小型流化床钴基载氧体积碳性能研究

利用小型流化床,研究了不同温度(650、750、850和950℃)、不同反应气氛下(CO和H_2混合气氛、CH_4气氛)钴基载氧体的积碳性能及在还原反应中添加水蒸气或CO_2对载氧体积碳特性的影响。研究结果表明:在CO和H_2混合气氛中,反应温度越高,钴基载氧体积碳就越少;与CH_4气氛相比,CO和H_2混合气氛可有效减少载氧体表面积碳;添加水蒸气或CO_2均可抑制载氧体发生积碳反应,且添加水蒸气可基本消除钴基载氧体的表面积碳现象。     

流化床上铜基载氧体的反应特性和积碳特性研究

利用小型流化床实验台对机械制备的Cu基载氧体在4个反应温度(650℃、750℃、850℃和950℃)和两种气氛(CH4和CO+H2)下进行了实验研究,结果表明:两种气氛下Cu基载氧体的还原转化率并不随温度的升高而单调递增,而是有个最佳反应温度,分别为750℃和850℃;由于CH4气氛下Cu基载氧体表面的积碳比CO+H2气氛下严重,因此4个温度下Cu基载氧体的还原转化率都比CO+H2气氛下低,这也说明CO+H2比CH4更适合Cu基载氧体的化学链燃烧。为了避免因积碳而带来的载氧体失活,在管式炉内进行CO和载氧体的燃烧反应时,向炉内通入水蒸气,结果发现Cu基载氧体表面的积碳得到有效抑制。     

基于铁矿石载氧体的生物质化学链气化机理研究

在单批次进料小型流化床上,以稻壳为生物质燃料,研究了床料、气化温度、水蒸气体积分数以及载氧体载氧量与生物质含碳量的摩尔比(O/C)对生物质化学链气化反应特性的影响,并考察了铁矿石的长期交替氧化还原过程中的反应特性,分析了在小型流化床,水蒸气气氛气化条件下,铁矿石载氧体在反应过程中主要的反应以及反应后的铁矿石的床料变化。研究表明:在载氧体条件下,生物质的碳转化率显著增大,随着反应温度的升高,合成气中的H_2和CO的体积分数也相应升高。在温度不变情况下,随着水蒸气比例的升高,CO_2和H_2的体积分数显著上升。伴随着O/C摩尔比的升高,CO和H_2均显著下降。因此,在不同的反应条件下,铁矿石在生物质化学链气化过程中对反应速度、合成气比例等均有明显的作用,对研究生物质的综合利用具有一定的意义。     

氧缺陷影响铁基载氧体氧化-还原行为的分子动力学模拟

铁基载氧体是化学链燃烧中最受青睐的金属载氧体。构造了氧化铁载氧体的S完整表面和S^1*、S^2*、S^3*三种代表性缺陷表面,基于密度泛函理论(density function theory, DFT),首先计算分析了氧缺陷对CO在α-Fe₂O₃表面上吸附反应的影响,即对比了完整和缺陷α-Fe₂O₃(0 0 1)表面上CO的吸附和生成物CO₂的解离;其次将反应后的载氧体构型表面进行O₂吸附反应的模拟;继而对此载氧体一个循环及过程中铁基载氧体表面的积碳趋势进行了模拟分析。通过吸附能、反应能垒和反应能等参数的比较,结果显示,在铁基载氧体表面还原、积碳、氧化反应中,S^1*类氧缺陷具有更好的反应活性和抗积碳性能,具有良好的循环反应性能。该模拟研究为缺陷类型铁基载氧体的制备及其反应条件的确定提供指导。     

吸热式可控气氛发生装置

本发生装置,是将空气与原料气混合后,通过镍基催化剂的高温反应罐,经一系列物理——化学变化制成几乎不含氧化性气氛(CO_2、H_2O、O_2)主要是还原性气氛(CO、H_2)与惰性气氛(N_2)组成的吸热式可控气氛。 这种还原性气氛与惰性气氛,可以在进行渗碳及氮碳共渗热处理时,作为稀释气氛。在不同的热处理要求下,可以通过控制该气氛的露点(亦即控制气氛中水蒸气的含量),来控     

O_2/CO_2/水蒸气气氛下煤的燃烧对石灰石分解行为的影响

钙基CO_2吸收剂再生过程中,石灰石的分解需要大量能量.本文提出用煤的燃烧为石灰石分解提供能量,并研究了O_2/CO_2/水蒸气气氛下煤的燃烧对石灰石分解行为的影响.实验结果表明,过量氧气系数增大可以抑制CO和H_2的生成,促进硫化反应,从而降低SO_2的排放,然而也会促进NO的排放.煤的燃烧会使分解产物CaO活性降低,但水蒸气的添加又提升了产物的活性.水蒸气的添加还会促进硫化反应,使SO_2排放得到控制.     

