带压环境中CO2/H2O/N2气体稀释对合成气层流火焰速度的影响

合成气稀释燃烧是燃气轮机高效低污染燃烧的重要运行方式。本文以CO₂、H₂O和N₂为稀释气体,利用数值模拟方法研究稀释比对不同压力下合成气（CO/H₂/CH₄）层流火焰速度（S_L）的影响规律,并从自由基浓度变化、敏感性数值和生成速率（rate of production,ROP）三个方面解析三种气体的物理和化学作用机理。结果表明,S_L随燃烧压力和稀释比的增大而不断减小,其中CO₂对层流火焰速度的抑制最为显著。稀释气体的物理效应对层流火焰速度的影响远大于化学效应,但CO₂和H₂O的化学效应不能忽略。化学效应则是通过改变H和OH自由基浓度影响S_L,其中CO₂稀释降低H和OH自由基浓度,H₂O稀释则是降低H自由基浓度,从而降低合成气的层流火焰速度。进一步反应动力学分析发现了H/OH浓度变化在低压、加压下的主要化学反应路径,且受H₂O稀释的化学反应速率对压力较CO₂更为敏感。     

热解气氛对稻秆半焦组成及气化活性的影响

通过热解装置和热重仪分别研究了不同气氛（N₂、H₂和CO₂）对稻秆热解产物及半焦气化活性的影响。三种气氛中热解半焦产率为CO₂>N₂>H₂,焦油和气体产率为CO₂22;半焦中氧元素含量大小为CO₂>N₂>H₂,说明氢气中热解稻杆的脱氧效果最好;半焦中有机质相对百分含量随热解温度的升高而减小,并且CO₂>N₂>H₂,挥发分占总有机质的百分含量变化趋势与半焦中相反;K和Na析出率为CO₂22;半焦比表面积、孔容和孔径大小顺序为CO₂22;三种...     

含氨燃料预混火焰的层流火焰速度及NO排放特性

将甲烷或氢气与氨气共燃可以克服NH₃火焰的点火能量高、燃烧速度慢的缺点。为了解NH₃作为燃料的燃烧特性,对含NH₃燃料进行一维层流预混火焰数值模拟,研究其层流火焰速度及NO排放特性。采用文献中5个简化反应机理进行数值计算,发现Okafor机理模拟NH₃/CH₄/air火焰精度更高;Xiao机理模拟NH₃/H₂/air、NH₃/air精度适中,计算时间较短。此外,开展了当量比、燃料混合物组分比例、压力等参数对含NH₃燃料燃烧时烟气中NO浓度影响的研究。研究发现：含NH₃燃料燃烧时NO主要通过OH、H、O自由基和O₂分子的消耗而生成,主要通过与NH_i（i=0, 1, 2）自由基反应消耗;含NH₃燃料在富燃状态下燃烧可有效减少NO排放,但富燃燃烧效率低,可采用富燃-贫燃分级燃烧技术来提高燃烧效率,同时保持NO的低排放;掺有较多NH₃的含NH₃燃料在中高压下燃烧时可有效减少NO排放。     

惰性气体对氢氧等离子体直接合成过氧化氢的影响

在H₂/O₂体系中添加惰性气体(Ar、He、N₂)进行常压介质阻挡放电,合成了H₂O₂水溶液。系统研究了不同惰性气体对体系击穿电压及H₂O₂合成能效的影响。结果表明,添加气体对击穿电压、O₂转化率、H₂O₂选择性、H₂O₂收率及能量效率能产生较大影响。其中Ar的引入不仅降低了击穿电压,还提高了合成H₂O₂的能量效率;当Ar添加量为56.6 ml·min^-1时,击穿电压由11.8 kV降为10.2 kV;合成H₂O₂的能量效率提高51%,由3.45 g·(kW·h)^-1提高至5.20 g·(kW·h)^-1(以100%H₂O₂计)。发射光谱表征发现,在H₂-O₂-Ar放电体系中存在以亚稳态为末态的辐射Ar(696.5、794.8、811.5 nm),表明亚稳态Ar物种的潘宁电离作用可能是降低击穿电压的主要因素。由示波器测量的放电电流波形图可知,Ar的加入增大了体系电子密度,使得相同功率下O₂转化速率大幅提高,从而使合成H₂O₂能量效率显著提高。     

