O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤粉燃烧NOx排放特性

利用滴管炉研究了O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/CO₂/NO气氛下煤燃烧过程中NO_x的排放特性。实验结果表明,在O₂/N₂和O₂/CO₂气氛下,高温或高O₂浓度均使NO排放量增加。O₂/CO₂气氛下NO排放量比O₂/N₂气氛下NO排放量低大约30%～40%。在O₂/CO₂/NO气氛下,温度不同时,O₂浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。     

O2/CO2气氛煤焦的燃烧及其孔隙结构变化

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉实验装置,制备了不同环境气氛下（O₂/N₂及O₂/CO₂气氛）、不同燃尽率的煤焦试样,并采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形貌。结果表明,在相同的操作条件下,相同O₂浓度的O₂/CO₂气氛下煤焦的燃烧速率较慢、燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小。两种气氛下燃尽过程孔结构参数（SBET和VBJH）均呈减小趋势,且在孔径变化较明显的区域内（<5 nm）在CO₂气氛下煤焦的孔径分布较小且与煤种相关。SEM图像显示CO₂气氛下的煤焦表面致密,孔隙较少,其定性结果与N₂吸附法的定量测量结果吻合较好。     

O_2/CO_2煤粉燃烧及NO_x污染排放的数值模拟

为了进一步全面评价O2/CO2煤粉燃烧特性,在前期实验基础上,通过数值模拟方法对空气、O2/CO2两种气氛下煤粉燃烧及污染物形成特性进行数值模拟,从而更充分了解O2/CO2燃煤过程火焰形成、传热和污染物形成特性,以便为合理组织流场、控制温度、获取合理的燃料和氧浓度分布状态及O2/CO2燃烧过程新燃烧器的设计提供必要的指导。     

煤燃烧时形态硫的析出及钙基添加剂的作用

在固定床反应器上进行了大同烟煤以及添加钙基固硫剂的样品在不同氧气浓度、不同升温速率下的燃烧实验.对所得到的SO₂逸出曲线采用Gaussian拟合,得到了各形态硫燃烧形成SO₂的温度范围以及影响形态硫逸出的反应条件.结果表明：随着升温速率增加,各形态硫燃烧释放SO₂的温度向高温区移动.氧气浓度升高,各形态硫燃烧释放SO₂的温度提前,而且它们之间的温度间隔缩小.加入的钙基添加剂中,CaO和Ca(OH)₂具有较高的固硫能力,而CaCO₃由于与SO₂反应困难,在低温阶段没有固硫效果;相反,由于它的催化作用,在低温阶段甚至促进了SO₂的释放.机械搅拌法和超声搅拌法加入的Ca (OH)₂由于高分散性,表现出比机械混合更好的固硫效果,其中超声的作用尤其明显.实验证明,固硫中间体CaSO₃在进一步燃烧形成CaSO₄的过程中会释放出一定量的SO₂.     

O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/CO_2/NO气氛下煤粉燃烧NO_x排放特性

利用滴管炉研究了O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤燃烧过程中NOx的排放特性。实验结果表明,在O2/N2和O2/CO2气氛下,高温或高O2浓度均使NO排放量增加。O2/CO2气氛下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低大约30%~40%。在O2/CO2/NO气氛下,温度不同时,O2浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。     

五彩湾煤在O2/CO2燃烧条件下的积灰特性

锅炉燃用准东煤极易发生严重的受热面积灰结渣等问题,制约了新疆准东地区煤炭资源的大规模利用。在一维沉降炉燃烧与积灰试验系统上,研究了准东五彩湾煤的积灰特性,分析了稀释气体种类、O_2/CO_2燃烧中氧浓度对飞灰沉积的影响。结果表明:在21%氧浓度下,与稀释气体为N_2相比,稀释气体为CO_2时得到的沉积灰颗粒之间黏连现象不明显,积灰倾向较弱; O_2/CO_2燃烧条件下,随着氧浓度提高,五彩湾煤的积灰倾向加重,细散灰颗粒减少,球形灰颗粒比例增加,灰颗粒的黏连现象加重。SEM-EDS分析结果表明:O_2/CO_2燃烧中随氧浓度的提高,沉积灰中的块状灰颗粒表面缩孔及凹坑增多,且灰颗粒表面黏附了白色细散絮状灰,Na和Cl的富集加重,这是造成高氧浓度燃烧受热面积灰加剧的重要原因;稀释气体种类对五彩湾煤积灰倾向的影响研究中,稀释气体为N_2(空气燃烧)时,Na和Cl含量明显高于稀释气体为CO_2(O_2/CO_2燃烧)时的含量。此外,燃烧稀释气体为N_2的沉积灰中还出现了Ca和S元素的富集,高温下CaO与硅铝酸盐发生反应生成低温共熔体,这也是空气燃烧时积灰较O_2/CO_2燃烧严重的重要原因。XRD分析结果在一定程度上佐证了EDS的分析结论,灰分中CaSO_4、NaCl等低熔点物质的富集导致了空气燃烧工况和O_2/CO_2高氧浓度燃烧工况积灰的加剧。燃烧的颗粒温度差异是导致O_2/CO_2燃烧和空气燃烧积灰特性不同的主要原因,也是造成不同氧浓度下O_2/CO_2燃烧积灰特性差异的主要原因。煤燃烧的颗粒温度较高时,煤粉着火、燃烧性能得到改善,更高的颗粒温度会导致烟气中出现更多的熔融灰,灰颗粒表面出现熔融相进而增强了灰表面的黏性,加剧积灰现象。     

