水合物法高效储存二氧化碳气体的实验研究

在小型水合物反应装置上对CO2水合物的生成特性进行了实验研究,探讨不同种类的添加剂对水合物快速生成特性的影响。实验表明,CO2在纯水体系中生成速度缓慢,通过添加十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate, SDS),可以促进水合物的生成,浓度越高,效果越好;而添加剂四氢呋喃(tetrahydrofuran,THF)对CO2水合物生成的影响不大。但浓度为0.3%的SDS和4%的THF两者混合后却对CO2水合物的生成起到了显著的改善效果。反应釜内气体压降达到2.11 MPa,是相同反应时间内0.3%SDS浓度时压降的2.7倍,生成的CO2水合物量多而密实。在混合添加剂的基础上,通过搅拌可以使系统提前约100 min完成反应。     

机械强化制备二氧化碳水合物的特性研究

搅拌是促进CO2水合物快速制备的1种有效的机械强化方法。为提高水合物的生成速率并且降低能耗,在小型高压水合物反应装置上实验研究不同搅拌时机对CO2水合物生成特性的影响。结果发现,搅拌可以大大提高CO2的溶解速率,使CO2气体在3 min内即可达到溶解饱和。此外,水合物生成过程中搅拌时机的选择也非常关键。研究发现,仅在气体溶解和降温成核过程中实施35 min的搅拌不仅可以显著提高CO2水合物的生成速率,而且大大缩短了搅拌时间,与静态反应系统相比,能耗可降低86%。     

温度扰动促进CO_2水合物生成特性的实验研究

根据水合物相区CO2气体溶解度的双重特性,在小型实验装置上研究了温度扰动对CO2水合物生成特性的影响。结果表明,纯水体系中实施温度扰动可以有效促进水合物的快速生成,气体压降提高了30%。在含0.3%十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)添加剂体系中采用温度扰动的促进效果更加明显,且生成量增多,反应更彻底。反应结束时的剩余气体压力非常接近设定温度下的的相平衡压力,系统的气体压降是未扰动的2.6倍。研究还发现,选择合适的温度扰动时机能够在很大程度上进一步缩短水合物的生成时间。     

水合物法分离混合气中二氧化碳的实验研究

在小型水合物反应装置上研究了纯水、四氢呋喃(THF)、四丁基溴化铵(TBAB)3种不同体系对二氧化碳水合物生成动力学特性的影响。结果表明THF体系中水合物生成的诱导时间最短,在6~15℃较高的反应温度下仍可以显著改善CO_2水合反应体系的相平衡条件。在4.5~6MPa,0.5~6℃条件下,研究了混合添加剂THF/SDS体系中CO_2/N_2混合气水合物生成特性及其分离效果。结果发现,9%THF体系中加入0.3%SDS可以进一步缩短水合反应诱导时间,增大水合反应系统压降,提高了水合物的储气量,与单一THF体系相比,CO_2的回收率提高了近10%。研究表明THF/SDS混合添加剂可在较高操作温度下改善CO_2/N_2的分离效果,降低分离能耗。     

不同气压下SF_6的局部放电分解特性

为了获取不同气压下SF6的局部放电(PD)分解特性及其变化规律,在搭建的试验研究平台上,开展了不同气压下SF6的PD分解特性实验。实验中,采用气相色谱仪和气质联用仪对分解生成的特征组分进行了定量测定。根据实验结果,分析了特征组分的变化规律及气压变化造成的影响。实验结果表明:随着气压的增加,特征组分CO2、SO2、SOF2的生成速率会明显减小,且SOF2的变化最为显著,但特征组分SO2F2的生成速率仅略微降低,进而对诊断故障的特征比值φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)有较大的影响。为此,提出一种影响不明显的特征比值φ(SO2F2+SOF2+SO2)/φ(CO2)作为故障诊断的新特征量。     

固硫中间产物CaS生成反应动力学研究

在层燃炉和煤粉炉的燃烧固硫过程中,钙基固硫剂的固硫产物主要是CaSO_4和CaS,其中CaS的生成特性对燃煤锅炉的脱硫有很大影响。文中对CO气氛下CaSO_4转化成固硫中间产物CaS的特性进行了热力学分析,并利用热重与红外光谱分析法进行了CaS生成反应特性实验。结果表明：CaS的生成反应优先于CaSO_4的分解反应,CO浓度改变对CaS生成过程的影响不大,但低浓度CO会导致CaSO_4的分解反应提前,CaS的转化率也略低。建立了CaS生成反应动力学,得到CO气氛下CaS的生成反应为1/2阶化学反应,指前因子为5．69×10~(12),表观活化能为461．37kJ/mol。     

