大大提高,可直接作为燃料用于内燃机,热效率是直接燃烧的4倍以上。但是,由于生物油含氧量高(约35wt%),因而稳定性比化石燃料差,而且[wiki]腐蚀[/wiki]性较强,因而**了其作为燃料使用。虽然通过加氢精制可以除去O,并调整C、H比例,得到汽油及柴油,但此过程将产生大量水,而且因裂解油成分复杂,杂质含量高,容易造成催化剂失活,成本较高,因而降低了生物质裂解油与化石燃料的竞争力。这也是长期以来没有很好解决的技术难题。生物油提取高价化学品的研究虽然也有报道,但也因技术成本较高而缺乏竞争力 [7]。
   
3 结论与建议

  生物质液化技术主要包括生物化学法制造燃料乙醇和热化学法生产生物油,热化学法又可分为快速热解液化和加压液化。随着化石燃料资源的逐渐减少,生物质液化的研究在国际上引起了广泛的兴趣。经过近30年的研究与开发,车用燃料乙醇的生产已实现产业化,快速热解液化已达到工业示范阶段,加压液化还处于实验研究阶段。我国生物质资源丰富,每年可利用的资源量达50亿t,仅农作物秸秆就有 7亿t,但目前大部分作为废弃物没有合理利用,造成资源浪费和[wiki]环境[/wiki]污染。如果将其中的50%采用生物质液化技术转化为燃料乙醇和生物油,可以得到5亿 ~10亿t油当量的液体燃料,基本能够满足我国的能源需求。因此,发展生物质液化在我国有着广阔的前景。
对纤维素生物酶法糖化发酵工艺的关键问题进行攻关,是今后生物质生产燃料乙醇的发展方向,一旦取得技术经济突破,将会带来生物质燃料乙醇的大发展。
我国在生物质快速热解液化及加压液化方面的研究工作还很少,与国际先进水平有较大差距,需要加强此项研究,特别是反应机理及其数学模型的研究。开发生物油精制与品位提升新工艺,降低生产成本是生物质热化学法液化进一步发展,提高与化石燃料竞争力的关键。

 

发表于 2008-4-19 17:05:35

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生物质热化学转换技术

生物质热化学转换技术



作    者: 刘荣厚
I S B N: 7502571728
页    数: 240
开    本: 大16开
封面形式: 简裝本
出 版 社: 化学工业出版社
出版日期: 2005-7-1
定    价: 30元
现 卖 价: 26.4 元(1星会员价)
26.1 元(2星会员价)
25.5 元(3星会员价)
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内容简介  本书目录
            