超临界CO2中合成聚碳酸酯

在超临界CO₂介质中由双酚A（BPA）和碳酸二苯酯（DPC）合成了双酚A型聚碳酸酯（PC）。反应生成的苯酚能够溶解扩散到超临界流体中。用红外光谱（FT-IR）、核磁共振谱（¹H-NMR）表征了产物的结构。凝胶渗透色谱（GPC）测试表明，合成过程中存在线形缩聚和成环两种不同的反应机理，产物的重均分子量高达117740，分子量分布指数P_d=1.33;差示扫描量热法（DSC）测试表明，超临界CO₂能增塑PC致使其玻璃化转变温度（T_g）降低。考察了反应时间、搅拌转速、反应温度等因素对PC分子量的影响。在反应压力为10 MPa下较佳反应时间为50 h，较佳搅拌转速为800 r·min^-1，较佳反应温度为120℃。     

用于SO2氧化的V2O5-K2SO4/硅藻土工业催化剂失活原因探讨

本文采用X-射线衍射(XRD)、程序升温还原（TPR）及BET法比表面测定和扫描电镜（SEM）等手段,对两批用于SO₂工业氧化的V₂O₅-K₂SO₄/硅藻土催化剂(A和B)的物相结构、催化活性和比表面等进行了对比研究,探讨了催化剂B在工业生产中快速失活的原因。     

负载型K2CO3/Al2O3二氧化碳吸收剂的碳酸化反应特性

The carbonation characteristics of K₂CO₃/Al₂O₃ supported sorbent for CO₂ capture was investigated with thermogravimetric apparatus（TGA）,X-ray diffraction（XRD）,scanning electron microscopy analysis（SEM）and N₂ adsorption.The results showed that the carbonation rate of K₂CO₃ before being loaded on Al₂O₃ was slow.However,the K₂CO₃/Al₂O₃ upported sorbent showed excellent carbonation performance.The difference in carbonation behavior between K₂CO₃ nd K₂CO₃/Al₂O₃ supported sorbent was analyzed from the microscopic view.The analytical reagent K₂CO₃ sample was of monoclinic crystal structure and could react quickly with H₂O in the experimental carbonation environment to produce K₂CO₃&#8226;1.5H₂O,which was unfavorable to carbonation reaction.When K₂CO₃was loaded on Al₂O₃,the surface area and porosity of the sorbent was improved greatly.So the carbonation properties of the K₂CO₃/Al₂O₃ supported sorbent was also improved.     

煤在O2/CO2中燃烧的Nox释放规律

利用一维沉降炉,对3种煤在O₂/CO₂和空气两种气氛下燃烧NO_x析出特性进行了比较,分析了炉膛温度、过量空气系数对NO_x生成量的影响,并对O₂/CO₂气氛下NO_x的生成和破坏机理进行了分析.研究发现两种气氛下NO_x都有一个峰值出现,挥发分含量高的煤种峰值靠前, 挥发分含量低的煤种峰值靠后,O₂/CO₂条件下,峰值出现较空气条件下提前且有所下降;空气条件下NO_x的生成量随温度提高较快地增加,而O₂/CO₂气氛中NO_x的生成量随温度变化比较缓慢;在两种气氛下NO_x的峰值均随过量空气系数的增加而增加,高挥发分煤在O₂/CO₂气氛下NO_x峰值低于空气条件下峰值,而低挥发分煤则受影响较小.     

V2O5/炭基材料用于烟气脱硫脱硝的研究进展

燃煤烟气污染是我国可持续发展需要重点解决的环境问题。目前国内外使用的均是偏离排烟温度的单一污染物控制技术,几种技术串连实现多种污染物排放控制的成本较高。炭基材料由于其独特的性质,不仅可在排烟温度范围脱除烟气主要污染物——硫、硝、汞等,而且可以实现这些污染物的同时脱除。活性焦作为较为廉价的炭基材料,已经在国外实现了工业应用。过去10余年的研究表明,V₂O₅/活性焦的脱硫、脱硝、脱汞活性显著优于活性焦自身,也优于其他金属氧化物改性的活性焦,有望成为新一代烟气污染物排放控制技术的核心催化剂。本文总结了过去10年中V₂O₅/活性焦的研究进展,重点展示了脱硫和脱硝过程中的原理性认识,得出V₂O₅的低温氧化性是其促进多种污染物脱除的共性原因。可以看出,我国在这方面的研发中做出了重要贡献,形成了系统、深入的研究成果。     

