CuCe0.75Zr0.25Oy催化剂上CO自持燃烧实验研究

针对转炉放散煤气传统的直燃排放造成严重的能源浪费和环境污染问题,采用溶胶凝胶法制备CuCe_(0.75)Zr_(0.25)O_y新型催化剂,研究了反应气体积分数对CO自持催化燃烧的影响规律。结果表明,CO自持燃烧发生的临界条件为3%CO+3%O_2/N_2;CO与O_2体积分数的增大均促进了CO完全转化温度的提前,有利于CO自持燃烧反应的进行;随CO_2体积分数增大,导致CO完全转化所需炉温越来越高,不利于CO自持燃烧反应的进行。同时进行了CuCe_(0.75)Zr_(0.25)O_y催化剂的热稳定性实验研究,结果表明,10%CO+90%合成空气条件下,CuCe_(0.75)Zr_(0.25)O_y催化剂在100 h内具有高热稳定性,催化剂活性基本保持不变,催化剂表面反应温度保持在310.0±3.0℃。     

基于微型流化床热重分析的贵州无烟煤焦燃烧特性研究

利用微型流化床热重分析系统对贵州威赫无烟煤焦燃烧特性进行了研究,获得了不同温度、不同粒径、不同O2体积分数下煤焦转化率随时间的变化曲线,并通过数据分析得出煤焦的燃烧反应与氧气扩散间的竞争关系.结果 表明:煤焦的燃烧速率随颗粒粒径的减小而先线性增大,在0.4～0.6mm粒径处发生转折,转折后的燃烧速率随煤焦颗粒粒径的减小而增大的幅度变缓,不同O2体积分数下的燃烧都存在类似规律;对于大颗粒粒径的威赫煤,提高温度不能从根本上改善燃尽情况;粒径小于0.6 mm的煤焦燃烧速率随温度的升高而快速增大,可以通过提高循环流化床床温的方法来提高燃尽率,降低飞灰含碳量;对于粒径大于3 mm的煤焦,提高床温不会增大燃烧速率,增大密相区的O2体积分数可以增大燃烧速率,降低底渣含碳量.     

基于O2/CO2气氛的煤粉燃烧性能研究

采用热重分析法研究富氧燃烧(O_2/CO_2)气氛、O_2体积分数和煤粉活性对褐煤、烟煤、无烟煤3种煤粉燃烧性能的影响,并进行分温度区间的燃烧反应动力学分析。结果表明:褐煤和无烟煤发生非均相着火,烟煤发生均相-非均相着火;相比空气气氛,O_2体积分数相同的O_2/CO_2气氛下煤粉的着火温度和燃尽温度升高,燃尽时间延长;在O_2/CO_2气氛下,当O_2体积分数增大时,煤粉着火温度和燃尽温度降低,燃尽时间缩短;相同气氛下,煤粉活性显著影响其着火和燃尽;根据综合燃烧特性指数判断,增大O_2体积分数显著改善了煤粉的燃尽特性;在低温区,煤粉燃烧属于0.3级反应,在高温区则为1～2.5级反应。     

SOFC尾气催化燃烧特性

为验证并研究商业三元催化剂应用于SOFC尾气处理的可行性和方法,探究并对比了直接燃烧及商业三元催化剂在一段、二段催化燃烧模式下尾气的催化转化特性.一段催化燃烧时,进口温度的增加及当量比的降低可以提升H_2和CO的转化率,低温脱除尾气水蒸气降低了H_2和CO的转化率.基于优化工况,一段催化燃烧在168 h内出口CO_2含量稳定在92%左右.相比于一段催化,二段催化通过反应器优化设计与构建,在较低进口温度下有效提升CO转化率,CO转化率由86.4%升至95.5%,H_2转化率接近100%.展现了商业三元催化剂基于催化燃烧和催化剂优化布置处理SOFC尾气的稳定性及高效性.     

