CuO载氧体对煤化学链燃烧中汞迁移的影响

研究了在“CuO+煤”、“SiO₂+煤”、“煤”实验中燃烧和汞迁移规律。结果表明：在化学链燃烧还原反应器中载氧体与煤反应后,主要气体组分为CO₂,并含有少量CO、CH₄、H₂等挥发物;汞在还原反应器中主要以单质汞(Hg⁰)的形式进行释放,“CuO+煤”实验中Hg⁰释放量占总汞量的22.6%,远低于对照组;CuO促进了燃烧过程中汞迁移至载氧体形成颗粒态汞(Hg^P),CuO载氧体表面的O_α有利于汞转化吸附于载氧体表面,形成吸附态的HgO,一部分CuO被还原时,暴露的吸附位点较多,有利于Hg⁰的氧化。     

TiO2纳米纺锤体负载Pt在氧还原反应中的应用

燃料电池中催化剂的稳定性是影响其实际应用的关键问题之一。本研究合成了锐钛矿型纺锤状TiO₂纳米材料,并负载纳米Pt制备了TiO₂-Pt双组分复合催化材料。将其制作成电极材料后,进行了TEM、XRD、拉曼光谱、电化学特性分析。结果表明：TiO₂-Pt材料中Pt纳米颗粒的TEM形貌与TiO₂的表面亲和力有关;该双组分催化剂呈现出两个单独的氧还原反应（ORR）峰;在负载Pt后,材料电荷传输电阻明显减小,使得TiO₂-Pt中TiO₂纺锤体组分上的ORR性能明显增强;紫外光可同时促进TiO₂-Pt中两组分的ORR性能;TiO₂-Pt比炭黑负载Pt具有更好的稳定性。     

LaFeO3氧载体在乙烷化学链干重整中的性能评估

采用溶胶凝胶法制备了钙钛矿型氧化物LaFeO₃,在固定床上研究了反应温度和重时空速对氧载体在乙烷化学链干重整中性能的影响,以及氧载体的长周期循环性能．结果表明LaFeO₃氧载体可实现乙烷向合成气的高效转化,还原态的氧载体可以被CO₂氧化以实现其晶格氧的恢复,且表面积碳能被有效清除．反应最佳温度为800℃,此时CO产率最高(54.84%),最佳重时空速为12 000 L/(kg·h),CO选择性最高(60.16%)．在20次循环实验中,LaFeO₃氧载体的各项性能指标波动幅度较小,具有较好的反应稳定性．     

CuFe2O4氧载体与小麦秆-煤化学链共气化研究

以小麦秆与印尼褐煤为原料,制备具有尖晶石结构的CuFe₂O₄复合氧载体,在自制多功能反应器上,系统研究了CuFe₂O₄氧载体反应活性及小麦秆和印尼褐煤化学链共气化特性,重点关注小麦秆和煤不同掺混比、气化温度、氧载体过量系数和水蒸气输入量这4个关键运行参数的影响。结果表明：CuFe₂O₄复合氧载体中Cu-Fe的协同作用有助于晶格氧的有效传递和反应活性的提升,而小麦秆和印尼褐煤化学链共气化时碳转化率及冷煤气效率比单一燃料的大,促进了高品质合成气的形成;小麦秆和褐煤在与CuFe₂O₄化学链气化过程中的最优运行参数为共气化温度950℃、氧载体过量系数0.2、水蒸气通入体积流量0.125 mL/min、小麦秆-印尼褐煤掺混质量比1∶1,在此最优条件下,合成气产量高达1.262 m³/kg, H₂与CO体积比为1.69,碳转化率为89.7%,合成气选择性为63.2%。     

煤基化学链燃烧技术的NiO/NiAl_2O_4氧载体研究

直接以煤为燃料的化学链燃烧技术首先需要解决的关键问题是高性能氧载体.通过溶胶-凝胶法制备了几种不同NiO含量、不同烧结温度和不同煅烧时间的NiO/NiAl2O4氧载体,并对其物化性质进行了表征.实验结果表明,超过850℃时NiO/NiAl2O4与神府煤焦的还原反应快速进行,而60%(质量分数)NiO含量、1 300 ℃烧结6 h的NiO/NiAl2O4氧载体具有更好的还原反应性;在与煤焦/空气的单循环还原/氧化反应中,NiO/NiAl2O4表现出良好的循环反应性.实验结果证明基于NiO/NiAl2O4氧载体、燃用固体燃料煤焦的化学链燃烧技术是可行的.     