不同CO2浓度下负直流电场对C3H8/O2/Ar/CO2预混火焰的影响规律

为了揭示电场对火焰效应与火焰传播速率的关系,在定容燃烧弹上研究了常温常压下、负直流电场（U=0、-5、-10 kV）对当量燃空比f为1.0的C₃H₈/O₂/Ar/CO₂预混火焰影响规律随混合气中CO₂掺混浓度（混合气中CO₂体积分数分别为0、10%、15%、20%）的变化关系。实验结果表明：给定加载电压,随着CO₂掺混浓度的增大,C₃H₈/O₂/Ar/CO₂预混火焰传播速率降低,规范化火焰变形率与平均火焰传播速率变化率均增大。当U=-10 kV时,CO₂掺混浓度为0、10%、15%、20%时对应的平均火焰变形率分别为1.01、1.31、1.80、3.12,平均火焰传播速度变化率分别为10.87%、17.87%、19.16%和34.63%。研究结果表明负直流电场对C₃H₈/O₂/Ar/CO₂火焰传播的促进效应随着火焰传播速率的降低而显著增强。     

N2和CO2惰化丙烯爆炸极限参数实验研究

为得到惰化条件下丙烯的爆炸极限参数的变化规律,采用标准的可燃性气体爆炸极限测试装置(GB/T 12474—2008),测试研究了N₂和CO₂对丙烯的爆炸极限、临界氧浓度和最小氧浓度的影响,并绘制了C₃H₆-N₂/CO₂-Air爆炸三角形图,对比分析了N₂和CO₂对丙烯爆炸极限参数的惰化效果。结果表明,添加N₂和CO₂都会缩小丙烯爆炸极限范围,减小爆炸的危险度。N₂惰化条件下,丙烯爆炸上下限重合时N₂添加量为49%,临界氧浓度为9.79%;在CO₂惰化条件下,丙烯爆炸上下限重合时,CO₂的添加量为34%,临界氧浓度为12.94%。在丙烯浓度不变的情况下,发现CO₂惰化氛围下的最小氧浓度值均高于N₂惰化条件下的。两种惰化工况下的丙烯爆炸三角形结果显示,在CO₂惰化的爆炸区域明显小于N₂惰化下的;当添加惰性气体使丙烯处于完全惰化状态时,CO₂的窒息比和添加量均小于N₂。本文的实验数据及结论可为进一步研究丙烯爆炸和工业丙烯安全防爆工作提供理论基础。     

CH4-CO2低温等离子体重整制合成气的研究

为了探究CH₄-CO₂低温等离子体重整制合成气的反应特性,考察了添加气体、放电电压、放电频率、CH₄与CO₂物质的量比和原料气流量对重整反应的影响,在优化单纯等离子体作用下CH₄-CO₂重整反应条件的基础上,开展了等离子体与NiO-CeO/TiO₂-MgO催化剂协同转化CH₄-CO₂的实验。结果表明,实验体系中添加Ar或N₂,放电引发的亚稳态Ar^*或N₂激发态粒子,可促进反应物转化和目标产物生成,且Ar对CH₄-CO₂重整反应的促进作用优于N₂;在单纯等离子体作用、Ar体积分数25%,放电电压17.0 kV,放电频率9.0 kHz, CH₄与CO₂物质的量比1∶2,气体总流量60 mL/min条件下,CH_4<...     

二氧化碳泡沫稳定性及聚合物对其泡沫性能的影响

基于CO₂气体性质的特殊性以及CO₂泡沫在多孔介质中表现出不同于其他气体泡沫的现象,利用气流法,选用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为起泡剂,研究了CO₂泡沫的稳定性和衰减规律,以及聚合物部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）对CO₂泡沫性能的影响。结果表明,在相同条件下,CO₂泡沫的稳定性比N₂泡沫差,并且CO₂泡沫的稳定性基本不受表面活性剂浓度的影响;CO₂泡沫的衰减曲线近似一条直线,泡沫形成后体积迅速减小。CO₂在水中具有较大的溶解度,泡沫的液膜渗透率系数大,因而泡沫稳定性差,也是造成CO₂泡沫在岩心内渗流规律区别于N₂泡沫的一个重要原因。HPAM的加入可以在一定程度上增强CO₂泡沫的稳定性,但同时也会使溶液起泡性能降低,所以实际应用时需要综合考虑泡沫特性,选择最佳的聚合物浓度。     