电极材料对SF_6局放分解特征组分生成的影响

金属材料的化学活性会直接影响SF6在局部放电作用下的分解过程,掌握其影响规律是建立基于SF6分解特性的故障诊断方法必须解决的关键问题之一。为此,利用铝、铜和不锈钢3种金属材质的针电极与不锈钢板电极构成常见的金属突出物绝缘缺陷模型,在建立的SF6放电分解试验平台上进行了96 h局部放电分解试验,采用气相色谱法测定了CF4、CO2、SO2F2和SOF2主要分解特征组分。结果包括:金属电极材料对CO2的生成几乎没有影响,但对SO2F2和SOF2的生成速率有较大影响。分析认为主要原因在于化学活性越强的金属材料与SF6分解产生的低氟硫化物及氟原子发生反应的速率越高,产生的SF2和SF4越多,进而促使生成更多的SO2F2和SOF2。因此,在利用SF6分解特性对气体绝缘设备进行绝缘状态监测及故障诊断时,必须综合考虑故障点金属材料的差异对其造成的影响。     

尿素溶液高温热分解特性的实验研究

在一管式石英反应器上实验研究了尿素溶液的高温热分解特性以及添加Na2CO3后对相关因素的影响,实验结果表明:保持很高的尿素有效分解率时所能达到的HNCO水解率很低;尿素初始浓度、氧含量对尿素有效分解率无显著影响,而氧含量对热解气中NH3或HNCO比例也无明显影响;氧气在高温下将部分热解气体氧化成了NO,而在一定温度时的自身选择性非催化还原作用产生了部分N2O;Na2CO3可以有效地促进HNCO的水解,添加Na2CO3时,停留时间的延长,提高了HNCO的水解率,降低了HNCO水解反应所需的温度,并且停留时间越大,温度对HNCO水解率的影响就越小,而较低温度工况HNCO水解率对停留时间的敏感度相对更大。     

填料塔中氨水脱除模拟烟气中CO2的实验研究

为缩减燃煤电厂 CO2的排放量,利用氨水在填料塔内喷淋吸收模拟烟气中的 CO2,完成了对 CO2连续脱除的实验研究。分别研究氨水浓度、CO2体积浓度、模拟烟气温度、吸收液pH值、进气口气体流量等因素对CO2脱除效率的影响。实验结果表明： CO2脱除效率随氨水浓度的增大而增大;随 CO2体积浓度的增大而减小;随吸收液pH的减小,CO2脱除效率不断降低;当模拟烟气温度从35~40℃时CO2脱除率逐渐升高,从40~45℃反而降低;进气口气体流量越大,CO2脱除效率越低。与喷淋塔相比,填料塔更能提高脱除效率。     

SO_2对钾基吸收剂干法脱除CO_2反应的影响机制

对钾基吸收剂在含有微量SO2气氛下的碳酸化反应特性进行研究。利用热重分析仪(thermogravimetric apparatus,TGA)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)以及硫酸钡重量法分析了烟气中的SO2对KHCO3分解生成的K2CO3吸收CO2的影响,导出了反应方程式。在含有微量SO2的模拟烟气中,K2CO3反应的产物为KHCO3和少量K2SO3。K2SO3的生成直接影响到K2CO3的利用效率以及循环利用次数。KHCO3、K2CO3·1.5H2O均不与SO2单独发生反应。K2CO3与SO2反应缓慢,其产物为K2SO3;K2CO3与SO2和H2O的反应中,除有K2CO3·1.5H2O生成外,也有K2SO3和K4H2(CO3)3·1.5H2O生成,水蒸气的存在加速了分析纯(nalytical reagent,AR)K2CO3的失效过程。     

气压对SF_6局部过热分解的影响特性

为获取气压对SF_6局部过热分解的影响特性,通过实验研究了故障温度为400℃、气压为0.2~0.5 MPa的SF_6局部过热分解特性,并结合粒子反应碰撞理论分析了气体压强对SF_6分解特征组分生成过程的影响作用机制及影响规律。研究结果表明:随着气压的增加,单位体积内的各种分子的有效碰撞频次增加,进而提高了生成CO_2、SO_2F_2、SOF_2、H_2S和SO_2的化学反应的速率,使得各特征分解组分的摩尔浓度均随着气压的升高而增长;气压的升高对不同分解组分有不同程度的促进作用,其中对SO_2F_2生成的促进作用最为显著;气压对特征组分的有效产气速率的影响规律明显,同时,SO_2F_2/SOF_2和SO_2F_2/(SO_2+SOF_2)两组有效特征组分比值均与气压呈正线性相关。以上研究结果可为将来采用SF_6气体组分分析法(DCA)对SF_6气体绝缘装备进行绝缘状态监测提供支撑。     