过渡金属掺杂对MnOx-CeO2低温SCR性能的影响

通过水解驱动氧化还原法合成了掺杂过渡金属的2Mn-Ce-M(M为Fe,Cu,Ni,Cr)催化剂,考察了过渡金属掺杂对低温SCR脱硝性能的影响．其中2Mn-Ce-0.2Cr催化剂比表面积较大,氧化还原能力适中,具有丰富的酸性位点和氧空位、最高的化学吸附氧含量及酸位强度,有利于低温下NH₃-SCR反应的顺利进行．2Mn-Ce-0.2Cr催化剂的低温NH₃-SCR活性最好,能在100～225℃的宽温度区间内保持80%以上的NO_x转化率,在125℃时NO_x转化率更是达到99.1%,为中低温催化还原烟气中的NO_x提供了新思路．此外,2Mn-Ce-0.2Cr还具有良好的抗硫抗水能力,在150℃下,加入40×10^-6的SO₂反应5 h,其催化活性稳定在98%;在3%的水蒸气下,其效率保持在95%以上．     

高硫煤-CuO化学链燃烧特性及硫演化热力学研究

以贵州六枝高硫煤为研究对象,通过热重实验对该典型高硫煤和CuO氧载体的化学链燃烧特性及其与空气直接接触时的燃烧特性加以定性分析和定量评估。为探索煤中硫的演化及其与CuO氧载体作用对CuO氧化活性的影响,进一步采用HSC Chemistry软件,分析了氧载体过量系数Φ对煤中硫分布的影响。研究表明:相比于空气下煤直接燃烧,CuO与六枝煤化学链燃烧的着火温度高,可燃指数和综合燃烧特性指数小,显示CuO氧载体更低的反应活性;在热力学平衡状态下,当0Φ≤1.25及Φ1.25时,系统中硫组分分别以固相Cu_2S和气相SO_2形式存在。基于上述研究结果,提出了一种煤化学链燃烧系统中同时进行脱硫和CO_2捕集的新方案。     

温度和还原剂对LNT还原过程的影响

针对稀燃氮氧化物捕集器(LNT)还原过程中的产物和副产物,搭建了以CO和H₂为还原剂的LNT还原模型,该模型包含了LNT还原过程中副产物N₂O和NH₃的详细产生机理．利用该模型模拟研究了温度对N₂、N₂O和NH₃表面反应的影响,分析了温度和还原剂体积分数对LNT还原效率的影响．模拟研究结果表明,CO还原NO时,在低温下易生成N₂O,在高温下生成N₂,并且随着温度升高,NO和CO的转化率逐渐增加并到达最大值;H₂作为还原剂时,在低温条件下会同时生成N₂O和NH₃,NH₃生成速率更高,高温时还原的主要产物是N₂;NO/H₂反应中,NO转化率在低温时先升高后降低;随着CO体积分数的增加,NO和CO的转化率会先升高再降低,过高的CO体积分数会抑制NO的转化率,但是提高温度可以缓解这一问题．     

以CuO为氧载体处理市政污泥的化学链燃烧

基于双极燃料反应器的化学链燃烧装置,以CuO为氧载体,对污泥化学链燃烧进行实验研究。反应器稳定运行,以反应器温度(750℃～850℃)、不同质量分数的CuO(0～100%)为参数,热重分析法和HSC热力学模拟为方法,探究对污泥化学链燃烧性能的影响。研究表明,温度的增加、碳转化率和CO_2的捕获效率升高,降低了出口烟气中可燃性气体的浓度。污泥的着火温度为Ti=267.5℃,挥发分特性指数为D=2.6×10-5,有效降低了污泥样品反应的初始热解温度,加快污泥样品的处理速度。加入足量的氧载体CuO加快了碳转化速率,有效消耗了产生CO所需的反应物,提高了出口气体中CO_2的含量,占比高达99.8%,未产生副产物有毒有害气体CO。SEM表征显示,氧载体由于释放晶格氧形成了空腔的结构,有利于再次氧化形成新的氧载体,具有较好的循环稳定性。     

铁钴修饰镍基复合载氧体化学链重整制氢研究

采用浸渍法制备Fe₂O₃-NiO-CeO₂/γ-Al₂O₃和CoO-NiO-CeO₂/γ-Al₂O₃复合载氧体,研究了不同复合载氧体对化学链重整制氢反应性能的影响。固定床活性测试实验表明,在镍铈载氧体中加入质量分数为5%的Fe₂O₃复合载氧体(5%Fe-Ni-Ce)的H₂选择性和H₂体积分数最大;在镍铈载氧体中加入CoO后,其复合载氧体的反应性能下降。循环实验表明,5%Fe-Ni-Ce复合载氧体在经过20次循环后仍保持高活性。X射线衍射(XRD)结果表明,5%Fe-Ni-Ce复合载氧体中有固溶体形成,进一步的XRD分析发现5%Fe-Ni-Ce晶粒粒径较小。扫描电子显微镜分析发现,反应前5%Fe-Ni-Ce复合载氧体的颗粒分散度最优,在经过20次循环后复合载氧体仍能保持较好的形貌。进一步的固定床实验研究表明,5%Fe-Ni-Ce...     