净化放热式气氛

净化放热式气氛,是将放热式气氛去除CO_2和水蒸气后制得的一种气氛。它的主要成分是N_2,还含有部分可调的CO和H_2。因此,净化放热式气氛,又称氮基气氛。     

甘油水蒸气重整制氢热力学分析

采用吉布斯自由能最小化原理计算甘油水蒸气重整制氢过程的平衡组成,该模型经实验结果验证,吻合良好。考察温度、压力、水/甘油物质的量之比对H_2、CO、CO_2、CH_4组成及选择性,积碳,原料平衡转化率及系统耗能的影响。计算结果表明:在高温低压及高水/甘油物质的量之比条件下有利于提高H_2产率,水/甘油物质的量之比大于4时可有效避免积碳,在873 K下,水/甘油物质的量之比大于20时即可完全消除CH4;结合各反应条件对上述关键反应过程参数的影响,推荐反应温度为823～1023 K,反应压力为常压,水/甘油物质的量之比6∶1～46∶1。甘油水蒸气重整反应过程在反应温度1023 K及水/甘油物质的量之比为9的典型工况下系统耗能占系统产生总能量的30%以上。     

添加CO_2/H_2O对正丁醇火焰中碳烟反应的影响

耦合简化的正丁醇动力学机理和固定分区碳烟模型,研究了在空气中添加CO_2或H_2O蒸气对正丁醇同轴扩散火焰中碳烟质量分数和数密度的影响,计算结果表明:添加CO_2或H_2O蒸气后,整体上二者均降低;此外,添加CO_2后各反应与组分生成往火焰下游移动.碳烟数密度的降低是由于温度和苾(A4)浓度降低引起的成核速率的下降,而碳烟质量分数的降低主要是由于H摩尔分数、颗粒总表面积及温度降低引起的脱氢加乙炔(HACA)速率的下降.碳烟最终在火焰下游被完全氧化,主要氧化组分为OH.     

污泥化学链气化特性试验研究

为改善污泥气化效果,采用化学链气化技术处置污泥.在小型流化床上进行试验,基于赤铁矿载氧体,研究了O/C物质的量比、气化温度和水蒸气体积分数对污泥气化特性的影响以及赤铁矿多次连续循环过程中的物化性能.结果表明:赤铁矿会显著提高污泥的气化程度和碳转化率;当O/C物质的量比增大时,合成气中CO和CH_4的体积分数下降,H_2的体积分数呈现先下降后上升的趋势;随着气化温度的升高,合成气中CO和H_2的体积分数逐渐提高,CO_2和CH_4的体积分数降低,碳转化率不断提高;当水蒸气体积分数增大时,CO_2和H_2的体积分数逐渐提高,CO和CH_4的体积分数不断下降,碳转化率提高;赤铁矿在长时间运行中表现出良好的反应性.     

结构型载氧体固定床化学链重整制氢的实验研究

采用浸渍法制备球形与拉西环形两种不同结构型Ni基载氧体,用于甲烷化学链重整制氢反应。在固定床中考察反应温度、进气水碳物质的量的比和空速对载氧体活性及稳定性的影响,并对比研究两种不同结构型载氧体的性能。结果表明：两种载氧体均可以保持较好的活性,相对而言球形载氧体更易积碳。在800℃以上时两种载氧体均具有较高的甲烷转化率及产物选择性,拉西环形载氧体在高温下性能下降得较慢。过高的水碳物质的量的比会抑制重整反应的进行,但拉西环形载氧体在高水碳物质的量的比下仍能保持较高的产物选择性。随着空速的增大,拉西环形载氧体的甲烷转化率降低,而对球形载氧体来说,当空速在3 500 h^-1左右时甲烷转化率和氢气产率均最高。经过20次循环稳定性测试,两种载氧体颗粒均出现了不同程度的积碳烧结,其中拉西环形载氧体结构保持得较好,积碳在氧化阶段能被部分清除。     