CO2在仿生物型吸收剂和其他吸收剂中的溶解度

本文提出一种仿生物型CO2吸收方法,试以生物体内控制呼吸作用的呼吸酶中的关键核心基团为基础,合成出的物质作为CO2吸收剂,通过测定CO2在包括仿生物型吸收剂在内的几种典型吸收剂中的溶解度,说明仿生物型CO2吸收剂的热力学特性及其潜在工业应用前景。     

CO2载体CaO循环煅烧/碳酸化反应的分形特征

捕捉煤燃烧释放出的CO₂时,作为CO₂载体的CaO微观结构特性对其循环碳酸化性能具有显著影响。采用分形维数作为表征CaO微观结构的特征参数,研究在循环煅烧/碳酸化反应过程中CaO的分形特征及其对CO₂捕捉性能的影响规律。结果表明,随着循环次数的增加CaO分形维数逐渐下降,CaO孔道也由粗糙和不规则变得越来越平滑和有规则性。煅烧温度升高则CaO分形维数下降。分形维数较大的CaO具有较高的碳酸化速率。在碳酸化过程的前10 min内CaO的分形维数迅速减小,此后随时间变化缓慢。在分形维数D≤2.61的实验范围内,CaO分形维数与其循环碳酸化转化率呈线性正相关;当D＞2.61时,可能存在临界分形维数D_cr,当D＞D_cr时随着分形维数的进一步增大CaO转化率反而减小。     

新型燃烧方式下SO2脱除机理

对O₂/CO₂燃烧方式下SO₂的脱除机理进行了研究.静态实验和动态实验结果表明这种新型燃烧方式有利于降低SO₂的排放,SO₂脱除存在均相脱硫和多相脱硫的协同作用;新型燃烧方式下高CO₂浓度导致燃烧气氛中化学成分不同于传统的空气气氛,SO₂与燃烧气氛中存在的其他组分反应,生成硫的不同形态产物,SO₂只是其中的一种产物形态,导致SO₂总量排放减少;同时 O₂/CO₂燃烧气氛使燃煤中硫的氧化程度减弱;燃煤中本身所含脱硫剂存在优化的微观结构,该种结构有利于脱硫和对底灰中硫的吸附,也导致SO₂的排放量降低;CHEMKIN动力学计算结果进一步表征了以上机理.     

纳米钙基CO2吸附剂反应吸附与分解动力学

采用TGA测定纳米钙基CO₂吸附剂在500～650℃温度范围内,CO₂分压0.015～0.025 MPa氮气气氛中的吸附反应动力学。针对纳米钙基CO₂吸附剂吸附CO₂反应特征,提出以两倍最大吸附速率对应的时间点前后分别为快速反应段与慢速反应段。分别采用Boltzmann方程与Avrami-Erofeev方程拟合快速反应段与慢速反应段吸附反应动力学方程,得到纳米钙基CO₂吸附剂在快速反应段与慢速反应段的活化能分别为27.52、70.25 kJ·mol^-1。吸附率拟合与实验值平均相对误差分别为10.29％、4. 17%。研究测试了纳米钙基CO₂吸附剂在650～800℃温度范围内,N₂,0.02、0.04 MPa CO₂分压氮气气氛中的分解反应动力学。忽略反应过程中传热、传质影响,采用收缩核模型,分别求得吸附剂在N₂,0.02、0.04 MPa CO₂分压氮气气氛中的活化能为141.9、34.7、113.2 kJ·mol^-1。碳酸钙分解率与实验值比较平均相对误差分别小于5.66% 、7.82%、5.01%。     

负载型钾基CO2吸收剂的结构表征和碳酸化反应特性

The structure identification and carbonation characteristics of several potassium-based supported sorbents for CO₂ capture were investigated with TGA,XRD,XRF,SEM and N₂ adsorption method.Potassium-based sorbents were prepared by impregnation with potassium carbonate on supports,such as cocoanut activated charcoal（AC1）,coal active carbon（AC2）,silica gel（SG）and diatomite（DT）using the iso-volume impregnation method.The results showed that the K₂CO₃ loading amounts of AC1,AC2,SG and DT were 24.1%,22.5%,21.7% and 19.1% respectively.The surface area and pore volume of K₂CO₃/AC1 and K₂CO₃/AC2 were larger than others.In contrast,those of K₂CO₃/DT were small.For K₂CO₃/SG,pore volume was large but surface area was small.K₂CO₃/AC1 and K₂CO₃/AC2 showed excellent carbonation capacity.However,the carbonation capacities of K₂CO₃/SG and K₂CO₃/DT were low.The difference in carbonation capacity of those sorbents were attributed to the difference in pore structure,leading to different supported sorbents.