基于AuMgO@TiO2球壳的光热协同反应耦合集热研究

实验室前期搭建太阳能有序转化系统，利用太阳辐射高频波段合成碳氢燃料，低频波段转化为高品质热能。基于该系统，制备Au和MgO负载的TiO₂球壳材料，进行光热协同反应转化CO₂和H₂O，同时结合集热层利用导热油集热，结果表明，H₂、CH₄、CO产量分别为30.1、3.2、30.9μmol/g，系统集热效率可达39.85%。实验结合表征显示，球壳结构、Au和MgO共负载可提高材料光吸收，增强光热性能，降低电子空穴对复合率，产生氧空位，促进光热协同反应还原CO₂。     

温度与氧气浓度对NH3还原NO特性耦合影响研究

为揭示烟气温度和氧浓度对NH₃还原NO过程的影响，通过对3种典型氮氧化物机理模型的对比与验证，选取Glarborg1998机理模型对不同温度(800～1 600℃)及O₂浓度下NH₃还原NO反应进行化学反应动力学研究.结果发现：在一定O₂浓度条件下，NH₃还原NO过程仅在一定温度窗口内才能获得较高的脱硝效率，这主要是由于H能与O₂反应生成O、OH以促进NH₃分解生成NH₂，保证NH₂还原NO；温度过高会促进NH₂氧化，导致脱硝效率降低.高温条件下O₂浓度降低时，虽然抑制了OH基团的形成，但H与CO₂、H₂O反应生成OH的反应速率明显增大，促进了NH₂的生成及其对NO的还原；同时，O₂浓度降低也抑制了NH₂氧化生成NO的反应，使得高温还原性气...     

微波合成碳载铂用于氧还原电催化

质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应(ORR)动力学迟缓,因此,开发高活性、低成本的ORR电催化剂对燃料电池发展具有重要意义。本文利用微波法,在氢氧化钠/乙二醇的溶液中还原氯铂酸合成了铂纳米颗粒(Pt NPs);随后,将其与Vulcan XC-72R炭黑混合,制备了高分散性的碳载铂(Pt/C)催化剂。透射电镜结果表明,Pt NPs在炭黑表面均匀分布,平均粒径约为2.8 nm,略小于商业Pt/C催化剂(约3 nm)。进一步,探究了微波功率、分散溶剂以及载碳时有或无HCl对制备催化剂分散性和氧还原活性的影响。电化学测试表明,相较于商业Pt/C催化剂,优化的微波Pt/C催化剂展现出更为优异的ORR催化活性。在0.1 mol/L HClO₄电解液中,微波Pt/C催化剂的半波电位较商业Pt/C催化剂高出9 m V,其在0.9 V (vs. RHE)处的质量活性和面积活性为0.109 A/mg和0.127 mA/cm²,均分别高于商业Pt/C催化剂的0.093 A/mg和0.118 m A/cm²。此外,微波Pt/C催化剂具有比商业Pt...     

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。     

结构化载氧体颗粒化学链燃烧内扩散影响模拟分析

采用有限速率模型对CuO/Al_2O_3结构化载氧体颗粒化学链燃烧进行了数值模拟,考察了不同结构化载氧体颗粒模型和进气速度对载氧体化学反应内扩散的影响。结果表明,相比于球形载氧体,环形结构拉西环载氧体内扩散更为容易,反应快,温升高;相比于全活性载氧体,1/4活性和半活性载氧体气体扩散到活性物质距离短,反应更快;增加进气速度能够加速颗粒内扩散,改善反应速率。     

CO2和H2O气氛下甲烷MILD富氧燃烧NO和CO生成机理

利用 Chemkin 软件中对冲火焰模型对 CO₂和 H₂O 气氛下甲烷 MILD 富氧燃烧进行详细数值模拟,对比了两种气氛下 NO 和 CO 的排放规律和生成机理．结果表明,MILD-CO₂燃烧模式下 CO 排放浓度约为 MILD-H₂O 燃烧模式下的 3 倍．敏感性分析发现 CO₂的分解会增加 CO 排放浓度,而 MILD-H₂O 燃烧模式下 H₂O 分解生成的 OH 基团促进了 CO 的氧化,降低了 CO 的排放浓度．同时,MILD-CO₂燃烧模式下 NO 排放浓度约为MILD-H₂O 燃烧时的 4 倍,且 MILD-H₂O 燃烧模式下 NO 生成对氧化剂进口温度的变化不敏感．通过分离 NO 生成路径发现,两种气氛下 N₂O 中间体路径主导了 NO 的生成,NO 再燃可以消耗 20%以上生成的 NO,其余路径相对不重要．结果表明 MILD-H...     