基于碳氧原子比空间的富氧燃烧火焰结构及碳黑初生分析

针对富氧C_2H_4/O_2/N_2和C_2H_4/O_2/CO_2对冲火焰,采用详细的化学反应机理进行了数值模拟,在碳氧原子比(C/O)空间下分析了火焰结构和碳黑颗粒初生以及CO_2代替空气中的N_2对碳黑初生的影响.结果表明:在O_2/N2和O_2/CO_2气氛下,随着化学计量混合分数(Zst)的增加,C/O空间下对冲火焰的火焰面位置不变,对应的C/O_原子比值分别为0.50、0.53.在C/O_空间下,两种气氛下,随着Zst的增加火焰中C_6H_6出现的位置不变,C/O原子比值都为0.47左右.当用CO_2代替空气中的N_2时,火焰温度降低,同时使CO_+OH■CO_2+H的逆反应增强,导致火焰中的C_2H_2、H的摩尔分数减少,OH的摩尔分数增加,抑制碳黑的初生.     

基于草木灰修饰铁矿石的串行流化床化学链燃烧

采用草木灰对铁矿石载氧体进行修饰,在1kW_(th)串行流化床反应器上,以合成气(CO+H_2+CH_4)为燃料进行了化学链实验,对其反应活性进行测试。结果表明:生物质灰修饰铁矿石载氧体在1kW_(th)串行流化床上表现出较高的反应活性,且反应温度越高,反应活性越好;燃料反应器出口CO和CH_4体积分数显著降低,930℃下分别为0.12%和2.63%,与采用纯铁矿石相比分别降低了97.3%和16.0%,CO_2捕集效率提升明显,最大值达89.38%;SEM分析表明,反应后的铁矿石颗粒表面出现了晶粒熔融粘接的现象,但生物质灰修饰铁矿石的孔隙结构仍较为明显;EDS分析表明生物质灰修饰铁矿石中K的负载情况较为稳定,没有出现明显的流失现象。     

小麦秸秆真空氧载体气化特性实验研究

在自制的生物质真空氧载体气化反应装置上,考察无氧载体时反应温度对气体产物分布及合成气中H_2和CO总含量的影响情况,研究氧载体对小麦秸秆真空气化过程的影响规律,并借助扫描电镜(SEM)对反应前后的氧载体进行表征。实验结果表明:无氧载体时,随着反应温度的升高,合成气中H_2和CO含量均逐渐增大,750℃时H_2含量达到10.13%;当反应温度从550℃升高到800℃时,反应温度对CO_2含量影响最为显著,CO_2含量从27.31%减小到14.43%。有氧载体时,在上述反应温度范围内,H_2含量从6.43%升至13.62%,合成气中H_2/CO值、H_2和CO总含量均随反应温度的升高而增大;氧载体可增大气体产物中H_2与CO产量,同时H_2/CO值也明显增大,说明氧载体可促进生物质气化反应;在真空条件下,氧载体并未发生明显烧结,且反应后的氧载体结构更有利于生物质气化,但其机械强度有所降低。     

基于铁矿石载氧体加压煤化学链燃烧的试验研究

在反应温度为970℃、压力范围为0.1～0.6 MPa的条件下,以铁矿石为载氧体,采用固定床反应器,对煤化学链燃烧进行了试验研究,考察了加压对燃料反应器内水蒸气气氛下煤化学链燃烧的反应特性.结果表明:加压能加快煤水蒸气气化速率,加强水气转换反应,并对煤气组分产生影响,使CO浓度降低,CO2和H2浓度升高;加压后还原反应烟气中不再含有H2,CO和CH4的浓度也变得很低,说明加压可提高还原反应中煤气的转化率;随着压力的升高,碳转化率先升高后又降低,存在着一个中间压力值,使碳转化率最高.     

