不同气氛下褐煤气化特性实验研究进展——新型反应器

丝网、一段或二段式固定床-流化床、燃烧-气化双床及套管反应器等是为褐煤气化过程中某些气化特性(如负压快速热解等)而开发的新型反应器。针对这些新型反应器及其对褐煤气化的研究结果进行总结,分析和讨论了负压快速热解(10000℃/s)特点、半焦与挥发分相互作用、碱金属和碱土金属(AAEMs)的催化作用及粒径对气化影响的双面性(促进/抑制作用)等方面的研究进展。分析认为:挥发分与半焦相互作用对气化过程具有抑制作用,主要由于挥发分重整产生的自由基促使半焦结构缩合,芳香度增大,反应性降低;如何将该抑制作用最小化,是开发新型流化床反应器的切入点;只有吸附在焦炭颗粒表面的高活性的AAEMs可以与半焦官能团等发生离子交换,改变碳颗粒表面的电荷分布,形成活性位,才具有催化作用;然而,煤灰中AAEMs在气化过程中演变复杂,如何将其分解开来,在接近真实气化条件下研究AAEMs的催化作用值得关注;粒径对褐煤气化的影响具有双面性,可以从反应速控步、颗粒孔隙特征及表面化学结构(如官能团等)等方面进行深入研究。     

两条煤制油与石油路线的技术环境和经济分析

中国液体燃料的生产严重依赖石油,为了缓解石油高度对外依存带来的风险,中国正在积极探索石油的替代路线。在中国“富煤贫油”的情况下,煤制油有望成为缓解石油供应安全风险的重要替代途径。利用生命周期评价的方法(from cradle to gate)从能耗、碳排放和经济性三个角度对煤直接液化(direct coal liquefaction,DCL)和煤间接液化(indirect coal liquefaction,ICL)进行分析,并与传统炼油(oil refining,OR)路线进行对比。结果表明:DCL和ICL路线的生命周期能耗分别是OR路线生命周期能耗的2.4倍和2.8倍,碳排放分别是OR路线碳排放的8倍和10倍。当油价低于45美元/桶时,无论是DCL还是ICL均难以与OR路线竞争;当油价在35美元/桶~65美元/桶,煤价在低于400元/t时,ICL有较好的竞争力;而当油价高于75美元/桶时,即使煤价高达700元/t,DCL仍具较好的竞争力。     

钌基碱性电解水制氢催化剂研究进展

碱性电解水具有操作易实现、设备费用低和寿命长的特点,是目前应用最广泛的将可再生资源转化为氢能的技术。但电解水存在能耗高的问题,因此需要高效催化剂提高能量转化效率。钌具有与铂相近的金属-氢键强度,是极具前景的制氢催化剂。综述了近年来钌基催化剂的制备及其碱性电解水制氢反应的最新研究进展。与廉价过渡金属材料相比,钌基催化剂具有优异的电化学活性和稳定性,是一种很有前景的析氢材料。以目前主要研究的钌金属及其合金、钌基磷化物、钌基硫化物、钌基硒化物为代表,分别进行了简要的介绍和评价,最后提出了钌基电催化剂在制氢应用中存在的问题和未来的发展方向。     

臭氧氧化动力学模型及反应器建模研究进展

臭氧化技术可以实现对有机污染物的有效去除,同时兼具绿色环保、工艺流程简单等特点而被广泛应用,而臭氧化模型的构建可以实现对污染物减排的有效预测,对于臭氧化处理污水的工程应用意义重大。本文介绍了臭氧化技术的基本原理,并着重综述了臭氧氧化的动力学模型和反应器建模的研究进展。在臭氧氧化模型的建立中,臭氧的传质和反应是两个最重要的因素。本文首先讨论了臭氧的传质过程,并对其气液两相模型进行了阐述。然后针对忽略臭氧传质的液-液或液-固体系,并根据反应机理,分别总结了常规臭氧氧化、均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化的动力学模型。在充分研究了臭氧氧化的动力学模型后,将其应用到具体反应器的建模中,并总结出模型建立的基本假设。最后指出现有模型存在的一些问题并给出相关的建议,提出臭氧化模型构建的出处是优化工业反应器,实现工程应用。     

