焦炭对焦油模型化合物的催化裂解实验研究

研究焦炭对焦油模型化合物的催化裂解。考察焦炭对甲苯、甲苯与萘、甲苯与苯酚的催化裂解率及析炭率。结果表明:焦炭对甲苯的催化裂解率与同温度下的热裂解率相当,分别为61.68%与59.02%,析炭率有所降低,由8.54%变为4.16%;对萘的催化裂解率也与同温度下的热裂解率相当,分别为57.95%与56.20%,析炭率也有所降低,由20.72%变为11.89%;而焦炭对苯酚的裂解率与同温度下热裂解率相比有明显增加,由38.25%增加到97.41%,析炭率同样有所降低,由10.96%变为7.03%;说明焦炭对焦油中的组分有选择催化裂解作用。对上述反应前后焦炭样的XRD分析,发现反应后析出的炭与作为催化剂的炭是同一晶型的炭,对末裂解冷凝液的GC-MS分析,发现焦油模型化合物通过裂解后有少部分向芳香化程度增加的方向进行转化。     

船舶尾气臭氧氧化-海水吸收的脱硫脱硝新工艺研究

通过模拟试验研究了臭氧氧化结合海水吸收同时脱除船用发动机排气中SO2和NO2的新工艺.在管式反应器内研究了反应温度、n(O3)/n(NO)(物质的量之比)、碳氢、SO2等对臭氧氧化NO的影响,并对模拟尾气进行了臭氧氧化结合海水吸收的脱硫脱硝试验.结果表明,n(O3)/n(NO)对臭氧氧化NO影响很大,NO氧化率随n(O3)/n(NO)呈线性增长,n(O3)/n(NO)为1,反应温度分别为常温、150℃和200℃时,NO氧化率分别达到99.0%、98.3%和98.1%;反应温度低于200℃时,温度对臭氧氧化NO影响很小,而当反应温度升至275℃时,NO氧化率明显下降,这与臭氧在较高温度下分解有关;SO2在O3/NO/SO2/N2/O2体系和O3/NO/C2H4/SO2/N2/O2体系中对臭氧氧化NO都没有影响;200℃以下,C2H4对臭氧氧化NO影响很小,而在275 ℃时,C2H4对臭氧氧化NO有一定促进作用;模拟尾气经臭氧氧化-海水吸收后,脱硫率为98.5%,n(O3)/n(NO)为1时的脱硝率为91.05,NO能耗为56.4 g、(kW·h).     

硫化氢高湿裂解制氢的动力学研究

为了探究硫化氢高温裂解制取氢气机理,对其建立动力学模型,并将动力学模拟结果和试验数据以及热力学计算结果进行了比较,所建立的动力学模型能够较好地模拟硫化氢的高温裂解制氢过程,与试验数据以及热力学计算结果比较吻合.结果表明,随着裂解温度的提高,硫化氢的转化率和氢气的生成率显著提高,在1 250℃时,分别可达56.8%和10.6%.当温度较低于1 050℃时,随着停留时间的变长,硫化氢的转化率和氢气的生成率显著提高;当温度高于1 050℃时,停留时间超过O.2s后,其对硫化氢的转化率和氢气的生成率影响很小.     

焦油模型化合物萘裂解耦合铁矿直接还原炼铁

以铁矿粉作为焦油裂解的催化剂,将焦油降解与铁矿还原相耦合,利用还原铁矿的催化作用,促进焦油降解转化,同时强化铁矿还原。选取焦油模型化合物萘,通过实验探讨不同热解温度、质量配比、铁矿粉粒径对模型化合物转化率、热解气体产量以及铁矿粉还原度的影响。结果表明:热解温度为600~1 000℃时,铁矿粉作用下萘的转化率随热解温度的升高而迅速增加;改变质量配比、铁矿粉粒径对萘的催化转化均有很大影响;在最优操作条件下(热解温度为1 000℃,热解时间为30 min,铁矿粉粒径为74~98μm,质量配比为1∶1),萘的转化率可达到84.5%,铁矿粉还原度可达到78.5%。     