煤气化发电与电解水制氢联产干冰工艺路线设想

推荐煤气化发电与电解水制氢联产干冰的工艺路线。该工艺以煤炭、空气和水为原料,干粉煤纯氧高温(1700℃)气化全部转化成合成气(CO+H_2),用脱硫后的纯合成气CO含63%以上的部分合成气作电解水制氢的循环介质,可使制氢的电耗由4.76k W·h/m~3 H_2(标准状态)降到1.67k W·h/m3 H_2(标准状态)。同时CO在水电解阳极同水中的氧变换成CO_2(或CO_2+O_2)。阳极排出的CO_2浓度可调节成79%CO_2+21%O_2,用于燃气轮机发电助燃剂,排出的烟气为高温纯CO_2,进入废锅产高压蒸汽用于发电后经冷却节流膨胀成雪花状固体CO_2干冰,可用作植物肥料。水电解阴极取得纯H_2产品,可用于合成气中配H_2,用于合成甲醇。于是电解水槽成为用电能分解水和合成气用于发电和生产化工产品原料气的转化调节核心装置,其调整负荷控制在40%以内,成为调节电力与化工产品生产的经济可行的创新技术。     

氮基气氛基础讲座(五)——氮基热处理气氛

氮基气氛是以氮气为基本成分并加入适量的添加剂制备而成(炉内直接生成或炉外制备)的一种可控热处理气氛。近几年来,国外已经出现的几种氮基热处理成分见表16所示,在氮基气氛中,N_2可占炉内气氛的40～97.8％。 实践表明。实用的氮基保护气氛应含有少量的还原性气体,如CO、H_2等,用以防止微量氧的作用;在氮基化学热处理中,炉内气氛还应具有一定的碳势或氮势。解决这些问题     

在不含CO气氛中的可控渗碳

关于在渗碳淬火时边缘氧化的出现,及其对工件性能的有害影响,进行了一些研究工作。众所周知,只有在不含氧、也没有以CO、CO_2或H_2O结合形式的含碳氢的气氛中渗碳,才能完全避免边缘氧化。然而,这有实际困难。因为经过CH_4的渗碳反应,相对来讲进行的迟缓,而且输送足够的碳只有在强过饱合的气氛中才能实现。调定一个确定的碳势是不可能的,这就缺少了像目前到处使用的过程调节的最重要前提。     

CO_2的物理化学属性对于煤粉富氧燃烧着火的影响

许多研究者发现煤粉在O_2/CO_2气氛下相较O_2/N2会出现明显的着火延迟,并认为这主要是由于CO_2较高的比热容引起的.通过定义不同的人工物质X,Y,W详细计算分析了CO_2的化学属性、比热容以及辐射特性在均相着火及非均相着火机理下对于着火延迟的影响.结果表明,在均相着火中,CO_2的化学属性和较高比热容对于煤粉着火延迟起重要作用,其中化学属性的影响主要是由于大量CO_2的存在导致了反应(R99)(OH+CO=CO_2+H)在CO_2气氛下出现逆转,在X气氛下为放热反应,而在CO_2气氛下为吸热反应.同时,大量的CO_2会促进反应(R120)(CO_2+OH=HO_2+CO)及反应(R152)(CH2(s)+CO_2=CH2+CO_2)等反应加快,进而使得化学反应吸热增多.在非均相着火中,CO_2的较高比热容以及辐射特性对于着火延迟起决定性作用,CO_2的化学属性对于着火延迟几乎没有影响.     

生物油模型物乙酸水蒸汽催化重整制氢研究

选择乙酸作为生物质快速裂解油(生物油)的模型物,自制了一系列Ni基催化剂,进行水蒸汽催化重整制氢研究,实验结果表明Ni/Al_2O_3催化剂添加碱性氧化物MgO或(与)La_2O_3可以使得催化剂的活性有重大改善。Al_2O_3载体负载Ni金属后能够减缓碳的沉积速率,Ni/Al_2O_3添加MgO与(或)La_2O_3能够有效减少碳的沉积速率。选择催化剂Ni/MgO-La_2O_3-Al_2O_3以反应气中的H_2、CO、CH_4、CO_2产率为考察指标,考察反应温度、水碳比、进料流量对水蒸汽催化重整乙酸制氢反应的影响,获得较佳的条件为:反应温度为750～850℃,水碳摩尔比[W]/[C]为5～9,进料流量为15～25mL/h,H_2产率较高,大于80%。