固定床上Fe_2O_3载氧燃烧特性实验研究

Fe2O3作为载氧体可以在载氧燃烧过程中实现CO2的分离。在固定床试验台(内径40mm,高1600mm)上,通过改变载氧体在反应器中所处的还原氧化氛围模拟载氧燃烧过程,研究载氧体Fe2O3的载氧燃烧特性。实验载氧体量385g,CO+CO2+N2为还原气体,O2+N2为氧化气体。在900℃下针对CO2对反应的影响进行研究,对载氧体粒径和反应温度的影响进行探讨。为了分析载氧体的反应活性与稳定性,在900℃下对载氧体颗粒进行多次还原氧化循环实验。结果表明,在纯CO的氛围下,Boudouard反应会导致还原过程发生析碳,CO还原气中加入CO2可以抑制析碳的产生。还原反应中载氧体颗粒的比表面积和孔隙率越大,CO的转化率越高。在Fe2O3-Fe3O4阶段,高温不利于CO的转化,但有助于CO在Fe3O4-Fe0.947O/Fe阶段中的转换。通过5～6次的循环实验发现,载氧体在经过第1次反应后会出现一定程度的失活,此后性质保持稳定。     

基于赤铁矿载氧体的串行流化床煤化学链燃烧试验

建立1kW级串行流化床反应器系统,以赤铁矿为载氧体进行了煤化学链燃烧试验。验证载氧体的持续循环能力,讨论燃料反应器温度对气体产物组成及CO2捕集效率的影响。在连续10h的试验中,载氧体展现出良好的稳定性和反应活性;随着温度由900℃升到985℃,燃料反应器中CO和CO2浓度迅速增加,空气反应器中CO2浓度则呈线性下降;较高的温度有利于提高CO2捕集效率。用BET比表面积、扫描电子显微镜和X-射线衍射对使用前后的载氧体进行表征,结果表明:表面轻微的烧结导致使用过的载氧体比表面积和空隙容积都有所下降;载氧体仍保持多孔结构,这有利于其与气体之间的反应。由于喷动床高速射流的存在,载氧体颗粒之间没有团聚现象。该种赤铁矿是实现煤化学链燃烧比较理想的载氧体。     

铁基载氧体化学链制氢特性实验研究

化学链制氢(chemical looping hydrogen generation,CLHG)是一种可以内在实现CO2分离的新型制氢技术.它由燃料、水蒸气和空气反应器组成.该文选取CO为燃料,研究气体燃料的制氢性能及影响因素.并选用Fe2O3作载氧体,Al2O3和TiO2作载体,采用机械混合法,制备了Fe2O3(90％)+Al2O3(10％)、Fe2O3(60％)+Al2O3(40％),Fe2O3(60％)+TiO2(40％)3种载氧体.在900℃下,进行了还原、水蒸气氧化和空气氧化十次循环实验.实验发现,3种载氧体在循环中活性保持稳定,没有出现失活和烧结现象;增加载氧体中惰性载体的质量分数可以提高载氧体的活性;由于TiO2与Fe2O3结合生成惰性的FeTiO3,导致基于TiO2的载氧体活性低于同等质量分数下基于Al2O3的载氧体;惰性载体自身的吸湿性和水蒸气制氢氛围会导致颗粒的团聚.温度升高有利于还原反应,增加了载氧体的还原深度并提高了水蒸气氧化时氢气的产量;同时高温抑制了还原过程中的析碳.还原时气体燃料在单级燃料反应器内由于热力学平衡无法实现完全转化,可考虑设计新型的燃料反应器.     

钾-钠共修饰铁矿石载氧体的反应特性试验

采用碱金属K-Na通过浸渍法共修饰铁矿石载氧体,在流化床上研究了K-Na负载量、反应温度和循环次数对载氧体性能的影响。结果表明:碱金属K-Na共修饰铁矿石的CO累积转化率显著高于纯铁矿石;温度对载氧体反应活性影响显著;K和Na在循环过程中对铁矿石活性的修饰效果保持稳定;5Na1K-Fe和1Na5K-Fe的活性高于3Na3K-Fe。     

