空气气氛下PbCl2高温挥发的热力学和动力学分析

针对我国垃圾焚烧飞灰高氯含量的特点,以PbCl2为研究对象,首先利用热力学Gibbs自由能判据理论对空气气氛下PbCl2高温挥发反应的主要反应和热力学平衡进行分析,然后利用高温热重差热分析仪(TG-DTA)研究升温速率(10、15、20 ℃/min)对其影响,并结合热力学分析建立PbCl2高温挥发的本征动力学模型.热力学分析表明:PbCl2的高温挥发主要是PbCl2离子晶体的相变过程,PbO和Pb的生成量很小;实验结果表明:随着升温速率的升高,挥发反应TG曲线向高温方向移动,挥发反应的各特征温度都有所升高;动力学分析表明:零级反应动力学可以很好地描述PbCl2的高温挥发反应.     

煤气化过程中微量元素挥发动力学

煤气化过程中,与矿物质有关的微量元素挥发时包含3个连续步骤:微量元素在熔化的矿物质内部质量扩散;微量元素在矿物质熔化表面挥发,以及逆反应凝聚过程;气态微量元素在灰尘中扩散.不同微量元素的挥发过程由上述3个不同步骤控制.数学模型计算结果表明,饱和蒸气压力较小的元素(如Co、Cr、Cu、Mn、Ni、V、Sr、Mg和Pb等)挥发速率常数主要由熔融矿物质表面微量元素挥发和熔融矿物质内微量元素质量扩散共同控制;饱和蒸气压力较大的元素(如As、Cd、Hg、Se、Zn等)挥发速率常数由熔融矿物质内微量元素质量扩散所控制;气化温度对微量元素挥发速率影响很大;所有微量元素挥发速率常数随着气化温度的增加而增加;元素的饱和蒸气压力越大,气化温度对其挥发速率影响也越明显.     

生物质闪速热解挥发特性的研究

以等离子体为热源，利用层流炉热解试验台对稻壳等生物质进行了闪速热解挥发试验，得到了不同加热温度和挥发时间下的热解挥发百分比数据；根据试验数据，计算出了Arrhenius一级反应动力学模型的表观频率因子和表观活化能参数的值。研究发现，在闪速加热条件下，同一种生物质的热解动力学参数不随工况发生变化；不同生物质的表观频率因子和表观活化能的值不同；试验数据与模型具有很好的吻合性，该模型可以作为生物质闪速热解的计算模型之一。     

燃煤过程中砷挥发特性及动力学特性的研究

为了研究不同因素对砷挥发的影响,选取7种典型煤种作为研究对象,在600~1 300℃内进行燃烧实验,并对煤的砷挥发进行了动力学分析.结果表明:当灰分含量差别不大时,2min时高挥发分煤中砷的挥发比例大于0.6,而低挥发分煤中砷的挥发比例不到0.3;当挥发分含量相差不大时,煤中砷的挥发比例与煤中的灰分有一定负相关性;温度是影响砷挥发的重要因素,700~1 000℃是砷挥发的主要温度区间;当水蒸气体积分数达到10%时,其对砷的挥发比例和挥发速率影响较为明显,当水蒸气体积分数进一步增大,其对砷挥发的影响逐渐减弱;挥发分对砷挥发表观活化能的影响大于灰分.     

油页岩热解过程中部分重金属元素的挥发动力学研究

以桦甸油页岩为试样,研究了油页岩在热解过程中重金属元素的挥发规律,并对油页岩中重金属元素的挥发动力学机理进行了分析.结果表明：随着热解温度的升高,重金属挥发率变化情况基本相似,其热解过程迁移曲线均呈现S形状,Weibull函数能够很好地描述重金属元素在油页岩热解过程中的挥发行为;在油页岩热解过程中,重金属元素挥发动力学活化能E处于30~130kJ/mol;各重金属元素迁移的频率因子相对较低,均不高于1×107min-1.活化能E和频率因子A之间呈线性关系;初始热解温度低的元素其挥发活化能也较低.     