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生物质热化学转换技术 内容简介
本书全面系统地介绍了生物质热化学转换技术的概念、分类,生物质的物理化学特性,生物质直接烯烧技术,生物质压缩成型和炭化技术,生物质气化技术等内容。
生物质热化学转换技术 本书目录
第一章 生物质热化学转换技术概述及特性
第一节 生物质热化学转换技术概述
一、开发生物质能的意义
二、生物质热化学转换技术分类
第二节 生物质的化学组成
一、生物质的化学组成
二、纤维素
三、半纤维素
四、木质素
第三节 生物质燃料的工业分析和基
一、生物质的工业分析组成和元素分析组成
二、生物质的工业分析
三、燃料的基准及不同基成分的换算
第四节 生物质的元素分析
一、元素分析
二、碳、氢含量测定原理
三、硫含量测定
四、氮含量测定
五、磷和钾含量测定
六、氧含量测定
第五节 燃料的热值
一、燃料热值的定义
二、燃料热值的表示方法
三、燃料热值的估算
第六节 生物质的物理特性和热性质
一、粒度、形状和粒度分布
二、密度和堆积密度
三、摩擦和流动特性角
四、比热容
五、导热性
第二章 生物质的直接燃烧
第一节 生物质燃烧的反应热力学和化学平衡
一、燃烧热力学
二、化学反应平衡
第二节 生物质燃烧反应动力学
一、异相化学反应速度
二、生物质的燃烧过程
三、完全燃烧的条件
第三节 生物质燃烧的物质平衡与能量平衡
一、生物质燃烧过程的物质平衡计算
二、燃烧装置的热平衡
第四节 省柴灶
一、我国旧式柴灶存在的弊病
二、省柴灶结构
三、柴灶的节 能途径
四、省柴灶的设计
五、省柴灶实例
第五节 炕连灶和燃池
一、炕连灶
二、燃池
第三章 生物质压缩成型和炭化技术
第一节 生物质压缩成型的发展
一、生物质压缩成型的概念
二、生物质压缩成型技术的发展
第二节 生物质压缩成型原理
一、生物质压缩成型原理
二、生物质压缩成型的主要影响因素
第三节 压缩成型的工艺与技术
一、生物质压缩成型的工艺类型
二、生物质压缩成型技术
第四节 成型燃料的物理特性及燃料性能
一、密度
二、耐久性
三、热值
四、燃烧性能
第五节 生物质炭化技术
一、概述
二、炭化炉的分类、构造及操作运行
三、不同炭化炉的性能比较
四、实例
第四章 生物质气化技术
第一节 生物质气化技术的发展
第二节 生物质气化原理
一、生物质气化的反应过程
二、气化反应动力学
第三节 气化过程的指标及其影响因素
一、气化过程的指标
二、气化过程中的影响因素
第四节 气化工艺、气化设备与工作原理
一、气化工艺
二、气化设备与工作原理
第五节 生物质气化的应用
一、集中供气系统
二、气化发电系统
第五章 生物质热裂解机理及反应动力学
第一节 生物质热裂解机理及影响因素
一、生物质热裂解的概念
二、生物质热裂解反应机理
三、影响生物质热裂解过程及产物组成的因素
第二节 生物质热裂解工艺类型及研究开发现状
一、生物质热裂解工艺类型
二、生物质热裂解液化技术的工艺流程
三、生物质热裂解液化技术研究及开发现状
四、生物质热裂解液化反应器的类型
第三节 生物质热裂解特性及反应动力学研究
一、前言
二、生物质热裂解特性
三、生物质热裂解反应动力学研究
第六章 生物质热裂解液化技术
第一节 旋转锥反应器生物质闪速热裂解液化装置
一、旋转锥反应器简要介绍
二、旋转锥反应器生物质闪速热裂解装置的组成及工作原理
三、旋转锥反应器生物质闪速热裂解液化物质与能量平衡
第二节 流化床反应器生物质闪速热裂解液化装置
一、装置组成及热裂解工艺过程
二、生物质与沙子混合体系的常温流态化试验(冷态试验)
三、生物质热裂解液化试验
第三节 国外典型生物质热裂解液化装置
一、旋转锥
二、流化床
三、循环流化床
四、引流床
五、真空移动床
六、烧蚀反应器
第四节 生物油的特性
一、生物油组成成分
二、生物油的典型特性
三、生物油的精制
第五节 生物油的应用
一、概述
二、生物油用于燃烧
三、涡轮机发电
四、生物油作为柴油机代用燃料
五、生物油制取化学品
六、生物油制取胶黏剂
 七、农业废弃物热裂解循环利用制取缓释肥
 八、不可冷凝气体及木炭的应用
参考文献

 

发表于 2008-4-19 17:12:39

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chivine楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP新加坡Singtel通信公司
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能不能将电子版的书发上来大家共享一下。

 

发表于 2008-4-20 09:11:43

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zhian008VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP福建省
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理论上可以,但是实际操作起来,按照装置价格,原料价格,加工成本等因素计算一下,看看成本,综合考虑,可能就不合算了,还有就是具体操作技术方面,需要考虑的细节还较多

 