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧分离CO2研究

提出基于CaSO4载氧体的串行流化床煤化学链燃烧分离CO2技术，分析了燃料反应器内水煤气反应、CaSO4以及金属氧化物载氧体还原反应热力学特性参数，表明CaSO4是煤化学链燃烧反应理想的载氧体。应用Aspen Plus软件，建立了基于CaSO4煤化学链燃烧串行流化床内各种物质的质量平衡、化学平衡和能量平衡模型，进行模拟研究；结果表明，随着燃料反应器温度不断提高，燃料反应器气体产物中H2O体积浓度基本维持不变，CO2浓度略有降低，CO迅速上升，而H2缓慢增大；H2S随反应温度呈幂指数规律衰减，SO2显著递增，表明燃料反应器产物中SO2和H2S中的硫不全部是煤中硫，部分硫来自于CaSO4载氧体竞争反应的产物；载氧体循环倍率随燃料反应器温度升高呈幂指数级增加，随空气反应器温度呈幂指数级递减。     

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧还原反应实验研究

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧技术,采用小型流化床模拟燃料反应器,对煤气化–CaSO4还原反应展开实验研究。水蒸气作为气化及流化介质,煤气化气体产物(CO、CH4、H2)与CaSO4发生还原反应。结果表明,煤气化是煤气化–CaSO4还原反应过程的控制步骤;CH4、H2累积量随温度升高呈减少趋势,高于950 ℃时反应产物中无CH4、H2,温度低于950 ℃时CO累积量随温度增高亦呈减少趋势, 但高于950 ℃时CO累积量随温度升高反而略有增加;煤气化反应的碳气化效率以及煤气化–CaSO4还原反应的C–CO2转化率均随温度而增大,最大值分别达95.9%、91.5%。CaSO4在CH4、H2气氛的反应活性随温度升高而显著提高,而在CO气氛下其反应活性较弱;煤气化–CaSO4还原反应后的载氧体颗粒出现轻微磨损,扫描电镜分析表明反应后载氧体颗粒的比表面积增大,950 ℃时存在轻微烧结现象,但对载氧体反应活性影响不大。     

MnO_x-CeO_2为电催化剂的氧还原阴极的性能研究

CeO_2是很好的富集氧材料,MnO_2有较好的氧还原电催化性能。以硝酸锰和硝酸铈为原料,通过水热法制备均匀的MnO_x-CeO_2复合金属氧化物。通过XRD物相和晶相分析,阴极极化曲线等手段,研究了以MnO_x-CeO_2复合金属氧化物为电催化剂的氧电极的电催化氧还原性能,确定了MnO_x-CeO_2复合金属氧化物的最佳配比和烧结温度。实验结果表明,用水热法合成MnO_x-CeO_2复合金属氧化物时,当n(Mn)/n(Ce)=1∶0.6时,350℃烧结5 h后,MnO_2进入萤石型CeO_2中形成MnO_x-CeO_2复合金属氧化物,与MnO_2相比,具有更好的富氧能力,电催化氧还原性能也更好。     

新型煤气化间接燃烧联合循环研究

以煤为燃料，通过气化和间接燃烧等技术，实现燃煤发电的CO2分离。水煤浆增压后，利用间接燃烧过程热源气化。以金属氧化物为载氧体，实现间接燃烧(CLC)，即载氧体与煤气的“燃烧”和载氧体与空气的再生，“燃烧”气相产物为H2O(汽) CO2，冷凝水后，可分离出CO2。结合燃气蒸汽联合循环技术，构成新型煤气化间接燃烧联合循环，实现燃煤高效和CO2分离。文中通过数学建模方法，对系统特性进行仿真计算，预测煤气成分，研究载氧体还原比率、循环倍率、煤气成分等参数对间接燃烧性能的影响，为间接燃烧技术的实验研究和系统概念设计提供基础数据。     

助剂对CaSO_4载氧体化学链燃烧的影响

在固定床实验台架上,研究了CaSO4和添加助剂的CaSO4与气体燃料发生反应的特性。结果表明:助剂可大幅度地提高CaSO4的反应活性,缩短反应时间。在950℃下,所有复合载氧体的转化率均超过95%。在还原和氧化过程中,载氧体释放的SO2曲线呈单峰特性,且随温度显著增大;温度对COS的释放没有明显的影响作用。含Ni-Fe的载氧体等转化率下硫的损失率最小。通过程序升温还原、X射线衍射和场发射扫描电镜等表征分析,研究了样品的反应性能,成分与结构变化,并提出了一个可能的催化还原反应和硫释放机制。     