CaO循环吸收CO2的实验研究

对CaO与CO2的循环反应特性进行实验研究,分析了影响CaO转化率的因素及CaO转化率随循环次数的变化趋势,实验结果表明：CaO转化率随温度和CO2体积分数的增加而增加,颗粒粒径对其影响较大;CaO转化率随循环次数的增加而降低,在循环次数达到一定值后,CaO转化率降低到某一值后不再发生较大的变化,在不同温度下,CaO转化率随循环次数的增加而降低的趋势有所不同。     

污泥化学链气化特性试验研究

为改善污泥气化效果,采用化学链气化技术处置污泥.在小型流化床上进行试验,基于赤铁矿载氧体,研究了O/C物质的量比、气化温度和水蒸气体积分数对污泥气化特性的影响以及赤铁矿多次连续循环过程中的物化性能.结果表明:赤铁矿会显著提高污泥的气化程度和碳转化率;当O/C物质的量比增大时,合成气中CO和CH_4的体积分数下降,H_2的体积分数呈现先下降后上升的趋势;随着气化温度的升高,合成气中CO和H_2的体积分数逐渐提高,CO_2和CH_4的体积分数降低,碳转化率不断提高;当水蒸气体积分数增大时,CO_2和H_2的体积分数逐渐提高,CO和CH_4的体积分数不断下降,碳转化率提高;赤铁矿在长时间运行中表现出良好的反应性.     

分离燃尽风对贫煤锅炉CO和H2S生成特性的影响

以低氮燃烧改造后的某330 MW四角切圆贫煤锅炉为研究对象,采用数值模拟研究了300 MW负荷下分离燃尽风率对炉内燃烧速度场、温度场、CO体积分数场、O2体积分数场、H2S体积分数场及炉膛出口参数的影响,并将模拟结果与试验结果进行对比分析.结果 表明:分离燃尽风率对锅炉燃烧特性以及CO、H2S的生成特性具有重要影响;随着分离燃尽风率的增大,炉膛出口CO体积分数升高,出口NOx质量浓度降低;减小分离燃尽风率有利于抑制炉内高温腐蚀和结渣的发生;综合考虑锅炉运行安全性、经济性及NOx生成特性多种因素后,燃尽风率设置为25％较为合适.     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧反应动力学的试验研究

在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验,确定了3种煤粉的燃烧特征参数并进行了动力学分析.结果表明,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同,在相同O2浓度的条件下,O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,燃尽时间长;随着O2浓度的增加,燃烧DTG曲线向低温区偏移,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,可燃性指数及燃尽指数明显提高;O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应,动力学参数随燃烧气氛与煤质变化的不同有较大差异.     

木屑炭水蒸气催化气化制取合成气研究

以木屑炭为原料,K2CO3作为催化剂,以固定床气化炉为实验设备,进行水蒸气催化气化木屑炭的探究。考察木屑炭水蒸气气化的炭转化率、产氢率、气体组成体积分数和H2/CO比值随K2CO3催化剂质量分数(0~8%)、水蒸气流量(0.15~0.35 g/(min·g))、气化温度(800~950℃)变化的规律。实验结果表明:K2CO3催化剂可显著提升碳转化率及产氢率,K2CO3质量分数为8%时,碳转化率和产氢率分别达到86.3%和125.6 g/kg,同时合成气中CO体积分数显著增加,H2/CO比值降至2.43。增加水蒸气流量,合成气中H2含量显著增大,H2/CO比值随之增大。温度可有效促进炭气化过程,950℃时碳转化率和产氢率分别达到84.3%和127.1 g/kg,但合成气中CO体积分数增大,H2/CO比值降至2.48。实验得到H2/CO比值在2.43~5.16范围的合成气。气化反应温度在900℃、水蒸气0.2 g/(min·g)、K2CO3质量分数3%时,碳转化率可达80.4%,产氢率109.6 g/kg,合成气中(H2+CO)体积分数82.4%,同时H2/CO比值高达3.05。     

氢气对超低体积分数甲烷催化燃烧的影响

搭建了催化燃烧实验台,在保证催化燃烧室入口气体温度、流速相同的情况下,通过改变气体中甲烷和氢气的体积分数,得到不同体积分数甲烷气体在加入不同体积分数氢气情况下的催化燃烧特性.结果表明:在保证催化燃烧时入口气体温度为520℃条件下,加入低体积分数的氢气可有效加快甲烷催化燃烧的反应速度,降低甲烷的起燃温度,提高甲烷转化率;加入的氢气体积分数越高,对甲烷的催化燃烧助燃效果越好;而甲烷体积分数越高,氢气对甲烷的催化燃烧效果也越显著.     