利用激波管对2-甲基四氢呋喃自燃特性的研究

利用激波管测量了2-甲基四氢呋喃(MTHF)在压力为0.12~1.00,MPa、温度为1,050~1,800,K、当量比为0.5~2.0及燃料摩尔分数为0.25%,~1.00%,下的滞燃期,结果表明:MTHF滞燃期随温度、压力和燃料摩尔分数的增大而减小,随当量比的增大而增加,并利用试验结果拟合出滞燃期随相关参数变化的阿累尼乌斯关系式;然后用两个机理(Kai机理和Luc机理)对滞燃期进行了模拟,其中Luc机理对滞燃期的预测明显偏低,而Kai机理与试验数据吻合较好,只是在低温浓混合气时预测值偏低,将其底层机理用NUI机理替换后高、低温情况下模拟值与试验值都能较好地吻合.敏感性分析显示,高温时对滞燃期影响最大的反应为H+O_2=O+OH,当温度降低时,该反应影响减少,而燃料裂解与脱氢反应对滞燃期的影响增大.路径分析显示,高温下MTHF的消耗以裂解反应为主,温度降低时,裂解反应对燃料消耗量的贡献率降低,而脱氢反应成为消耗燃料最主要的路径.     

整体式焦油裂解催化剂的制备及性能研究

以堇青石为载体,采用真空浸渍法制备整体式镍基催化剂,研究了不同干燥方法对整体式催化剂内表面活性组分轴向分布的影响及不同工艺条件下的催化性能。结果表明:微波干燥法所得催化剂内表面活性组分轴向分布最均匀;重时空速对焦油裂解率的影响较大,当重时空速为177kg/(h.m3)时,焦油裂解率高达92.62%,H2的体积分数为46.53%;在较低温度条件(700~800℃)下,催化温度对焦油裂解的影响较小,当催化温度上升到900℃时,焦油裂解率大幅上升,单位质量生物质气体产率高达1.22Nm3/kg。     

生物质低温脱氧中产物特性变化及其反应动力学研究

对棉秆和玉米秆在200～390℃范围内的低温脱氧过程进行研究。分析其产物特性并对脱氧过程进行动力学分析,为进一步探索生物质低温脱氧的反应机理提供理论依据。结果发现与原样相比,390℃低温脱氧棉秆O/C和H/C分别降低78.5%和60.9%,390℃低温脱氧玉米秆O/C和玉米秆的热值分别提高36.4%和31.9%;棉秆与玉米秆在290～390℃时的失重比其在200～290℃时分别提高28.22%和52.28%;棉秆和玉米秆的热解可运用分级反应模型求其动力学参数,低温脱氧过程中棉秆和玉米秆的活化能分别为120.91、109.27 kJ/mol;生物质三组分可运用一级反应模型求其动力学参数,低温脱氧过程中半纤维素、纤维素、木质素的反应活化能分别为77.19、238.99、28.42 kJ/mol。     

稻壳连续热解特性研究

在自行研制的生物质连续热解反应装置上进行稻壳连续热解和二次裂解实验研究。随着稻壳热解温度的提高,炭产率降低,气体产率增加,液体产率先增加后减少;随着滞留时间的减少,炭产率、液体产率增加,气体产率减少。稻壳热解气以CO2和CO为主,且二者为竞争关系,热解温度提高,CO2产量降低,CH4、H2、C2H4、C2H6产量增加,CO的产率变化不大;滞留时间对热解气组分影响不大。二次裂解温度提高,裂解气中的H2、CH4、C2H4含量明显增加,二次裂解温度为800℃时,H2产率达到12%。稻壳500℃热解挥发物600℃二次裂解木醋液中醋酸含量高达49.44%,焦油中检测到的物质主要为丙酮和异丙醇。     

硫化氢高温裂解制氢的动力学研究

为了探究硫化氢高温裂解制取氢气机理,对其建立动力学模型,并将动力学模拟结果和试验数据以及热力学计算结果进行了比较,所建立的动力学模型能够较好地模拟硫化氢的高温裂解制氢过程,与试验数据以及热力学计算结果比较吻合。结果表明,随着裂解温度的提高,硫化氢的转化率和氢气的生成率显著提高,在1250℃时,分别可达56．8％和10．6％。当温度较低于1050℃时,随着停留时间的变长,硫化氢的转化率和氢气的生成率显著提高;当温度高于1050℃时,停留时间超过0．2s后,其对硫化氢的转化率和氢气的生成率影响很小。     