草木灰水溶液改性天然贫铁矿载氧体试验研究

选用草木灰水溶液改性天然贫铁矿作为载氧体,在固定床中,采用CO作为还原气体,考察了K~+物质的量比改性载氧体活性的影响;并对其进行短时间、多次数氧化还原循环试验研究。结果表明:K~+物质的量比越高,改性载氧体的活性越好。改性载氧体在固定床100次循环反应中表现出了较强的循环稳定性;随着循环次数的增多,改性载氧体会出现粉化情况,且K~+物质的量比越高,改性载氧体的粉化现象越严重。     

CuO/γ-Al2O3催化剂上NH3选择性催化还原NO

利用溶胶凝胶法制备CuO/γ-Al2O3催化剂颗粒,在固定床上测试其催化脱硝活性。通过研究发现CuO/γ-Al2O3催化剂在250～450℃范围内脱硝效率达到了75%以上,硫化后催化剂的最佳温度窗口向高温扩展。同时利用程序升温方法研究了CuO/γ-Al2O3催化剂对NH3的氧化性能,发现催化剂的脱硝反应活性不仅取决于催化剂表面的氧化性能,而且还与催化剂本身结构相关。硫化后的催化剂氧化性能降低,是催化剂在低温区活性降低的主要原因。水蒸气存在使最佳脱硝反应温度窗口向高温方向偏移。动力学计算表明催化剂优良的孔结构特征和较高的单层分散活性组分降低了催化剂反应所需的活化能。     

铁酸锌高温煤气脱硫剂硫化再生性能的研究

该文利用共沉淀法制备铁酸锌系列脱硫剂，并在固定．床反应器上对其进行硫化试验，然后对其中活性较好的ZFD7脱硫剂进行硫化和再生循环试验，最后用强度仪、XRD仪及气体吸附仪对该类脱硫剂在硫化和再生前后的机械强度与有关结构特性进行比较。结果表明：添加高岭土粘结剂的脱硫剂脱硫效果较好；循环试验中，硫化再生后脱硫剂的机械强度均大于新鲜样品，说明该类脱硫剂具有良好的抗磨损性能；试验还证实经3次循环后脱硫剂的结构、孔容积及比表面积均与新鲜样品相类似，表明该类脱硫剂在试验条件下未发生明显失活，因而具有一定的工业应用潜力。     

CuO/g-Al2O3和CuO-CeO2-Na2O/g-Al2O3催化吸附剂的脱硝性能

利用改进的溶胶凝胶法制备纳米孔径的CuO/γ-Al2O3和CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化吸附剂颗粒,在固定床上测试其催化脱硝活性。两类催化吸附剂250～400℃范围内脱硝效率稳定在70％以上。在350℃时效率稳定在最高值。利用程序升温方法研究了两类催化剂对NH3和NO的氧化性能,发现NH3在高于400℃下急剧氧化,是脱硝效率下降的主要原因。CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化生成NO2,NO2生成有利于脱硝反应的进行。NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用。改进的CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化剂能使NH3在高温400℃下不被氧化,也促进了NO在催化剂表面的吸附,从而提高催化剂了脱硝效率。催化剂反应的机理为NO吸附在催化剂表面,氧化生成吸附态的NO2,其再与吸附催化剂上的NH3反应。     

新型吸附剂脱除烟气中气态汞的试验研究

用恒温水浴中汞渗透管的汞蒸气发生装置以及烟气主要气体成分模拟烟气条件，在小型固定床试验台上开展天然沸石、膨润土和蛭石及其化学改性剂作为吸附剂脱除气态汞的试验研究。经NaCl溶液改性后的钠型沸石对汞的吸附能力有所提高，但与活性炭相比，还有一定差距。随Hg0入口浓度增加，钠型沸石吸附量增加；吸附温度升高，其吸附量显著降低，呈现典型的物理吸附特征。对膨润土和蛭石利用表面活性剂改性后，其单位吸附量均有所增加，对单质汞的吸附均呈现明显非线性，主要靠表面物理吸附作用。用MnO2、FeCl3金属氧化物对矿石样品进行化学改性后，吸附时间大为延长，原因在于吸附过程不再是单纯的物理吸附，而在吸附剂表面发生了化学反应，化学吸附过程有效增加了吸附能力。因此，可进一步通过改变化学浸渍试剂，继续提高改性吸附剂的吸附能力。     