H2/CO合成气层流扩散燃烧产物NOx生成机理的数值分析

采用Chemkin软件中的OPPDIF(对冲扩散火焰)模型对H_2/CO合成气燃烧产生的NO_x排放特性进行了数值研究,分析了合成气扩散火焰中H_2体积分数对NO_x形成的影响。使用OPT(光学薄辐射)模型考察了辐射散热对模拟火焰的影响,采用GRI-Mech 3.0详细化学反应机理研究了NO_x的生成机制。数值模拟结果表明:非绝热条件下,随着合成气中H_2体积分数的增加,层流对冲扩散火焰的峰值温度单调增加;在绝热条件下,合成气火焰的峰值温度会随H_2体积分数的增加而略微下降;同时,随着H_2体积分数的增加,合成气燃烧产生的NO含量明显增加,其中热力型NO的生成量随H_2体积分数的增加变化明显,主导着NO生成量的变化趋势。     

基于氯化镁的石油焦-水蒸气气化过程影响因素分析

以石油焦为气化原料、以氯化镁为催化剂制取氢气,基于Aspen Plus模拟软件建立石油焦-水蒸气气化模型,在验证模型的基础上,进行气化过程的模拟仿真计算,分析不同条件下(气化温度、气化压力、催化剂添加量、H_2O/PC质量比)对石油焦气化制备富氢气体的热力学影响。H_2、CO、CO_2的模拟值与实验值吻合较好,说明此模型具有一定的适用性。结果表明:升高温度会使氢气的体积分数降低,石油焦-水蒸气制富氢气体最适宜温度为700℃;增大压力会使氢气的体积分数降低,石油焦-水蒸气制富氢气体最适宜压力为0.1MPa;增大H2O/PC质量比可以使H_2的体积分数上升,当H_2O/PC质量比为6时,上升趋势变缓,因此石油焦-水蒸气制富氢气体最适宜水蒸气质量流量为石油焦的6倍;随着催化剂氯化镁添加量的增多,H_2的体积分数也会上升,当氯化镁添加量为5%时,H_2体积分数提高4%。     

煤焦O_2/CO_2燃烧方式下NO_x生成与异相还原特性

在微型流化床反应器上,对几种典型煤焦在O2/CO2燃烧方式下不同燃烧气氛、氧气体积分数、初始循环NOx体积分数对NOx生成的影响以及煤焦/NO的异相还原进行了实验研究.实验结果表明,同一种气氛下CO2焦的N转化率大于N2气氛焦转化率;氧气体积分数提高对煤焦还原NOx既有促进也有抑制作用;初始NOx体积分数的提高对NOx还原量、还原速率均有提高.     

高体积分数CO_2气氛下NO-煤焦反应特性

以李家塔烟煤和锦界烟煤煤焦为研究对象,利用固定床反应器系统,研究了高体积分数CO2气氛下煤焦异相还原NO的反应特性,分析了反应气氛、CO2体积分数、O2体积分数、NO初始体积分数和热解温度等对煤焦还原NO的影响.结果表明:反应气氛中高体积分数CO2的存在不利于煤焦还原NO,且CO2体积分数越大,越不利于NO还原;当反应温度较低时,反应气氛中O2对煤焦还原NO具有一定的促进作用,但当反应温度较高时则不利于NO还原;随着NO初始体积分数增大,NO还原率降低;随着热解温度的升高,煤焦还原NO的能力下降.     

微富氧条件下煤粉燃烧及NO生成特性的研究

利用热重分析技术对微富氧条件下煤粉的燃烧特性进行了研究,并与富氧条件下煤粉的燃烧特性进行了对比,利用固定床测定了燃煤NO的生成规律,分析了反应气氛和煤种的影响．结果表明：随着氧体积分数增加,微富氧条件下煤粉的燃烧向低温区移动,综合燃烧特性指数S逐渐增大;在相同的氧体积分数下,由于N2和CO2的物性差异,煤粉的微富氧燃烧特性优于富氧燃烧特性,但当氧体积分数升高到40％时,两种气氛的燃烧特性差别不大;反应气氛和煤种均对燃料氮的转化率影响显著;氧体积分数升高或N2的参与会使反应温度上升,影响燃料氮的转化率;煤的挥发分和元素氮的质量分数也会影响燃料氮的转化率．     

CO_2浓度对煤焦燃烧及污染物排放特性影响的试验研究

在热重分析仪上进行了燃烧特性试验,考察了CO2浓度对徐州烟煤及其煤焦燃烧特性的影响,并在固定床反应器上研究了CO2浓度对烟煤燃烧过程中气态污染物排放特性的影响.结果表明:在相同CO2浓度下,随着CO2浓度的提高,煤及煤焦的着火温度略有上升,燃尽温度明显升高,煤焦的燃尽时间显著延长;SO2排放浓度随时间增加呈双峰析出,其排放量随CO2浓度的提高而减少;NO排放量随CO2浓度的提高而减少;CO排放量随CO2浓度的提高而增加;当温度低于烟煤的燃尽温度时,CO2对煤焦的气化作用使CO排放量大幅增加.     

