流化床O_2/CO_2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究

流化床O_2/CO_2燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一.为进一步探究工业流化床O_2/CO_2燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O_2和CO的浓度,深入考察了O_2/CO_2取代O_2/N2后,不同的床层温度(800~900℃)、O_2浓度(4%~10%)及颗粒粒径(2~8 mm)下的烟煤焦燃烧特性.实验结果表明:O_2/CO_2气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O_2浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加;煤焦燃烧反应由O_2扩散控制,气化反应由反应动力学控制;相较于O_2/N2气氛,低床温下,O_2/CO_2气氛下的O_2扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因;高床温下,除O_2/CO_2气氛下O_2的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

褐煤在N2及CO2气氛下的热解与富氧燃烧特性

为了掌握不同气氛下褐煤热解与富氧燃烧的特性以及其之间的联系,在管式炉反应器上利用锡盟褐煤在N₂和CO₂气氛以及600~1 000 °C条件下进行热解. 进一步对其在O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下进行富氧燃烧实验,考察不同反应温度(600~1 000 °C)以及不同氧气体积分数(21%~60%)条件下的富氧燃烧特性,结合热解实验结果探究CO₂气化反应对富氧燃烧的影响. 结果表明,CO₂气氛中锡盟褐煤在700 °C时开始CO₂气化反应,随温度增加气化反应增强,CO₂主要通过高温区的气化反应来影响煤热解及燃烧,700 °C以上气化反应能促进富氧燃烧进程. 对于O₂/CO₂气氛的富氧燃烧,当氧气体积分数为30%时,在800 °C以下温度对CO氧化反应影响更大,而在800 °C以上温度对CO₂气化反应影响更大. 当氧气体积分数相同时,O₂/N₂以及O₂/CO₂气氛下褐煤富氧燃烧反应时间差异不大.     

N2/CO2气氛下工业危废污泥热解气化的TG-FTIR分析

采用热重-红外联用技术（Thermogravimetric analysis-Fourier transform infrared spectroscopy, TG-FTIR）对CO₂和N₂气氛下工业危废污泥的热化学转化特性展开研究,重点考察不同气氛对污泥热解气化过程的影响。主要分析不同气氛下污泥的热转化失重、产物析出规律及不同反应阶段的反应动力学特性。热重分析表明,CO₂对污泥热转化的影响主要在700℃以上温度范围;CO₂参与焦炭的气化反应,失重速率大幅提升,促进了CO,CH₄,NH₃在高温下的析出。红外分析显示,CO₂和N₂气氛下,反应温度在1 000℃左右时均有大量甲基化合物析出,且CO₂气氛下强度更高。各反应阶段活化能随温度升高逐渐增加,污泥与CO₂气化反应速率高于相同反应阶段N₂下的热解反应速率。     

生物质混煤加压富氧燃烧SO2的排放特性

作为一项可减少温室气体排放的先进、高效碳捕集技术,加压富氧燃烧已引起世界性的关注。以山西煤和麦秆为原材料,借助Chemkin软件探究不同掺混比(生物质占比分别为0、10%、30%、50%)、不同气氛(空气以及O₂浓度分别为21%、30%、40%、50%的O₂/CO₂气氛)和不同燃烧压力(0.1～4.0 MPa)对生物质混煤加压富氧燃烧过程中SO₂生成的影响。结果显示：不同掺混比,SO₂析出程度存在明显差异,随着生物质掺混比例的增大,SO₂释放速率减小,总的排放量降低;随O₂浓度增加,SO₂的释放速率和排放量均增加,在相同O₂浓度时,O₂/CO₂气氛下SO₂的排放量略小于空气气氛下;在富氧气氛下,随着燃烧压力的升高,SO₂生成量逐渐减少。同时利用生成速率(ROP)分析得知,当燃烧压力由0.1 MPa提升到1...     