惰性气体影响乙烯爆炸极限参数及动力学特性

为研究惰性气体对乙烯爆炸极限参数及动力学特性的影响,使用标准可燃气体爆炸极限装置和CHEMKIN软件,对比分析了N₂和CO₂对乙烯的爆炸极限、临界氧浓度和爆炸三角形的影响,通过模拟得到乙烯爆炸过程中温度、压力、·H、·O、·OH浓度变化,并进行了敏感性分析。结果表明,N₂和CO₂都使乙烯爆炸极限缩小,爆炸危险度减小,达到爆炸临界点时,N₂添加量为60.1%,CO₂添加量为43.3%,此时CO₂惰化的临界氧浓度为11.1%,N₂惰化的临界氧体积分数为7.7%。通过分析爆炸三角形,CO₂惰化下的乙烯爆炸区和窒息比相比N₂惰化下的明显减小。此外,N₂和CO₂均使乙烯的点火延迟时间增加,且爆炸后的温度和压力及自由基浓度均有所减小,通过对两种惰化条件下的乙烯爆炸过程中关键自由基变化的敏感性分析,发现R38、R46、R112、R119、R...     

不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下，以准东褐煤为原料，通过一维沉降炉进行炭化活化（一步法）制备粉状活性焦，考察了活性焦对Hg⁰的吸附能力，探索了SO₂、H₂O、O₂、CO₂、H₂O+O₂、SO₂+O₂及H₂O+SO₂+O₂气氛对活性焦吸附Hg⁰的影响机理。结果表明：一步法获得的活性焦对Hg⁰具有较高的吸附性能。N₂气氛作对比，H₂O、H₂O+O₂、CO₂和SO₂气氛下抑制活性焦对Hg⁰的吸附；O₂、SO₂+O₂和H₂O+SO₂+O₂促进活性焦对Hg⁰的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg⁰的抑制和促进机理。H₂O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg⁰的吸附；SO₂与Hg⁰在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg⁰的吸附；CO₂ 吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg⁰的吸附；O₂气氛下主要形成了HgO, SO₂+O₂气氛下Hg⁰被氧化成HgSO₃，进一步氧化成HgSO₄； H₂O+SO₂+O₂气氛下，Hg⁰被氧化成HgO和HgSO₄。     

N2和CO2对液化石油气(LPG)惰化抑爆效能对比分析

为探究惰性气体对液化石油气（LPG）惰化抑爆效能的影响规律,本文运用可燃气体爆炸极限测定装置和可视化球型爆炸综合实验系统,分别测试了不同体积分数N₂和CO₂时,LPG的爆炸极限和压力特性参数并进行对比分析。结果表明：N₂和CO₂都会缩小液化石油气的爆炸极限,且对爆炸上限的影响程度更大;达到爆炸临界点时,CO₂体积分数为34%,小于N₂的43%,并且给出了爆炸危险区域的计算公式;在相同条件下,CO₂使得液化石油气的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率降幅大于N₂的作用效果,且更好地降低了爆炸危险度和最大爆炸指数,提前了爆炸最猛烈程度的出现时间,减小爆炸危险时间。综合对比后发现,CO₂对LPG的抑爆性能要优于N₂。     

Inhibition effect of carbon dioxide on the oxidation of hydrogen over a platinum foil catalyst

This paper investigates the catalytic ignition of the H₂/O₂/CO₂ mixture on platinum in a stagnation flow at atmospheric pressure experimentally and numerically. We measure the ignition temperatures of the gas mixtures flowing towards resistively heated platinum with various composition ratios and various diluent gases of N₂, Ar and CO₂. Compared with N₂ or Ar, the CO₂ dilution shows higher ignition temperature by about 50 K, even at the same composition ratio. The ignition temperature increase is proportional to the dilution ratio. Through the numerical simulation, it is illustrated that higher ignition temperature is caused by the adsorption of CO₂ and following dissociation on platinum surface, which was to date considered negligible in catalytic combustion.     