发表于 2008-4-21 09:54:52

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wakjbVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP河北省
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楼主的意思是不是生物质气化?
生物质气化方面在国内有不少单位在做,其中据我所知,中科院广州所,青岛所和山东的一家研究所都有相关技术,广州所的技术比较早些,其中有部分工业装置,青岛所刚成立,其主持是位瑞典归国大牛,不过印象中其国内气化装置仍属于小型化试验水平。
至于走煤化工的路线,我不太内行。不过对于生物质气化工业技术,在国内来说今后的空间还很大……

 

发表于 2008-4-21 10:41:24

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广东绿迷VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP广东省
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节目名:(德国节约能源开发生物能源保护环境).rmvb

这是在我的硬盘保存的东西可能对大家有帮助

电骡下载:106M

节目名:(德国节约能源开发生物能源保护环境).rmvb

地址:
[BBsee]銆婂嚖鍑板ぇ瑙嗛噹銆2008骞01鏈07鏃.鍦扮悆鐨勫嵄鏈猴紙涓锛夛紙寰峰浗鑺傜害鑳芥簮寮鍙戠敓鐗╄兘婧愪繚鎶ょ幆澧冿級.rmvb (106.79 MB)

 

发表于 2008-4-21 20:24:17

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chivine楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP新加坡Singtel通信公司
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9楼的朋友,你留的这个地址连不上呀。

 

发表于 2008-4-28 08:38:31

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wakjbVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP河北省
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链接地址是BBsee的德国生物能源开发的视频,楼上感兴趣可以去BBsee搜一下

 

发表于 2008-4-28 11:22:11

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chirelionVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP山西省
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生物质气化技术,中科院山西煤化所有老师在做,专门搞的就是生物质气化炉的。青岛生物能源所也在做,但是可能是因为刚建所的原因,老师经常不在。感兴趣可以和这两个所的老师联系。

 

发表于 2008-4-29 16:28:45

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广东绿迷VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP广东省
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原帖由 chivine 于 2008-4-28 08:38 发表
9楼的朋友,你留的这个地址连不上呀。



应该可以链得上,把地址复制粘贴在IE地址栏转到就行了.

 

发表于 2008-4-29 20:32:32

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广东绿迷VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP广东省
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生物质裂解装置图

生物质裂解装置图

 

发表于 2008-4-29 20:43:03

1生物质裂解装置图.jpg
2生物质裂解装置图.jpg

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chirelionVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP山西省
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建议版主开一个关于生物质热解和生物质气化方面的子版,这个课题现在也很热

 

发表于 2008-5-4 11:12:52

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foodywVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP广西壮族自治区
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如此一来,对于现有农产品加工的废渣都可能利用得起来,创造效益,减少污染。生物技术真的是一门造福人类的技术。中国在这一块还相当滞后,希望能在论坛中互相交流。支持论坛建设,支持国家建设!

 

发表于 2008-5-6 08:51:13

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这方面在国际上有一个联合了几个国家的国际组织,忘记了教什么名字了.等查到了再发上来.在国外,象瑞典荷兰等,搞的很好了,都研究了不同的反应床等

 

发表于 2008-5-7 14:23:38

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wuyimingqgxyVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP河南省
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这种想法很好,成本也许太高。走工业化道路也许还要一断时间。

[ 本帖最后由 accelergy 于 2008-6-1 09:58 编辑 ]

 

发表于 2008-5-8 10:15:01

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uwayVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP浙江省
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生物质能量密度太低!

生物质能量密度太低,而且一般含有水!
所以用来作能源并不合适!
现在提出的生物质超临界水制氢可能是一种有效的利用方法,
特别是和煤液化一起联合起来很有搞头!

 

发表于 2008-5-23 14:32:40

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chivine楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP新加坡Singtel通信公司
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现在在搞这方面研究的科研单位很多,象山东大学,山东理工大学都在搞。上次去看了看,好像搞的很热乎,但是看不到太多的工业生产实用价值。高校感觉还是以培养学生和**文为主。
制氢这一块,天津大学也一直在搞,从其发的文章来看,好像搞的还可以。但具体的情况就不太清楚了。

 

发表于 2008-5-24 11:03:03

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