基于玉米秸秆的氮掺杂多孔碳制备及其对CO2吸附和CO2/N2分离性能研究

为解决大气中日益增加的CO₂含量问题,以玉米秸秆为原料,采用水热碳化和KOH活化处理,通过控制KOH活化强度,制备出一系列具有发达孔道结构的氮掺杂多孔碳样品(CPH-0,CPH-0.5,CPH-1)。通过扫描电镜、透射电镜表征、N₂吸-脱附等温线测试及元素分析,获得多孔碳孔道结构发展、N含量与KOH活化强度的关系。通过CO₂吸附测试分析可知,多孔碳的CO₂吸附量在低压(<15 k Pa)时受N含量影响,在常压(100 k Pa)下由超微孔(<1 nm)孔体积决定。样品CPH-0的N含量最多,在低压范围表现出优异的CO₂吸附能力。样品CPH-0.5的超微孔孔体积最大,在25°C,100 k Pa条件下,对CO₂的吸附量可达3.97 mmol/g,同时还表现出较好的CO₂/N₂选择性和优异的循环稳定性。该法制备的多孔碳在CO₂吸附和CO₂/N₂     

CO2/N2在HP-MOF-74(ZnxNi1-x)上的吸附性能探究

以SDBS为模板剂,采用水热合成法制备了不同比例的双金属HP-MOF-74(Zn_xNi_1-x)材料,利用XRD、FT-IR、SEM等对其物化性能进行了研究;以烟道气CO₂和N₂为吸附质,使用静态容量法在273 K和298 K处测试了三种不同HP-MOF-74(Zn_xNi_1-x)材料上CO₂和N₂的等温线;根据理想吸附溶液理论(IAST)估算了CO₂/N₂二元混合物的吸附选择性;此外,使用克-克方程计算了等量吸附热(QST)。     

水平管束降膜蒸发中CO2解吸的微观特性

水平管降膜蒸发中释放的不凝气严重降低了管内冷凝传热速率,会使海水淡化的能耗成本显著增加,因此研究水平管束降膜蒸发中CO₂解吸的微观过程具有重要意义。文章建立了耦合水平管束降膜蒸发传热和CO₂解吸的理论模型,计算得到CO₂解吸单元体、碳酸盐组分浓度,分析了CO₂解吸量的微观特性。结果表明：传热系数的模拟值与实验值吻合良好;化学反应时间沿竖直管排方向减小且其速率逐渐降低,而沿水平管长方向随竖直管排节点数的增加而变长;主导CO₂解吸速率的HCO₃^-和CO₃^2-在微元内的浓度显著高于CO₂和H⁺浓度;单位面积的蒸发速率和每吨海水CO₂解吸量沿竖直管排、水平管长方向均减少。     

ZrxCe1-xO2/NC催化CO2和苯乙烯-锅法制环碳酸酯

CO₂与烯烃转化为环碳酸酯是当前一种有效的固碳策略,为此设计了一种掺氮多孔碳负载锆铈双金属(Zr_xCe_1-xO₂/NC)催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、 N₂-吸附、 CO₂和NH₃程序升温脱附(CO₂-TPD和NH₃-TPD)等表征了催化剂的形貌、物相、孔结构以及酸碱两性特征。结果表明,该催化剂可在无卤条件下催化CO₂和苯乙烯一锅法制备环碳酸酯,特别是Zr_0.75Ce_0.25O₂/NC在2 MPa CO₂下,采用80℃/8 h和150℃/8 h分段工艺,实现了74.87%的转化率和80.43%的环碳酸酯选择性,这归因于氧化铈(CeO₂)和氧化锆(ZrO₂)在碳载体上的均匀分散,以及丰富的酸-碱性位点协同作用。     