铜渣催化甲烷二氧化碳重整的热力学及动力学分析

以铜渣作为甲烷二氧化碳重整的催化剂及热源,考察其催化重整活性,并对铜渣进行了XRD,SEM,BET,H2-TPR分析表征。实验结果表明,铜渣在高温段具有较高的催化活性,当铜渣温度为1 200℃时,甲烷、二氧化碳转化率分别为87.5%和85.2%。同时,对铜渣催化甲烷二氧化碳重整进行了热力学及动力学分析,得出铜渣从1 200℃降至600℃过程中余热利用率为22.93%,铜渣催化该重整反应的活化能为213.90 k J·mol~(-1),反应速率常数k=2.19exp(-213.90/RT)。     

高温相变蓄热的研究进展

从如下两个方面总结了高温相变蓄热的研究现状：①在高温相变材料(PCM)方面,重点介绍了高温相变材料的一些重要性能及其测量,高温相变材料的封装,高温复合相变材料及高温相变材料的应用;②在传热分析方面,主要介绍了相变过程的数值模拟和相变蓄热系统(LTES)的热力学优化。     

O2/CO2气氛下煤粉的燃烧规律与动力学特性

在O2/N2及O2/CO2气氛下,利用热重法(TG)进行了3种煤粉的非等温燃烧试验.结果表明:在相同O2浓度下,不同气氛并未引起燃烧规律的变化,O2/CO2气氛可以取得O2/N2条件的燃烧效果;O2浓度在40%的范围内,随着O2浓度的提高,煤粉着火点和失重峰温度降低较为明显.此外,采用普适积分法对燃烧过程的动力学参数进行计算.结果表明:不同的反应区段存在不同的化学反应机理,但气氛的改变并未引起化学反应机理的变化,同一煤种活化能E在各个工况下的差异可由"动力学补偿效应"解释,且该计算函数适合研究已有条件下的化学反应机理.     

CO_2气氛下劣质煤气化及动力学特性实验研究

利用综合热分析仪以非等温热重法研究了升温速率及粒径对于两种劣质煤粉在CO2气氛下气化反应特性的影响规律,考察了灰分对于两种劣质煤气化反应性的影响,并采用均相反应模型(HM),利用Freeman-Carroll法计算拟合得到各条件下气化反应动力学参数。结果表明:两种劣质煤CO2气化反应级数都是1.0级。反应条件对两种煤样的反应活化能产生了相似的影响:CO2气氛下,在900～1 300℃的样品气化反应区间,当其它条件不变时,随着煤样粒径由150～400μm减小到0～75μm,两种劣质煤样表观活化能呈明显下降趋势;而随着升温速率由30℃/min降至10℃/min,两种煤样反应活化能则在上升。在不同样品粒径及升温速率下,两种煤粉的气化活化能和对应的指前因子之间存在着动力学补偿效应。     

O_2_CO_2气氛下煤燃烧产物的热力学分析

利用ASEPN PLUS软件平台对O2/CO2气氛下煤的燃烧产物进行了热力学模拟计算,计算中对煤在O2/CO2气氛下和空气中的燃烧产物进行了对比,研究在O2/CO2气氛下燃烧温度、过量氧系数φ对煤燃烧产物的影响。结果表明,煤在O2/CO2气氛下燃烧,形成的NOx量远低于空气气氛中的生成量;随温度和φ增大,NOx量增大;温度对SO2和SO3量的生成影响很小;当φ<1时,随φ增大SO2的量增大,当φ>1时,φ变化对SO2量影响不大;随φ增大,SO3有微量增长。计算表明应用ASPEN PLUS模拟煤的富氧燃烧是可行的。     

烟煤煤焦等温CO2气化动力学模型研究

在建立的化学反应动力学控制实验条件下利用自建固定床实验台研究了烟煤煤焦等温CO2气化反应特性。采用均相模型、未反应收缩核模型和修正体积模型计算得到气化反应活化能分别为147.7kJ/mol、102.9kJ/mol和155.5kJ/mol。利用等转化率法避开反应机理函数的选择,计算得到反应活化能为144.1～166.0kJ/mol。通过比对不同模型相关系数大小以及与等转化率法计算所得活化能范围符合程度相结合的方法,确定均相模型和修正体积模型为最佳动力学模型;根据修正体积模型中经验常数b≈1,可认为修正体积模型与均相模型为同一模型。因此确定烟煤煤焦CO2气化反应最佳动力学模型为均相反应模型。     

O_2/CO_2条件下生物质焦和煤焦燃烧动力学特性

为得到富氧条件下生物质焦和煤焦的燃烧动力学特性规律,利用热重研究了麦秆焦,木屑焦以及烟煤焦在富氧气条件下的燃烧特性。实验结果表明:无论是生物质焦还是煤焦,相同的O2浓度下,O2/CO2气氛下焦样的着火相对于O2/N2气氛均发生了延迟,燃烧特性指数也均低于O2/N2气氛下对应值;在O2/CO2气氛和O2/N2气氛下,随着O2浓度的增加,焦样的着火温度均降低,燃烧特性指数增大,且提高O2浓度对煤焦着火的改善程度显著优于木屑焦。     