Investigation of the hydrate formation process in fine sediments by a binary CO2/N2 gas mixture

To obtain the fundamental data of CO₂/N₂ gas mixture hydrate formation kinetics and CO₂ separation and sequestration mechanisms, the gas hydrate formation process by a binary CO₂/N₂ gas mixture (50:50) in fine sediments (150-250 μm) was investigated in a semibatch vessel at variable temperatures(273, 275, and 277 K)and pressures (5.8-7.8 MPa). During the gas hydrate reaction process, the changes in the gaseous phase composition were determined by gas chromatography. The results indicate that the gas hydrate formation process of the binary CO₂/N₂ gas mixture in fine sediments can be reduced to two stages. Firstly, the dissolved gas containing a large amount of CO₂ formed gas hydrates, and then gaseous N₂ participated in the gas hydrate formation. In the second stage, all the dissolved gas was consumed. Thus, both gaseous CO₂ and N₂ diffused into sediment. The first stage in different experiments lasted for 5-15 h, and >60% of the gas was consumed in this period. The gas consumption rate was greater in the first stage than in the second stage. After the completion of gas hydrate formation, the CO₂ content in the gas hydrate was more than that in the gas phase. This indicates that CO₂ formed hydrate easily than N₂ in the binary mixture. Higher operating pressures and lower temperatures increased the gas consumption rate of the binary gas mixture in gas hydrate formation.     

CO2, NOx and SO2 emissions from the combustion of coal with high oxygen concentration gases

The emissions of CO₂, NO_x and SO₂ from the combustion of a high-volatile coal with N₂- and CO₂-based, high O₂ concentration (20, 50, 80, 100%) inlet gases were investigated in an electrically heated up-flow-tube furnace at elevated gas temperatures (1123–1573 K). The fuel equivalence ratio, φ, was varied in the range of 0.4–1.6. Results showed that CO₂ concentrations in flue gas were higher than 95% for the processes with O₂ and CO₂-based inlet gases. NO_x emissions increased with φ under fuel-lean conditions, then declined dramatically after φ=0.8, and the peak values increased from about 1000 ppm for the air combustion process and 500 ppm for the O₂(20%)+CO₂(80%) inlet gas process to about 4500 ppm for the oxygen combustion process. When φ>1.4 the emissions decreased to the same level for different O₂ concentration inlet gas processes. On the other hand, NO_x emission indexes decreased monotonically with φ under both fuel-lean and fuel-rich combustion. SO₂ emissions increased with φ under fuel-lean conditions, then declined slightly after φ>1.2. Temperature has a large effect on the NO_x emission. Peak values of the NO_x emission increased by 50–70% for the N₂-based inlet gas processes and by 30–50% for the CO₂-based inlet gas process from 1123 to 1573 K. However, there was only a small effect of temperature on the SO₂ emission.     

Cu(Qc)2强化Pebax混合基质膜分离CO2

为了提高Pebax-1657的CO₂分离性能,本文制备了对CO₂有吸附作用的金属有机骨架Cu(Qc)₂,将其加入到Pebax-1657基质中,制备混合基质膜,用于CO₂的气体分离。通过扫描电子显微镜、热重分析、红外光谱和X射线衍射对溶液浇铸法制备的膜进行表征,通过膜的气体渗透性能测试考察填料含量、操作压力和混合气对膜气体渗透性能的影响。结果表明,Cu(Qc)₂在Pebax基质中随机有效地堆叠形成了高选择性的气体传输通道,极大地提高了CO₂/N₂的选择性。随着Cu(Qc)₂填充量的增加,CO₂渗透系数和CO₂/N₂选择性均呈现先上升后下降的趋势。当Cu(Qc)₂的质量分数为3%时,呈现最佳的CO₂/N₂分离性能,CO₂ 渗透系数和CO₂/N₂选择性分别为102Barrer和84,与Pebax-1657膜相比,分别提高了45.7%和40.0%,突破了Robeson分离上限,表明该混合基质膜在CO₂的分离应用上具有潜力。     

预混气体爆炸火焰与压力的耦合振荡特性

为研究预混气体爆炸火焰和压力的耦合振荡特性,自行搭建了尺寸为80 mm×80 mm×1000 mm透明有机玻璃爆炸管道实验平台。实验结果表明,在氧气浓度E和泄爆面积比S变化的条件下,会对CH₄/O₂/N₂预混气体爆炸火焰与压力的耦合振荡产生影响。当氧气浓度E从0.21到0.40变化时,火焰传播时间逐渐缩短,火焰结构发生动态演变,火焰后期的振荡现象愈加明显,同时测到的压力曲线在后期也存在振荡增强现象;当泄爆面积比S从0.125到1.000变化时,E=0.21工况下S=0.125和S=0.250两个工况与其他工况的压力曲线有所不同,出现了一个更高的压力峰值,E=0.30工况下S=0.125也出现了新的压力峰值,E=0.30和E=0.40两种工况的压力峰值都逐渐减小,压力后期的振荡幅值与泄爆面积比有关。