O_2/CO_2气氛下煤种对燃煤PM_(2.5)形成的影响

采用管式炉和荷电低压撞击器(electrical low pressure-impactor,ELPI)研究了4种煤粉在O2/CO2条件下燃烧后生成的PM2.5排放特性,并对空气和O2/CO2气氛下PM2.5的排放特性进行了比较。结果表明:不同煤粉在O2/CO2气氛下燃烧后,所产生的PM2.5质量浓度均呈双峰分布,峰值分别在0.1和2μm左右;S在亚微米颗粒上明显富集,而在超微米颗粒上含量相对较少;K和Na在亚微米颗粒上含量比在超微米颗粒上高一些;Si和Ca在亚微米颗粒上含量相对较少,而在超微米颗粒上含量相对较多;Fe在亚微米和超微米颗粒上含量相当。分析认为,不同煤粉中组分形式和含量的不同,影响了煤粉燃烧后PM2.5形成的过程,造成PM2.5排放特性的不同。从PM2.5的粒径分布、元素分布和形貌分析可知,和空气气氛相比,O2/CO2气氛不影响PM2.5的生成机制,但影响其粒径分布。     

O2/N2和O2/CO2氛围下丙烷层流扩散火焰中碳烟生成数值模拟

富氧燃烧因其在强化燃烧和减少污染物排放方面的优势,被认为是一种极具潜力的清洁燃烧和碳捕集技术。基于有限速率化学反应模型,采用GRI-Mech3.0气相反应机理结合详细的热力学及输运数据,数值研究了2种富氧条件下丙烷同向流动扩散火焰中碳烟的生成,构建非反应性物质FCO2,探究了CO2化学效应对丙烷火焰碳烟生成的影响。结果表明:随着氧体积分数的增加,火焰温度和碳烟体积分数显著增加,火焰高度显著降低,但与O2/N2相比,O2/CO2氛围下火焰温度和碳烟体积分数显著降低,火焰高度显著增加;O2/CO2氛围下通过CO2热效应和化学效应影响火焰形态并降低关键组分H、OH自由基和C2H2的摩尔分数,CO2主要通过降低H自由基摩尔分数从而影响碳烟质量成核率和表面生长速率,而不是通过促进碳烟氧化过程来抑制碳烟的生成。     

CO_2气氛对烟煤热解过程的影响

采用热重–傅里叶红外联用的方法研究徐州烟煤在Ar、N2和CO2气氛下的热解特性,考察CO2气氛下反应终温和升温速率对其失重和气体析出特性的影响。结果表明,CO2气氛对煤热解的影响主要在高温区,表现为对煤中碳酸盐分解的抑制作用和对煤焦的气化作用。反应终温900℃时,CO2气氛下CH4和C2H6的析出量较Ar和N2气氛下小,而CO析出量较大。CO2气氛下反应终温由700℃上升到1000℃,CH4和C2H6的析出量略有升高,CO析出量显著升高;升温速率提高,CH4、C2H6和CO析出量降低。     

锅炉给水中杂质对炉水pH值的影响研究

锅炉给水中的杂质会影响炉水pH值,而炉水pH值是表征锅炉水化学优劣的关键性指标.对于一个采用amg/L Na3PO4 bmg/L NH3 cmg/L NaOH碱化剂的炉水控制体系,主要讨论在炉水中存在dmg/L H2SO4 emg/L CH3COOH fmg/L CO2 gmg/L SiO24种杂质时炉水pH值的计算方法,得到通用的pH值计算表达式;并以炉水平衡磷酸盐处理工况为例,计算这4种杂质在0-1 mg/L变化时,其单独或联合作用对炉水pH值的具体影响程度,以6幅图形展示计算结果,该结果可应用于炉水pH值的实际控制.     

H_2O对局部放电下SF_6分解生成特征组分的影响

为建立基于SF6分解特征组分原理的电气设备在线监测与故障诊断理论和方法,用针-板放电模型模拟了金属突出物绝缘缺陷产生局部放电(PD),使含不同微量H2O的SF6/H2O混合气体发生分解,定量测定了CF4、CO2、SO2F2和SOF2 4种特征分解组分的体积分数,得到了各特征组分体积分数、相对产气速率和能量特征比值φ(SOF)2/φ(SO2F2)随微量H2O体积分数φ(H2O)的变化规律,初步了研究φ(H2O)对各特征组分生成规律的影响机制。结果显示,φ(H2O)的增加会抑制CF4的生成,而对CO2的绝对产量和相对产气率的影响均无明显规律;SO2F2和SOF2的累积体积分数均与φ(H2O)正相关,并大致呈线性增长趋势;此外,在放电初期,SO2F2与SOF2的相对产气率均大致随着φ(H2O)的增大而减小,但在放电稳定期,却独立于φ(H2O)且趋于相同;φ(H2O)对特征组分产量比值φ(SOF)2/φ(SO2F2)也有显著的影响。实验结果为提出准确的基于SF6分解特征组分原理的在线监测与故障诊断方法提供参考。     