化学链燃烧铜基载氧体前驱体煅烧反应热力学研究

基于吉布斯最小自由能原理,对铜基载氧体前驱体燃烧合成过程进行平衡模拟计算。预测了固体产物状态和气体产物分布。通过改变原料配比,计算绝热燃烧温度,判断反应能否自我维持。结果表明,在加入物料为化学计量比的反应条件下,平衡绝热燃烧温度T_ad为2 300 ~ 2 400℃,燃烧能自我维持。在加入物料为非化学计量比,尿素小于0.2倍理论加入量时,该燃烧不能自我维持,尿素小于0.5理论加入量时,含Cu化合物以液相形式存在。该体系中NO是NO_x的主要成分,随着尿素的增加,NO含量先快速增加后减少,当尿素占比为0.71时,NO含量达到极值。过量尿素的加入会使NO还原为N₂。     

CO对NH3还原NO过程的影响与机理研究

为揭示CO对NH₃还原NO过程的影响,在不同CO体积分数下对NH₃还原NO过程进行了实验与模拟研究。实验结果表明：无氧气氛中存在CO时,对1 400℃以下NO还原率无显著影响;CO可提高1 400℃以上的NO还原率。在低氧体积分数条件下,CO的存在能扩展NH₃还原NO反应的温度窗口,使其在1 400℃以上仍保持高NO还原率。在高氧体积分数条件下,CO仅使最佳脱硝温度向低温移动,并使脱硝温度窗口变窄。模拟结果表明：在无氧及低氧体积分数条件下,1 400℃以上时CO可促进NH₂与CO反应生成HNCO,随后HNCO转化为NCO后将NO还原,增强了NO还原过程;高氧体积分数条件下,CO可在较低温度下促进OH、O等基团产生,保证NH₂生成及其还原NO过程进行;但温度升高会加快CO与OH反应产生H,H与O₂反应产生大量O,加速了NH₂氧化,导致NO还原率迅速降低。     

灰原位形成似长石结构提高载氧体耐磨性研究

固体化学链燃烧伴生大量灰分,与载氧体共同流化,两者存在复杂的相互作用．同时,灰成分与载氧体形成稳定骨架所需惰性添加剂类似,具有影响载氧体骨架及活性的潜力．针对这一特性,提出了采用生物质灰原位形成似长石结构强化载氧体颗粒骨架的方法,研究了含K、Ca油菜秸秆灰对载氧体的影响,分析其活性与骨架变化．采用机械二次混烧的方法改性载氧体,通过小型流化床实验系统和热重分析仪分别研究反应过程、整体颗粒、单颗粒的宏观特性,结合XRF、SEM-EDS、XRD、PSD分析强化机理．结果表明：灰分的加入未降低反应活性,但却有效减小了颗粒磨损率、增大了留存粒径的分布范围．对比XRD和SEM-EDS结果,发现灰改性载氧体的表面原位生成似长石结构(KNa₃(AlSiO₄)₄),并存在丰富的撕裂棱和准解理裂纹,保护和强化了载氧体骨架．     

炉内烟气成分对富氧燃烧锅炉传热特性的影响

针对炉内烟气成分及其物性在不同燃烧方式下的变化对富氧燃烧锅炉炉内流动、温度及传热特性的影响进行了研究．研究表明,除烟气质量流量m外,不同燃烧方式间烟气成分的差异使烟气的物性有明显的不同,如密度、比热容和气体辐射吸收系数等,将显著影响炉内的流动、温度及传热分布．首先,炉内烟温取决于m cp的共同作用,由于CO₂、H₂O与N₂比热的差异,富氧燃烧烟气的比热明显高于空气燃烧,使富氧燃烧锅炉烟气质量流量在显著低于空气燃烧条件下才可获得与之相近的炉内烟温分布;其次,由于CO₂、H₂O与N₂辐射性质的差异,富氧燃烧烟气的吸收系数明显高于空气燃烧,不利于炉内高温火焰与壁面的辐射换热,因此富氧燃烧需在更高炉内烟温下才可获得与空气燃烧相近的壁面传热量．因此,在设计新型富氧燃烧系统或改造现有空气燃烧系统时,需综合考虑烟气流量与成分及物性变化的影响．