用简化PDF模型对气化炉运行特性的分析

应用CFD(computational fluid dynamics) 软件FLUENT对某化肥厂Texaco水煤浆气化炉进行三维数值模拟，计算采用贴体网格，简化PDF方法模拟湍流燃烧，编制UDF分别考虑了焦炭同O2、H2O、CO2和H2的反应。计算考察了改变水煤浆浓度及[C]/[O]原子比等重要参数对气化炉运行特性的影响。焦炭仅同氧气反应时的转化率为32%, 而总转化率为95%，说明焦炭同H2O、CO2和H2的异相反应在气化过程中占重要作用；煤粉粒度越大，碳转化率越低，粒度为175 mm时，碳转化率仅为72%；气化温度是影响气化反应的决定性因素。随着水煤浆浓度的增高，CO摩尔分数明显升高、H2O和CO2摩尔分数明显降低，H2摩尔分数略有降低。随着[O]/[C]原子比的增加，H2摩尔分数明显降低，CO和CO2摩尔分数几本不变。出口温度和碳转化率随煤浆浓度和[O]/[C]原子比的增加而增高。冷煤气效率随煤浆浓度的提高而提高，随[O]/[C]比的增加会在1~1.05之间出现峰值。     

流化床中焚烧处理含氯有机废液HCl排放及脱除研究

对在流化床中焚烧处理含三氯乙醛（C2H3Cl3O2）的有机废液，在773~1173K的温度范围内，进行了废液焚烧时HCl的排放特性及在床料中添加CaO脱除HCl气体的实验研究。实验研究表明随着温度的升高有机Cl－HCl转化率增大，相同温度下，随着过量空气系数a的增大有机Cl－HCl转化率变化不大。实验研究了Ca/Cl摩尔比、温度、时间、CaO颗粒粒径和废液中三氯乙醛浓度对HCl去除率的影响。结果表明随着Ca/Cl摩尔比的增大，HCl去除率增加；当温度低于873K时，随着温度的升高HCl去除率增大，873K时达到最大，然后随着温度的继续升高HCl去除率呈急剧下降趋势；同一温度下，在反应的初始阶段， HCl气体的去除率非常高。随着反应的继续进行，HCl去除率相应地迅速下降直至最后趋于缓慢；随着CaO颗粒粒径的减小，HCl去除率增大；随着废液中三氯乙醛浓度的增高，烟气中HCl浓度增加，HCl去除率增大。     

富氧燃烧气氛中H_2O和HCl对Hg~0氧化的影响

充分了解富氧燃烧气氛下汞析出形态规律,特别是明确富氧煤燃烧气氛下高H_2O和HCl含量对烟气中主要的氧化性组分Cl/Cl_2的作用,以及反应产物和组分与元素汞(Hg~0)间的相互影响规律,是富氧燃烧等新型燃烧技术背景下汞控制问题的关键。通过模拟富氧燃烧气氛实验装置,研究了燃烧温度、燃烧气氛中HCl和H_2O(g)含量对烟气中Hg~0氧化的影响。结果表明:运行温度、HCl含量与氧化性Cl/Cl_2的生成与Hg~0的氧化有较强的正相关性;模拟烟气温度越高,HCl含量越多,烟气中氧化性Cl/Cl_2生成越多,Hg~0就越容易被氧化;烟气中H_2O对Hg~0的氧化有抑制作用;HCl可改善H_2O的抑制作用,但是温度越高,H_2O的抑制作用越明显。     

流化床中典型垃圾组分与煤混烧时HCl排放和脱除研究

城市生活垃圾焚烧被广泛应用的同时，其中产生的有害气体(HCl、SO2、NOx、CO)也不容忽视。为了研究垃圾在燃烧时HCl的排放及脱除特性，该文选取了几种典型的垃圾组分，在流化床上进行了实验，以分析其燃烧时Cl→HCl随温度的变化关系，以及HCl浓度对NO、SO2的影响，并且考察了加入钙基吸收剂后对HCl的脱除效果。结果表明：Cl→HCl的转化随温度升高而加速；随HCl浓度的升高，NO浓度呈下降趋势；SO2浓度变化呈抛物线形式；脱氯剂种类与脱氯剂添加量对脱氯效果有一定影响。     