O2/CO2气氛下甲烷火焰中NO均相反应机理研究

氧燃烧方式下由于高浓度CO2介质的存在对煤中氮的析出以及氮氧化物的多相转化有重要影响。该文基于化学动力学分析软件CHEMKIN对O2/CO2及O2/N2气氛下甲烷燃烧均相反应体系中NO的转化行为进行模拟计算,探讨了温度、过氧系数 、CO2浓度、O2浓度、初始含N污染物组分等因素对NO形成及其还原的影响规律,采用生成率分析和敏感性分析工具分析了不同气氛富燃及贫燃条件下NO的反应机理。结果表明,2种气氛富燃及贫燃条件下NO的还原率变化规律相反,与空气气氛相比,富燃条件下O2/CO2气氛不利于NO的还原,而贫燃条件下O2/CO2气氛有利于NO还原。生成率分析表明高浓度CO2气氛能够促进NO还原并对NO的生成具有一定的抑制作用。敏感性分析表明2种不同气氛下NO的反应历程区别不大,但所发生的重要反应有明显差别;在富燃及贫燃条件下,NO反应历程有明显区别,富燃条件下NO的主要反应历程为NO->HNO->NH->N2,贫燃条件下NO的主要反应历程为NO->N->N2。     

气体绝缘开关内部固体绝缘件缺陷产气特性

为了研究固体绝缘件是否参与放电、加压时间、电极材料等因素对SF6分解气体组分及产气速率的影响,采用脉冲电流法测量GIS设备内不同绝缘缺陷在相同累积局部放电量下240 h内产气特性变化规律,分析了不同绝缘缺陷分解产物φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)、φ(CO2+CO)/φ(CF4)和φ(CF4+CO+CO2)/φ(SOF2+SO2+SO2F2)3组组分体积分数比值的数值特征。研究结果表明:电极材料影响到CO2、CO的生成量,相同缺陷类型时,铁电极CO2、CO产气量大于铜电极材料;当放电涉及到固体绝缘时,无论电极材料是铁丝或是铜丝,其φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)的值均高于母线电晕放电缺陷;φ(CO2+CO)/φ(CF4)的范围一般均在2~5之间;φ(CF4+CO+CO2)/φ(SOF2+SO2+SO2F2)的值均低于母线电晕放电缺陷。     

SO_2对碳捕集过程影响的实验研究

采用新型混合有机胺CO2吸收剂,在捕集CO2中试实验台上进行长期稳定运行实验,研究SO2对碳捕集过程的影响。实验结果表明,SO2、胺吸收剂的氧化和热降解导致CO2脱除效率随着循环反应时间的增加而逐步降低,其中SO2是主要影响因素。在O2存在的条件下,SO2浓度越高,CO2脱除效率下降越快。随着SO2不断地被胺吸收剂吸收,一方面促进了热稳定性盐的生成,另一方面使吸收剂溶液的pH值逐步降低,最终使得CO2脱除效率越来越低。与此同时,越来越多的SO42-和SO32-占据了胺吸收剂的反应位,使其与CO2的吸收反应形成竞争关系,致使CO2负载量逐步降低,以至于影响到吸收解吸过程的稳定性。采用有效的方法适时的清除SO2导致的热稳定性盐,有利于碳捕集系统吸收解吸性能的提高。     

气隙缺陷局部放电下空气分解组分特性研究

为探索一种新的开关柜局部放电(PD)检测方法——气体分析法,笔者对不同PD强度下空气分解组分特性进行了相应的模拟实验研究。利用构建的气隙绝缘缺陷模型在研制的PD分解实验平台上对空气进行24 h PD分解实验,并研究了气体分解组分、体积分数、产气速率与放电量的关联特性。实验结果表明,因气隙绝缘缺陷产生的PD导致空气分解为CO、NO、NO2、O3等组分,且各组分的体积分数增长特性有明显差异。CO和NO2气体的体积分数随工频周期内平均放电量QP的增加均呈现"线性—饱和"的增长趋势,NO2先于CO出现饱和且饱和度要低于CO。在较低PD强度下CO的产气速率与QP表现近似线性的关联性。