煅烧工艺对天然水硬性石灰中硅酸二钙晶相转变的影响

天然水硬性石灰(natural hydraulic lime, NHL)是由钙硅质原料煅烧消化所得,主要成分是硅酸二钙(Ca₂SiO₄, C₂S)和氢氧化钙(Ca(OH)₂, CH),与我国古代岩土类建筑物的兼容性较高,是一种优秀的古建筑修复材料。为探究NHL的煅烧工艺,本文使用方解石粉和石英粉作为NHL煅烧原料,设置不同冷却方式(急冷≈500 ℃/min、随炉冷却≈60 ℃/min)、恒温时间(0~180 min)和煅烧温度(1 000~1 200 ℃),通过X射线衍射和游离氧化钙(f-CaO)测试方法评价NHL烧成制度。结果表明:在低于1 150 ℃煅烧C₂S时,改变降温速率不会使C₂S在降温过程中发生晶相转变;同一温度下,随恒温时间的增加NHL煅烧产物中C₂S含量增多,在30~45 min时其含量达到该温度下的最大值,且温度升高能增加该最大值,在恒温过程中C₂S先以β-C₂S存在,随时间延长,逐渐转变为γ-C₂S;煅烧温度1 150 ℃,恒温时间45 min,急速冷却的煅烧制度可用于制备NHL。     

四硼酸钠改性水玻璃制备保温材料及其性能研究

单一水玻璃发泡制备得到的保温材料具有不燃、质轻及导热系数低的优点,但耐水性较差制约了其实际应用。本文利用四硼酸钠改性水玻璃,采用低温烧结的方式制备得到保温材料。通过对该材料化学结构和物理性能的表征及离子浸出试验,研究四硼酸钠对材料性能的影响效果。结果表明:四硼酸钠能够有效降低材料中—OH的数量,并使Si—O结构更加复杂,从而提高材料的耐水性。当四硼酸钠的添加量为1%(质量分数,下同)时,其对材料中钠离子及硅酸根离子浸出的抑制效果最显著,两者的离子浓度分别降低65.33%和45.02%。当四硼酸钠的添加量为3%时,材料的软化系数可提高84.6%,其抗压强度、导热系数和表观密度分别为0.46 MPa、0.046 W/(m·K)和123.1 kg/m³。     

Nickel-based metal−organic framework-derived whisker-shaped nickel phyllosilicate toward efficiently enhanced mechanical,flammable and tribological properties of epoxy nanocomposites

Metal−organic framework-derived materials have attracted significant attention in the applications of functional materials. In this work, the rod-like nickel-based metal−organic frameworks were first synthesized and subsequently employed as the hard templates and nickel sources to prepare the whisker-shaped nickel phyllosilicate using a facile hydrothermal technology. Then, the nickel phyllosilicate whiskers were evaluated to enhance the mechanical, thermal, flammable, and tribological properties of epoxy resin. The results show that adequate nickel phyllosilicate whiskers can disperse well in the matrix, improving the tensile strength and elastic modulus by 13.6% and 56.4%, respectively. Although the addition of nickel phyllosilicate whiskers could not obtain any UL-94 ratings, it enhanced the difficulty in burning the resulted epoxy resin nanocomposites and considerably enhanced thermal stabilities. Additionally, it was demonstrated that such nickel phyllosilicate whiskers preferred to improve the wear resistance instead of the antifriction feature. Moreover, the wear rate of epoxy resin nanocomposites was reduced significantly by 80% for pure epoxy resin by adding 1 phr whiskers. The as-prepared nickel phyllosilicate whiskers proved to be promising reinforcements in preparing of high-performance epoxy resin nanocomposites.     

地表超高渣堆对井下巷道稳定性的影响研究

The continuous growth of the height of the coal mine surface slag heap will make the stress size and distribution characteristics of the surrounding rock of the underground roadway under it change significantly, which will seriously lead to large deformation or damage of the roadway, and affect the safe and efficient production of the mine. Based on the geological occurrence conditions of coal strata, mining production and the actual situation of surface super-high slag pile in Wuhushan Coal Mine, a threedimensional model of surface slag pile and underground mining face in Wuhushan Coal Mine is established. The characteristic parameters of roadway surrounding rock stress peak value and location, mining influence range under different slag pile heights have been simulated and calculated, and then the influence law of different slag pile height on roadway stability is analyzed. Combined with the measured data of roadway deformation, the safety critical height of the surface slag pile is initially determined. The research results have important reference value for the safe and efficient production of similar mines.     

艾砂磨机在锂云母浮选分离的应用

艾砂磨机流程简单、占地面积小、基建投资少、操作方便、维修简捷。江西宜春某锂云母选别原料为钽铌矿尾渣,该锂云母矿石大多属于细粒嵌布型,通常与石英、长石等脉石矿物连生或共生且易产生泥化影响后续浮选,为此开展了以新型细磨设备艾砂磨机代替球磨机进行锂云母磨矿来提升选别指标的浮选试验。研究结果表明,采用艾砂磨作为开路磨矿设备,磨至磨矿产品粒径≤0.074 mm占60%,简单、高效实现了锂云母浮选矿物颗粒解离度要求,实验室采用CY205作捕收剂,WST作抑制剂,采用“一粗三精三扫”的选别工艺流程,可以获得含Li2O品位为5.15%、回收率为77.80%的锂云母精矿产品。研究结果对艾砂磨机在锂云母选厂中的实际应用具有一定的推广借鉴意义。