一种改性选择性催化还原催化剂及其对零价汞的催化氧化性能

利用溶液浸渍法制备了一种氯化铜改性的选择性催化还原(SCR)催化剂(Cu Cl2/SCR)。用X射线衍射(XRD)和X射线荧光光谱分析(XRF)等对Cu Cl2/SCR催化剂的结构进行了表征,在自制的催化剂活性实验台上,用模拟烟气对催化剂Hg0的催化氧化性能进行了研究。结果表明:催化剂中的Cu Cl2在高温(HCl+O2)气氛中能"可逆"释放活性氯;Cu Cl2的引入显著提高了催化剂在低氯烟气(HCl浓度在0~81.5 mg/m3)中对Hg0的催化氧化效率;Hg0的氧化率随烟气中HCl浓度和催化剂中Cu Cl2负载量的增加而增加;烟气中的NH3和SO2能阻止Hg0在催化剂表面的吸附,导致Cu Cl2/SCR催化剂在SCR条件下对Hg0的催化氧化效率较纯氧化条件有所降低,但Cu Cl2/SCR仍保持了较高的Hg0催化氧化效率(可高达98%);Cu Cl2/SCR催化氧化Hg0的机制为Mars-Maessen机制。Cu Cl2/SCR兼具较高的脱硝性能和Hg0氧化性,可用于低氯燃煤烟气同时脱硝脱汞。     

低温等离子体促进烟气中单质汞氧化的特性分析

建立了实验室规模的低温等离子体氧化单质汞效能测定系统。实验研究了在介质阻挡放电所产生的低温等离子体条件下,烟气中主要成分对单质汞氧化的影响规律。实验结果表明:低温等离子体对烟气中单质汞均可达到较高的氧化效率;O2和H2O单组分可显著促进单质汞的氧化,1.5%的O2和4%的H2O分别可以获得97.4%和92.5%以上的单质汞氧化效率,电离产生的O、O3、OH等具有氧化性的活性粒子起到了重要作用;CO2的存在会增加烟气的还原性氛围,对单质汞的氧化具有不利影响;在Hg/N2/O2/CO2/H2O复杂烟气氛围下,由于活性基团相互之间的制约,单质汞的氧化率平均为75%,在烟气中添加少量的HCl会明显提高单质汞的氧化率。提出了在等离子体条件下HCl离解并氧化单质汞的机制。     

燃煤烟气NO/SO_2对Cl/Cl_2形成过程的影响机制

燃煤烟气中Cl/Cl2的形成过程对Hg0的转化有重要影响。应用CHEMKIN软件包,在典型燃煤烟气温降速率下,通过化学动力学模拟的方法,研究了NO/SO2对Cl/Cl2形成过程的影响,主要得出以下结论:Cl原子形成过程中OH是重要反应物,NO抑制Cl原子形成的原因是由于NO会与Cl原子生成反应竞争反应物OH。另外,NO与OH反应后的产物HONO会与Cl原子反应生成HCl和NO2,从而进一步降低烟气中的Cl原子浓度。SO2会大量消耗反应体系中的O原子,而O原子主要通过OH转化生成,O原子的大量消耗促进了OH转化为O原子,使得OH在Cl原子形成过程中的作用被削弱,从而使SO2抑制了Cl原子形成。Cl2主要通过Cl原子转化形成,因此Cl原子的形成受到抑制将同时导致Cl2形成过程受到抑制。     

利用热重分析-X射线衍射分析法研究氧/二氧化碳气氛下石灰石硫化特性

通过TGA-xRD相定量分析联合对石灰石在O2／CO2气氛中的硫化特性进行了实验研究。结果表明,在O2/CO2气氛下,高CO2浓度使石灰石煅烧反应减慢,系统中较长时间内有高活性CaO产生,同时,由于在CaO／CaCO3界面上CO2的产生使CaSO4产物层扩散阻力降低,这两方面因素导致CaO在O2／CO2气氛下较长时间内维持较高的硫化速率,使得石灰石在O2／CO2气氛下可以取得较高的Ca转化率。1000℃为石灰石在O2／CO2气氛下的最佳硫化反应温度。相同硫化工况下,石灰石在O2／CO2气氛下硫化速率和Ca转化率均随CO2分压升高而升高,表明O2／CO2气氛更适合于高温脱硫。     