铂基催化剂快速部分催化氧化甲烷的研究

以Al 2O 3为载体,采用浸渍法制备Pt/Al 2O 3催化剂,通过测量重整反应过程中催化剂的温度分布情况,研究了改变甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件(反应气体预混合温度、N 2体积比例、CH 4/O 2比)对反应物的转化率及产物选择性的影响。研究发现,催化剂床层温度的上升可以促进CH 4的转化,使H 2和CO的选择性升高且H 2与CO的物质的量的比(简称H 2/CO比,依此类推)升高。N 2体积比例及CH 4/O 2比的升高,会降低催化剂床层温度,进一步造成CH 4的转化率和H 2/CO比降低,但与仅降低混合气预热温度不同的是,提高N 2体积比例及CH 4/O 2比会造成H 2和CO的选择性升高,这可能是催化剂表面的活性氧导致的。通过对甲烷在Pt催化剂上的反应机理进行了初步讨论,认为甲烷的快速部分催化氧化反应为多种反应路径共存,不同的反应条件下各种反应路径所占比例会发生变化。     

NOx对La1-xMxMnO3催化氧化碳烟活性影响的研究

采用铯、钾、铈(Cs、K、Ce)部分取代镧(La)制备了La1-xMxMnO3催化剂,并分析了催化剂的比表面积和晶格结构。在O2、NO O2、NO2 O2三种不同的气体氛围下开展了碳烟、碳烟 催化剂的程序升温氧化试验,考察NOx对碳烟催化氧化活性的影响。研究结果表明,NOx的存在显著促进了碳烟的催化氧化,各特征温度降幅均在100 K左右,NO2的影响强于NO,但与无催化剂时相比,两者的差距明显缩小,这主要是由于NOx在催化剂表面可发生氧化还原循环反应。NOx存在并未影响催化剂活性的排序,Cs取代催化剂的活性依然最高,NO存在时碳烟的起燃温度、峰值温度和燃尽温度降低到618 K、667 K和706 K,NO2存在时碳烟的起燃温度、峰值温度和燃尽温度降低到592 K、657 K和679 K。初步分析了NOx存在时碳烟催化氧化的机理。     

Fe-Ag/La_2O_3-ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

用草酸盐沉淀法制备La2O3-ZrO2复合氧化物载体,用浸渍法制备Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂;用X射线衍射技术表征催化剂;考察了催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化活性。结果表明,La含量较低的La2O3-ZrO2复合载体具有明显的四方晶相结构;Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的催化性能,气相产物中H2物质的量分数很高,CO和CH4物质的量分数很低;La,Ag,Fe含量影响催化剂的活性及选择性。在以(1Ag20Fe)20(2La8Zr)为催化剂,反应温度为823 K、乙醇与水物质的量比为1∶6,乙醇水溶液流速为0.1 mL/min的反应条件下,乙醇转化率达到95.7%,气相产物中H2物质的量分数为78.7%、CO的物质的量分数小于1.2%。     

氧体积分数对木质和玉米秸秆燃烧特性的影响

采用TG-DTG-DSC联用技术对木质颗粒和玉米秸秆颗粒的燃烧特性进行了实验,考察了在不同含氧气氛中两种生物质的可燃特性、着火特性、燃烧稳定性、燃尽特性及综合燃烧特性的影响,计算了燃烧动力学参数。结果表明:随着氧体积分数的增大,两种生物质的着火温度和燃尽温度降低,燃烧稳定性判别指数、可燃性指数和综合燃烧特性指数增大;木质颗粒的着火温度和前期燃尽指数高于玉米秸秆,后期燃尽指数低于玉米秸秆,木质颗粒比玉米秸秆颗粒更难热分解,氧气体积分数对玉米秸秆颗粒燃烧特性影响要大于木质颗粒;生物质在低温阶段的活化能要大于高温阶段的活化能,两阶段的活化能随着氧气体积分数的增大而减小。