在O2/CO2-空气两种不同气氛下石灰石硫化特性的比较

热重分析表明：石灰石在O2/CO2^-空气两种气氛下煅烧及硫化特性显示出较大差异.在O2/CO2气氛中,因较高CO2浓度使石灰石的煅烧分解推迟,一定条件下石灰石直接与SO2发生硫化反应,且过程具有较高的反应速率.通过对硫化样品的压汞仪孔隙结构分析及SEM、XRD测试,同时采用不反应缩核模型分析比较两种硫化过程的动力控制特性,得出与传统空气条件相比,在850℃、O2/CO2气氛下硫化反应的σ2数值减少较快,产物层的扩散阻力对反应的影响相对减弱,更有利于反应深入发展的结论.图10表2参15     

酥油等温燃烧化学动力学研究

使用锥形量热仪研究100mm×100 mm×10mm的固体酥油在不同温度下的燃烧反应,采用化学动力学法拟合了酥油燃烧过程中质量损失率与时间的单方程模型．结果显示,在酥油燃烧过程中,质量损失速率受产物的解吸附和扩散过程控制．酥油在947-1 165 K燃烧时,合适的反应动力学方程为a1/2=Ae-E、RTt,其中指前因子A等于0．021 3 s-1,平均表观活化能E为17．69 kJ／mol,A和E与温度的变化基本无关,计算结果与实验数据吻合较好．     

O2/CO2气氛下石灰石脱硫特性的研究

在沉降炉中进行了石灰石的脱硫特性研究。表明用20%O2 80%CO2的混合气体作助燃气时比用空气作助燃气时有较好的脱硫效果,并能减少NOx的排放,是一种新的能同时控制CO2,SO2和NOx三种污染物的好方法。图8参8     

Kinetic study on fermentation from CO2 and H2 using the acclimated-methanogen in batch culture

Methane was produced from H₂ and CO₂ using the acclimated-mixed methanogens in a 3.71 fermentor in batch culture at pH 7.2 and 37°C. The Fermentation kinetics parameter for the growth of methanogens, overall mass transfer coefficient of the reactor, and the conversion rate of H₂ and CO₂ to CH₄ by the acclimated-mixed culture were determined using the technique of Vega et al. The maximum specific growth rate (μ_max) and H₂ specific consumption rate (q_max) were found to be 0.064(h⁻¹) and 104.8 (mmol h⁻¹ g⁻¹) respectively. Monod saturation constants for growth (Kp) and for inhibition (K′p) were found to be 3.54 (kPa) and 0.57 (kPa), respectively. These findings indicate that without very low dissolved H₂ levels, the fermentations are carried out under μ_max, and the specific uptake rate (q) was almost not affected at any dissolved H₂ level in the range studied. The yield of CH₄ (Yp/s) was calculated to be 0.245 (mol CH₄ mol⁻¹ H₂), which is near the stoichiometric value of 0.25. DH₂ was also measured using the Teflon tubing method and was in good agreement with those estimated by kinetic calculations.     

浑源煤焦CO_2气化反应的影响因素及动力学特性分析

研究了热解温度、热解时间以及气化温度对浑源煤焦CO2气化反应的影响,并获得了气化反应的动力学模型.结果表明：浑源煤焦的气化活性随热解温度的提高而降低;每个热解温度都对应着一个最佳热解时间,且存在最佳热解时间随温度升高而缩短的趋势;提高气化温度能够显著提高煤焦的气化反应性能,气化温度对气化反应的影响大于热解温度的影响;低温度煤焦的气化活性随气化温度的提高而增加更为剧烈;900℃及以上的高温使活性点数增加,从而使煤焦间的活性差距分布均匀;浑源煤焦的气化反应适宜用体积模型来描述,所求取的动力学参数之间存在补偿效应,其等动力学温度约为1 199.6℃.     

Kinetic study on nonisothermal dehydrogenation of TiH2 powders

The nonisothermal dehydrogenation of TiH₂ powders was studied using thermogravimetry and differential scanning calorimetry. The reaction model was established by estimating the activation energy. The results show the nonisothermal dehydrogenation occurred in a four-step process. The hydrogen released from the TiH_1.5∼2$\text{Ti}{\mathrm{H}}_{1.5\sim 2}$ phase in the first step, which led to the decrease of activation energy. The second step was derived from the formation of βH${\beta }_H$ in δ$\delta$ phase and the reaction model was Phase boundary reaction. In the third step, the hydrogen started to release from the βH${\beta }_H$ phase, and then the βH→αH${\beta }_{\mathrm{H}}\to {\alpha }_{\mathrm{H}}$ phase transformation happened. So the activation energy Eα$E_{\alpha }$ underwent a decrease followed by a quick increase. The fourth step corresponded to the formation of αH${\alpha }_H$ in βH${\beta }_H$ phase, and the slight oxidation resulted in the small fluctuation of activation energy.