生物质与煤混燃过程中碱金属对汞氧化影响的热力学研究

针对生物质中Cl和碱金属含量高的特点,研究生物质与煤混燃过程中Hg的氧化机制。使用化学热力学软件Chemical Equilibrium with Applications(CEA)建立C/H/O/N/S/Cl/K/Na模型,分析碱金属元素K、Na与非金属元素Cl和S的反应,发现1100K以下Cl仍然主要以HCl形式存在,SO2的含量逐渐减少,碱金属主要以碱金属硫酸盐(A2SO4)的形式存在,这对Hg的氧化反应变得更为有利,同时随着生物质的添加,这种趋势更为明显。同时使用动力学软件Chemkin4.1构建了Hg/C/H/O/N/S/Cl/K/Na的化学和气相平衡模型,进一步研究了生物质与煤混燃过程中对Hg氧化的影响。计算结果表明,生物质与煤之比越高,对Hg的氧化越有利,生物质中高含量的Cl是促进Hg氧化最主要的因素,而K、Na的存在对Hg的氧化有进一步的促进作用,这进一步证实了热力学计算结果。     

CaCO3对NH3氧化的影响

CaCO3影响选择性非催化还原法脱硝性能。文中采用固定床反应器,结合傅里叶变换红外光谱气体分析仪测量气体组分,研究了温度（650～850℃）、NH3浓度（100×10-6～1500×10-6）和O2浓度（0-4％）对CaCO3催化NH3氧化反应的影响。研究结果表明,CaCO3对NH3氧化反应有催化作用。NH3催化氧化反应的转化率和产物NO的选择性随NH,浓度增加而下降,随温度的增加而增加。生成NO和N2的途径与NH,在CaCO3表面的覆盖度分别成一次关系和二次关系。O2组分对CaCO3作用下NH3转化的速控步影响较小,主要是促进了产物NO选择性的增加。CO2对CaCO3催化NH3氧化反应有微弱抑制作用,CO对CaCO3催化NH3氧化反应没有影响。     

甲烷在固体氧化物燃料电池阳极氧化性能研究

报告了甲烷在固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）阳极直接氧化的实验结果。试验表明,甲烷在阳极的氧化过程存在多种反应机制,反应机制取决于电池工作温度和反应空速等。随着温度的升高,甲烷转化率提高,Ｈ２和ＣＯ生成量也不断增加。在ＳＯＦＣ中甲烷不是按完全氧化反应方式进行,而是部分氧化反应过程。随着反应空速的增大,甲烷转化量及Ｈ２和ＣＯ的生成量呈下降趋势。研究发现,干甲烷气作为燃料时,阳极表面可能产生积碳。当电池中通入氧气或水蒸汽时可以消除积碳。在考察ＮＥＭＣＡ效应对ＳＯＦＣ电性能的影响时发现,当外加与电池内部电场同向的电场时,能促进Ｏ２－溢流到阳极表面,改变催化剂的表面功函,改善ＳＯＦＣ电性能。     

汞的均相氧化机理模型的比较与研究

该文以5种汞的均相氧化反应机理模型为研究对象，对几种反应模型中各种组分的反应级数进行了比较和研究，得出了整个反应系统的反应级数的范围。同时，文中对各模型的表观活化能进行了比较，并对各反应系统的表观活化能在T=1000K附近的突降现象给出了可能的解释。该文所考虑的反应物组分包括HCl、Cl2、O2，采用的反应机理模型都是近年来所公认的比较成熟的模型。通过相应的计算和比较发现，Cl2为汞均相氧化模型中的主要氧化剂，O2亦为反应系统中一个不可忽视的因素，而HCl对于汞的氧化贡献较小。这一结果与近年来的报道是一致的。     

煤和垃圾衍生燃料循环流化床混烧的试验研究

分别在热重分析仪和0.5MW循环流化床燃烧系统上进行了煤和垃圾衍生燃料混烧实验。热重试验表明:混烧过程中,两者基本上保持各自的燃烧特性,同时垃圾衍生燃料的加入能显著提高煤粉的燃烧性能。循环流化床试验表明:相对于煤粉单独燃烧,混烧能使整个炉膛的温度分布更均匀;垃圾衍生燃料的加入降低了CO、NO、N2O、SO2的排放,但却大大增加了烟气中HCl的浓度;垃圾衍生燃料中的钙基物质能对SO2起到脱除作用,同时HCl的存在会促进钙基物质与SO2的反应;在混烧情况下,随着床层温度的升高,N、S、Cl等元素对气相污染物的转化率增加,同时,钙基物质对酸性气体SO2、HCl的脱除反应受到抑制,因此烟气中的NO、SO2、HCl等污染物浓度增加。     