NaX分子筛吸附分离CO2/CH4的巨正则蒙特卡洛模拟

采用巨正则蒙特卡洛模拟与理想吸附溶液理论相结合的方法,研究了CO₂、CH₄分子在NaX分子筛上的吸附性能。通过对比实验数据在不同吸附理论模型下的拟合结果并计算相应的吸附热,描述了CO₂、CH₄气体的吸附分离过程。结果表明,CH₄分子的吸附强度比CO₂分子弱,更贴近理想吸附;CO₂分子的吸附选择性随其在空气中的体积分数升高而降低,在低压条件下随温度的升高而降低。因此,低温低压更有利于CO₂分子的分离。     

超临界CO2及其混合物在竖直圆管内的传热特性数值研究

碳捕捉、运输和储存(CCS)对实现碳中和具有重要意义。以超临界CO₂、超临界CO₂+CH₄混合物(CH₄摩尔分数分别为1%、3%、5%)及超临界CO₂+N₂混合物(N2摩尔分数分别为1%、3%、5%)为工质,在工质质量流速为300～600 kg/(m²·s)、热流密度为80～100 kW/m²、入口压力为8～10 MPa的条件下,研究了超临界CO₂及超临界CO₂混合物在竖直圆管内的流动换热过程。结果表明,随着工质中CH₄和N₂摩尔分数的降低,工质的换热系数峰值逐渐升高,且其对应的温度逐渐升高;工质的换热系数随着质量流速的增大而增大,且质量流速越大,换热系数变化幅度越大;随着入口压力的增大,工质的换热系数峰值有所降低,且其对应的温度逐渐升高;湍动能、浮升力及定压比热容与超临界CO₂及其混合物换热强化密切相关...     

固胺负载SBA-15的石墨烯改性及其CO2吸附性能

为了提高固胺负载SBA-15的CO₂吸附性能及稳定性,推进其在燃烧后CO₂捕集中的实际应用,采用湿法浸渍制备新型石墨烯掺杂超支链聚合物(HBP)负载SBA-15(G/SBA-15/HBP)固胺负载吸附剂用于CO₂捕集.通过SEM、TEM、N2吸附、XRD、FTIR对吸附剂的微观结构和化学组成进行表征,研究分析HBP负载量、吸附温度和脱附温度对CO₂吸附性能的影响并优化反应条件,探讨石墨烯改性前、后吸附剂的热稳定性和循环性能.结果表明,当HBP负载量达到50%时,G/SBA-15/HBP的CO₂吸附量为1.50 mmol/g,相较传统SBA-15/HBP提升了51.51%.石墨烯掺杂能减少颗粒团聚,有利于气体扩散;增加载体12%比表面积及31%孔隙容积,有利于负载HBP的均匀分散,暴露更多的吸附位点.石墨烯掺杂提升了固胺负载吸附剂的热稳定性,提高了吸附剂的使用寿命及循环稳定性.     

富氧条件下乙醇喷雾燃烧特性的实验研究

利用McKenna型平面火焰燃烧器搭建乙醇喷雾燃烧实验台架,研究富氧条件下乙醇喷雾的燃烧特性.通过数字图像处理技术提取喷雾火焰特征参数和CH*自由基分布特征参数.其中,火焰特征参数包括火焰面积、火焰高度、火焰平均亮度.分析伴流气体O₂浓度、伴流气体CO₂浓度、乙醇与雾化N₂质量流量比对喷雾火焰特性及CH*自由基分布特性的影响.研究表明,在O₂浓度为21%~55%时,随着O₂浓度的增加,火焰高度和火焰面积均呈降低趋势,而火焰平均亮度呈升高趋势.通过对CH*自由基分布特性的分析发现,O₂浓度越高,燃烧反应区域的分布范围越小,反应强度越大.CO₂浓度对喷雾火焰尺寸与火焰平均亮度的影响与O₂浓度的影响相反,并且CO₂浓度对喷雾火焰平均亮度的影响明显大于其对喷雾火焰尺寸的影响.随着乙醇与雾化N₂质量流量比的增加,火焰尺寸及燃烧反应强度均呈显著升高趋势.     