CaO催化裂解生物质气化焦油实验研究

以谷壳气化发电产生焦油为研究对象,考查了CaO作为焦油裂解催化剂对其催化裂解的影响。实验研究结果表明:CaO作为焦油裂解催化剂可使焦油裂解率明显提高,在800℃时,其裂解率可由热裂解的28.66%提高到65.60%,焦油催化裂解后可使燃气成份中的H2、CO、CH4以及CO2含量提高。但焦油裂解过程中,其积炭率可达30.51%;扫描电镜显示:因焦油裂解积炭包裹CaO催化剂,易使其催化活性失效,同时由于积炭,使床层压降增加,给焦油催化裂解运行带来困难。     

熔融碱裂解甘油制氢研究

以熔融NaOH作为加热和反应介质进行甘油裂解制氢试验研究。讨论熔融碱对裂解产物分布的影响,考察不同进料方式、裂解温度、载气流速和进料速率等因素对甘油产氢气产率的影响。结果表明:熔融碱使产品气中只含有H2和CH4,其中H2的体积分数达到90%以上;进料时保证甘油与熔融碱充分接触,可大幅减少结焦、脱水等副反应的发生;与载气流速和进料速率相比,裂解温度是影响甘油制氢的主要因素,在裂解温度425℃,载气流速100L/h,进料速率4.5g/min的最优条件下,甘油氢气产率为4.82mol H2/(mol甘油),达到理论产率的68.9%。     

生物质快速催化裂解的反应动力学

根据生物质在流化床中气化受热速率较高的特点,设计了生物质快速升温催化裂解实验系统,提出生 物质催化裂解动力学模型。研究假定的模型综合了三竞争反应模型和二次反应模型的特点,即生物质首先进行3 个平行的裂解反应,生成气体、焦炭和焦油,焦油再经二次裂解生成气体和焦炭;模型对于锯末、纤维素和木 质素的催化裂解适用比较准确;动力学反应级数n的数值在0．66-1．57之间,用镍基催化剂时,其n值要高于 使用锻烧白云石时求出的n值;当白云石应用温度高于800℃时,焦油裂解活化能才有显著降低,即白云石的使 用温度宜高于800℃。     

柴油机SCR系统尿素沉积物详细反应路径

通过分析尿素沉积物形成的详细反应网络框架,构建尿素分解及沉积物生成反应子模型,进行了尿素-选择性催化还原(SCR)系统排气管尿素分解段计算.对比尿素分解总包反应与详细反应的出口NH3摩尔分数以及中间产物的温度-摩尔分数,初步探索的详细机理基本能反映尿素转氨及某些主要中间产物的变化规律.结果表明:温度低于200℃时,尿素分解副产物主要是缩二脲(C2H5N3O2)、三聚氰酸(C3H3N3O3).温度达到约210℃时,副产物中出现三嗪类(triazines)物质:三聚氰酸一酰胺(C3H4N4O2)、三聚氰酸二酰胺(C3H5N5O)和三聚氰胺(C3H6N6).温度达到350℃以上时,三聚氰胺能继续生成三均三嗪类(heptazines)成分:C6H9N11、C6H6N10、(C6H3N9)x.尿素详细反应路径表明,缩二脲是尿素沉积物形成中最重要的反应中间产物,构成了其他副产物形成的基础,可沿反应路径形成缩三脲(C3H6N4O3)、三聚氰酸和三嗪类副产物.异氰酸(HNCO)是尿素分解副产物形成所需的最重要反应物.     

生物质裂解油催化裂解精制机理研究(Ⅲ)——生物质裂解油模拟物的催化裂解机理

分析生物质油6种模拟物在裂解温度500℃,不同质量空速条件下的催化裂解产物。不含芳环的生物质油模拟物(乙酸、甲醇、环戊酮和糠醛)经过HZSM-5分子筛催化剂催化裂解后的产物中,均含有苯、萘、茚和多环芳烃及其衍生物,而苯酚和间甲酚经过HZSM-5分子筛催化裂解后,产物中主要是酚类化合物。根据模拟物催化裂解产物,推测不同类型化合物的催化裂解反应途径,说明生物质裂解油催化裂解精制反应过程主要发生脱氧和芳烃化反应,为生物质油催化裂解精制机理研究提供了理论依据。     

在氮气氛围下木薯渣热裂解的试验研究

试验研究了木薯渣在不同升温速率下热裂解产物的组成随温度变化的情况,对木薯渣在N2氛围下的TG和DTG曲线进行了分析.试验结果表明.当温度为290～430℃时,木薯渣热裂解速率最快,焦炭产量随着温度的升高而降低,焦油及气体产量随着温度的升高而增加;木薯渣在600℃以下快速热解有利于焦油和焦炭的生成,在600 ℃以上快速热解有利于气体产物的生成.通过GC-MS分析发现,焦油中的主要组分是苯酚类化合物.     