Steam reforming of aliphatic hydrocarbons with nonthermal plasma

Steam reforming of aliphatic hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and neopentane was investigated with two types of barrier discharge plasma reactors. With a ferroelectric packed-bed reactor ( FPR) in N/sub 2/, almost the same conversions were obtained for ethane, propane, and neopentane, but methane was less reactive than these hydrocarbons. Hydrogen gas yield decreased in the order: methane/spl ap/ethane>propane>neopentane. The molar ratio of H/sub 2/ to CO {[H/sub 2/]/[CO]} exceeded 3.5 for all the hydrocarbons. [H/sub 2/]/[CO] did not change in the range of H/sub 2/O content from 0.5% to 2.5%. At the volumetric ratio of H/sub 2/O to Hydrocarbon=2.0, carbon balances were poor for ethane, propane, and neopentane, but almost all of the carbon atoms in the reacted methane were recovered as CO and CO/sub 2/. The mole fractions of CO and CO/sub 2/ depended on the chemical structures of the substrate hydrocarbons. It is considered that the water-gas-shift reaction proceeds backward for the reaction systems of the hydrocarbons with higher hydrogen atom densities per molecule. FPR maintained the same performance for 10 h in the steam reforming of methane. The efficiency of a silent discharge plasma reactor was much lower than that of FPR.     

钙基CO2吸收剂循环反应特性的试验与模拟

合成了3种不同质量配比的钙基CO2吸收剂CaO/ Ca12Al14O33,并对CaO/Ca12Al14O33、石灰石、白云石的循环煅烧/碳酸化特性进行试验研究,以考察吸收剂的转化率随循环反应次数的变化规律。试验结果表明,3种吸收剂反应活性均随循环反应次数的增加而降低;在850 ℃煅烧温度下,CaO/Ca12Al14O33(75%/25%)吸收剂在第10次循环后其循环转化率保持在51.7%左右;在900 ℃煅烧温度下,吸收剂活性下降较快,CaO/Ca12Al14O33的反应活性高于石灰石和白云石,且当CaO和Ca12Al14O33的质量比为75%/25%时最优。建立了吸收剂的循环转化率模型以及循环碳酸化过程动力学模型,为反应器的设计提供理论依据。     

煤在O_2/CO_2及O_2/N_2气氛下燃烧NO析出规律的实验研究

以阳泉无烟煤(YQ)、聊城贫煤(LC)和里彦烟煤(LY)为研究对象,在卧式管状炉上重点考察了O2/N2和O2/CO2气氛下,三种煤粉燃烧过程中NO的析出规律。实验结果表明O2/CO2气氛能够减小NO的析出速率,并且降低NO的转化率。相比较O2/N2气氛,NO析出曲线平坦,峰值小,持续时间长,在1 173 K的温度条件下,YQ、LC和LY的NO转化率分别为31.45%、20.58%、17.73%,比相应的O2/N2气氛下降低了20.48%、12.42%和24.78%。在1 173 K范围内,提高温度对O2/N2和O2/CO2气氛下的NO转化有均有促进作用,超过此温度则转化率变化不明显。CaCO3的加入促进了NO的析出,并且YQ、LC在Ca/S小于2,LY在Ca/S小于3时,随着CaCO3量的增加NO转化率提高较为明显,进一步提高Ca/S,则固硫剂的作用有所削弱。相对于O2/N2气氛,O2/CO2气氛下的加钙脱硫可以抑制NO的生成,相同条件下的NO转化率可降低25%左右。     

O3液相氧化脱除SO2试验研究

臭氧氧化SO2溶于水形成的SO2×H2O、HSO3-、SO32-产生SO42-,这使利用O3氧化脱除烟气SO2副产硫酸或硫酸盐成为可能。含SO2的氮气与臭氧分2路进入置于45 ℃水浴中的洗气瓶反应。研究臭氧施加量、溶液的PH值、氧气含量、臭氧浓度、SO2浓度、金属离子的催化作用对硫酸根产量的影响。当PH=7,O3与SO2摩尔比为1时可以达到70%左右的硫酸根产率。随着PH降低,硫酸根的产率降低,同时影响SO2的吸收效率。氧气含量不影响硫酸根的产率。当施加的臭氧量不变,加大气相臭氧浓度,有利于气液传质,因而增加硫酸根的产量。O3与SO2的摩尔比不变,SO2浓度增加,因臭氧的气液传质较差使硫酸根产率下降。铁、锰离子对O3/O2混合气氧化S(IV)有明显的促进作用。