Temperature dependence on reaction of CaCO3 and SO2 in O2/CO2 coal combustion

The temperature dependence on the reaction of desulfurization reagent CaCO₃ and SO₂ in O₂/CO₂ coal combustion was investigated by thermogravimetric analysis, X-ray diffraction measurement and pore structure analysis. The results show that the conversion of the reaction of CaCO₃ and SO₂ in air is higher at 500–1 100 °C and lower at 1 200 °C compared with that in O₂/CO₂ atmosphere. The conversion can be increased by increasing the concentration of SO₂, which causes the inhibition of CaSO₄ decomposition and shifting of the reaction equilibrium toward the products. XRD analysis of the product shows that the reaction mechanism of CaCO₃ and SO₂ differs with temperature in O₂/CO₂ atmosphere, i.e. CaCO₃ directly reacts with SO₂ at 500 °C and CaO from CaCO₃ decomposition reacts with SO₂ at 1 000 °C. The pore analysis of the products indicates that the maximum specific surface area of the products accounts for the highest conversion at 1 100 °C in O₂/CO₂ atmosphere. The results reveal that the effect of the atmosphere on the conversion is temperature dependence.     

O2／CO2气氛下煤燃烧过程中孔隙结构演化特征

在固定床和热重分析仪上对云浮烟煤焦在不同温度下O2／CO2燃烧特性进行研究．研究结果表明热解终温和温度是影响煤焦燃烧特性的主要因素,反应速率随着温度的升高而增大,并且热解终温对焦结构的影响是不可忽略的．这主要是由于孔隙结构的变化主要受挥发分析出和焦受热变形的影响．云浮烟煤O2／CO2燃烧过程中起始阶段比表面积（SBET）有增加趋势,这种现象的产生主要是由于煤焦燃烧过程中微孔的扩容和新孔的产生,并且比表面积与微孔孔容积的变化规律非常相似,而这由于SHET主要是由微孔来提供,但当转换率大于80％时由于孔坍塌造成SBET有减小的趋势．     

不同方法制备La2O2CO3/ZnO催化乙醇转化的研究:孔结构和表面碱性的影响

利用共沉淀法和乙二醇燃烧法制备La₂O₂CO₃/ZnO两种催化剂，评价其对生物乙醇脱氢生成乙醛的催化活性，并采用FE?SEM, HR?TEM, FT?IR, XRD, BET，CO₂?TPD等研究手段对催化剂的形貌及表面碱性等物相结构进行表征. 结果表明，制备方法对催化剂形貌以及性能影响十分明显，乙二醇燃烧法形成的大孔结构有助于乙醇的转化，同时产物乙醛的选择性与催化剂表面碱性有关.     

铁矿石载氧体串行流化床煤化学链燃烧运行分析

化学链燃烧是一种基于零排放理念的能够在煤燃烧过程中实现CO2内分离的具有很好应用前景的燃烧方式.基于东南大学1kWth串行流化床反应器,在对基于铁矿石载氧体煤化学链燃烧技术的基本概念与特点介绍的基础上,对铁矿石载氧体煤化学链燃烧特性进行实验研究分析.研究结果表明:铁矿石载氧体的存在显著提高了煤气化速率,燃料反应器出口CO2浓度将近90%,燃料反应器出口未检测到C2-C4碳氢化合物.煤种对铁矿石载氧体化学链燃烧特性影响较大,神华烟煤由于在燃料反应器较易气化,其化学链燃烧过程中碳转化率和CO2捕集效率均高于淮北无烟煤.在燃料反应器为970℃时,神华烟煤CO2捕集效率为82%,高于淮北无烟煤的65%.     