废气稀释下正庚烷-异辛烷高温反应过程的模拟

在废气稀释条件下,汽油机中的燃油会随着气流运动迅速进入燃烧室内的高温区进行燃烧.为了合理地描述这一过程对高温反应过程的影响,通过对正庚烷和异辛烷详细反应机理进行温度敏感性分析,得到了影响其低温和高温下的关键反应路径,构建了一个包含45种组分和57个基元反应的正庚烷和异辛烷汽油替代物简化化学反应机理.该简化化学反应机理的合理性得到了试验验证.借助本文的简化机理模拟了不同残余废气率下正庚烷和异辛烷的高温反应路径.通过化学反应路径的模拟发现,在高温反应过程中,正庚烷和异辛烷的消耗受到C4H8、C5H11、C6H13、C7H14和C8H16生成过程的影响;正庚烷的脱氢反应和异辛烷的裂解反应受到残余废气率的影响较大,而正庚烷的裂解和异辛烷的脱氢过程几乎不受残余废气率的影响.     

生物油催化裂解的动力学分析

以CaO·MgO混合物为催化剂,采用热重分析法探讨了混合物中MgO含量对生物油催化裂解反应速度和最终残留率的影响.实验结果显示,生物油的热重变化过程可以分为室温～200℃范围内的挥发阶段和200～520℃范围内的热裂解阶段.在热裂解阶段中,反应速率常数和温度的关系可以用Ardaenius方程式表示.在MgO含量为50%的CaO·MgO混合物的催化作用下,生物油热裂解反应活化能从无催化剂时的20.9kJ/mol降低到16.5kJ/mol,最终相对残留率降低到0.75.MgO含量为38.7%的煅烧白云石是有效的生物油裂解催化剂.     

玉米秸和稻壳热解产物的分布规律

研究了玉米秸和稻壳热解产物在不同反应温度和停留时间下的分布规律.试验结果表明,400℃时热解产物中液体质量分数接近50%;随着反应温度升高,大分子的碳氢化合物逐步裂解,气态产物逐渐增多,800℃时气体产物质量分数超过了55%.反应温度对热解产物的分布具有显著影响,而停留时间影响较小.随着反应温度升高,H2含量明显增加,CO和CO2含量明显降低,CH4含量受温度的影响较小.当反应温度在400～500℃时,热解气体的低位热值在11～15 MJ/m3;反应温度超过500℃时,气体热值在15～16.5 MJ/m3.     

H2O2作添加剂对SNCR脱硝工艺的影响

为了改善选择性非催化还原(SNCR)脱硝工艺的反应特性,以H2O2为添加剂,对SNCR过程进行了实验研究。在小型SNCR实验台上进行实验,以N2作为载气,以纯NO模拟NOx气氛,初始NO浓度为360μL/L,O2=4%,H2O=8%,NSR=1.5。通过对实验结果进行分析,得到H2O2对低温下的脱硝率有促进作用,对最大脱硝率以及最佳脱硝温度没有影响,最大脱硝率依然为80%左右,最佳脱硝温度为925℃。另外还分析了H2O2对NH3浓度、HNCO浓度、NO2浓度、N2O浓度以及N2转化率的影响及其原因。     

柴油机LNT再生过程铂催化CO还原NO_x反应机理

用数值模拟的方法研究了柴油机稀燃NO_x捕集技术(LNT)浓燃再生过程中CO还原NO的反应过程.建立了铂(Pt)催化剂表面CO还原NO的详细化学反应机理模型,该机理包括5种气相组分、5种表面组分和11步基元反应,其中包含了CO_2、N_2和副产物N_2O的生成路径.对反应器出口各主要组分摩尔分数随温度的变化情况进行了模拟,其结果与文献中的试验数据吻合良好.CO和NO的反应开始于250,℃左右,N_2O为低温区间的主要产物;300,℃时,N_2开始生成,并逐渐取代N_2O成为主要产物.分析了生成N_2的两条反应路径,结果表明:当温度低于330,℃时,N原子重组路径占主导;而温度高于330,℃时,N_2O分解路径占主导.此外,预测了CO摩尔分数对CO和NO转化率的影响,证明了CO自抑制效应,即随着CO摩尔分数的增加NO转化率先升高后降低.