燃煤烟气中脱汞吸附剂的性能实验研究

利用制备的壳聚糖吸附剂在一维煤粉炉进行烟气除汞实验,实验发现：壳聚糖类吸附剂可以有效脱除燃煤烟气中的汞,最高效率可达到96％;并利用红外光谱分析了其微观结构,揭示了壳聚糖类吸附剂吸附螯舍痕量重金属汞汞机理为4个游离氨基螯合1个汞或2个游离氨基和2个羟基协同螯合一个汞。其中氨基是主要反应活性基。     

高活性钙基烟气脱硫剂的研究进展

介绍了钙基脱硫剂的原理和使用现状,总结了近年来在通过使用添加剂、掺入粉煤灰和水合作用三方面来改性钙基烟气脱硫剂活性的研究情况,指出提高脱硫剂的比表面积,降低吸收剂的钙硫比,提高钙基烟气脱硫剂的脱硫率和利用率是今后的发展方向。     

石灰石煅烧过程中孔隙网络结构的动态可视化数值模拟

文中运用Monte-Carlo（MC）方法,结合石灰石分解时孔隙的形成机理、石灰石分解动力学数学模型和烧结机理,首次采用一种新网格的划分方法,对石灰石煅烧和烧结过程中产物孔隙微观网络的生成及变化进行了模拟,实现了其孔隙网络结构的直观可视化.可视化结果表明：不同状态下的孔隙结构具有一定相似性.利用象素点覆盖法对结构图的分形特性进行分析,证实了文中所提出的模型的可行性.     

汞吸附过程的试验研究和数学模型

在固定床试验台上,以汞渗透管和其它主要气体成分模拟烟气条件,采用活性炭和飞灰对汞的吸附过程进行了试验研究。结果表明:随Hg0入口含量的增加,活性炭、飞灰的吸附量增加,初始吸附量与Hg0的含量成正比例增加;吸附反应温度升高,活性炭、飞灰的吸附能力降低,这主要是由物理吸附的机理决定的。颗粒物理特性的差异成为飞灰与活性炭的吸附能力之差距的原因之一。另外,针对固定床吸附过程,建立了由质量平衡、传质过程以及吸附剂表面反应过程等综合决定的吸附动力学模型。模拟值与试验结果较吻合,因此该模型可用于某些待定影响因素的预测计算。     

钙基吸附剂热解/碳酸化循环分离CO2过程的研究

钙基吸附剂热解/碳酸化循环再生CaO吸附CO2是燃煤电站控制CO2排放的有效方法之一。随着热解/碳酸化循环反应次数的增加,烧结使再生的CaO的碳酸化转化率迅速降低。为了使CaO在长期循环热解/碳酸化再生过程中保持较高的CO2吸附能力,分别采用3种溶液改性钙基吸附剂,包括乙醇水溶液、醋酸溶液和KMnO4溶液。同时对贝壳循环吸附CO2的特性进行了研究。研究表明,经乙醇和醋酸溶液改性后,热解产生的CaO的循环碳酸化转化率得到明显提高,抗烧结性能得到增强,并且比表面积和比孔容显著增大。经KMnO4溶液改性后的钙基吸附剂的循环转化率也得到了提高,这是由于KMnO4分解的活性物质催化了CaO的碳酸化反应。数据表明贝壳作为钙基CO2吸附剂是可行的。改性的钙基吸附剂和贝壳作为CO2吸附剂具有良好的应用前景。     

Sodium coolant purification systems for a nuclear power station equipped with a BN-1200 reactor

Both traditional coolant purification methods (by means of traps and sorbents for removing cesium), the use of which supported successful operation of nuclear power installations equipped with fast-neutron reactors with a sodium coolant, and the possibility of removing oxygen from sodium through the use of hot traps are analyzed in substantiating the purification system for a nuclear power station equipped with a BN-1200 reactor. It is shown that a cold trap built into the reactor vessel must be a mandatory component of the reactor plant primary coolant circuit’s purification system. The use of hot traps allows oxygen to be removed from the sodium coolant down to permissible concentrations when the nuclear power station operates in its rated mode. The main lines of works aimed at improving the performance characteristics of cold traps are suggested based on the results of performed investigations.