Chemical looping combustion of coal in interconnected fluidized beds

Chemical looping combustion is the indirect combustion by use of oxygen carrier. It can be used for CO2 capture in power generating processes. In this paper, chemical looping combustion of coal in interconnected fluidized beds with inherent separation of CO2 is proposed. It consists of a high velocity fluidized bed as an air reactor in which oxygen carrier is oxidized, a cyclone, and a bubbling fluidized bed as a fuel reactor in which oxygen carrier is reduced by direct and indirect reactions with coal. The air reactor is connected to the fuel reactor through the cyclone. To raise the high carbon conversion efficiency and separate oxygen carrier particle from ash, coal slurry instead of coal particle is introduced into the bottom of the bubbling fluidized bed. Coal gasification and the reduction of oxygen carrier with the water gas take place simultaneously in the fuel reactor. The flue gas from the fuel reactor is CO2 and water. Almost pure CO2 could be obtained after the con- densation of water. The reduced oxygen carrier is then returned back to the air reactor, where it is oxidized with air. Thermodyanmics analysis indicates that NiO/Ni oxygen carrier is the optimal one for chemical looping combustion of coal. Simulation of the processes for chemical looping combustion of coal, including coal gasification and reduction of oxygen carrier, is carried out with Aspen Plus software. The effects of air reactor temperature, fuel reactor temperature, and ratio of water to coal on the composition of fuel gas, recirculation of oxygen carrier par- ticles, etc., are discussed. Some useful results are achieved. The suitable tem- perature of air reactor should be between 1050―1150℃and the optimal temperature of the fuel reactor be between 900―950℃.     

Spatial heterodyne spectroscopy for space-based measurements of atmospheric CO2

To reduce the error from measurement and retrieval process,a new technology of spatial heterodyne spectroscopy is proposed.The principle of this technology and the instrument spatial heterodyne spectrometer(SHS)are introduced.The first application of this technology will be for CO_2 measurements from space on a high spectral observation satellite.The outstanding measurement principle and the priority of combination of retrieval algorithm and three channels(O_2 A-band,CO_2 1.58μm and 2.06μm bands)are theoretically analyzed and numerically simulated.Experiments using SHS prototype with low spectral resolution of 0.4 cm~(-1) are carried out for preliminary validation.The measurements show clear CO_2 absorption lines and follow the expected signature with theory spectrum,and the retrievals agreed well with GOSAT CO_2 products,except a small bias of about 4×10~(-6).The results show that the ability of spatial heterodyne spectroscopy for CO_2 detecting is obvious,and SHS is a competent sensor.     

中高渗倾斜地层与水平地层中CO2地质封存的差异性对比

CO₂地质封存是减少CO₂向大气排放,缓解温室效应的有效手段之一。由于构造和成岩作用,倾斜地层在自然界中普遍存在,研究倾斜地层对CO₂封存量及安全性的影响具有实际意义。依托新疆准噶尔盆地阜康凹陷某CO₂地质封存示范工程,采用数值模拟方法,分析了中高渗CO₂储层地层倾角变化对CO₂地质封存过程的影响。结果表明:CO₂注入将导致近井区域地层压力显著升高; 中高渗倾斜地层与水平地层相比,在地层压力分布、CO₂侧向运移距离、CO₂注入速率和总封存量等方面均存在明显差异。相比于水平地层,由于地层倾角的存在,倾斜地层压力呈不对称分布,CO₂侧向运移距离显著加大。倾斜地层中压力传递和消散过程与水平地层差异显著,受此影响,倾斜地层与水平地层CO₂的总注入量差值随时间呈非单调性变化。在注入初期,倾斜地层CO₂的总注入量小于水平地层,随着注入时间延长,倾斜地层CO₂的总注入量逐渐接近并超过水平地层; 注入20年后,相较于水平地层,倾斜地层倾角越大越有助于增加CO₂的总注入量,这一研究结果与前人基于低渗倾斜地层的研究结论正好相反。地层倾角的存在会促进CO₂向浅部运移,倾角越大,CO₂向浅部含水层和大气泄露的风险越大。因此,在CO₂地质封存场地选址中,应充分考虑倾斜地层对封存效率及安全性的影响。