CaO和Fe(NO_3)_3催化锦界煤焦-CO_2气化反应的实验研究

分别以分析纯CaO和Fe(NO_3)_3·9H_2O为催化剂前驱物,在自建的固定床实验台上研究了常压下碱金属Ca、过渡金属Fe对锦界烟煤煤焦-CO_2等温气化的催化效果。实验结果表明:锦界煤焦的气化活性随Ca和Fe添加量的增大而提高,Ca和Fe的负载饱和度均为3%,在900℃气化温度下Ca金属的催化活性与Fe金属相当;Ca和Fe分别使气化温度降低120℃和90℃;在化学反应控制区域内,采用均相模型计算得到气化反应活化能、指前因子和反应速率常数等动力学参数,添加Ca和Fe金属后的煤焦气化速率常数提高近三倍,活化能基本没有变化。     

CaO和Fe（N03）3复合催化锦界煤焦-C02气化的实验研究

在搭建的固定床实验台上对CaO和Fe（NO3）3复合催化锦界煤焦-CO2常压等温气化的反应特性进行了研究．结果表明：复合催化剂最佳质量添加比例为1％Ca、29／6Fe,且在最佳添加量下气化时间比原煤焦和单组分催化剂下的气化时间分别缩短了103rain和18rain,催化强度系数分别是原煤焦、单组分催化剂CaO和Fe（N03）3的5．71倍、1．65倍和2．04倍,气化温度降低了100K,气化温度降低程度介于单组分催化剂CaO和Fe（NO3）3之间;复合催化过程生成的部分Ca（NO3）2与CaO的活性不同,即Ca的催化强度与其前驱物的形式有一定关系;添加单组分催化剂的煤焦活化能与原煤焦的活化能基本相同,不同添加比例的复合催化剂的煤焦活化能增加的程度不同,且在最佳添加比例下增加程度最小,其值为15．4％．     

生物质催化气化制取富氢气体实验研究

以麦秸为对象,采用管式气化炉进行生物质蒸汽气化制取富氢气体实验研究.在非催化气化实验基础上,选取NiO、纯Fe粉以及橄榄石(FeMg)2:SiO4这3类催化剂来提高氢含量.实验结果表明,气化反应温度在700～950℃范围内,氢体积浓度达到45%以上,添加Fe时达到了60%以上.非催化时,氢产率达到60g/(kg麦秸);添加催化剂时,Fe粉催化效果最好,最大产氢率达到119g/(kg麦秸);NiO次之,相比非催化时可提高40%;而橄榄石催化作用明显低于前两者.另外随着气化温度提高,3种催化剂的催化作用均增强.     

CaO和MgO复合催化神木煤焦-CO_2气化的特性研究

利用常压等温CO_2气化的方法,研究了单组分CaO、MgO及CaO/MgO不同复合配比对神木煤焦催化气化的反应特性影响。结果表明:分别添加单组分催化剂CaO和MgO后,煤焦的气化反应活性得到了明显增强,并且CaO的催化作用要强于MgO;2种单组分催化剂添加量存在一个最优值,且均为15%,此时催化强度分别是原煤焦的5.67和2.37倍,当催化剂添加量超过这个最优值后,催化剂对气化的催化作用开始减弱;添加10%的不同CaO/MgO配比的复合催化剂,其催化效果明显强于相同含量的2种单组分,且900℃时存在一个最佳配比比例4:1,最佳配比下,催化强度是原煤焦的5.32倍,是添加10%CaO的1.69倍,是添加10%MgO的2.83倍。Takarada法计算了复合催化剂各工况下的反应性指数R,更直接地反映出了不同配比的复合催化剂对煤焦气化的影响。用未反应核收缩模型能够很好地描述煤焦-CO_2的气化反应过程;添加单组分催化剂煤焦的活化能相比原煤焦变化不大,而添加复合催化剂煤焦的活化能有一定程度的升高。     

生物质流态化催化气化技术工程化研究

在研究开发的内循环锥形流态化气化炉内。对稻草、麦草等软秸秆物料粉碎后，或者直接使用木屑等细粉状原料，进行了热解气化和催化气化的工程化应用试验研究。研究结果表明：气化反应在600—820℃的一个较宽温度范围内，均能稳定连续运行。麦草原料气化所产生的煤气热值比稻草和稻壳都高，其热值可达7716kJ／m^3。木屑气化所产生煤气热值最高则达9064kJ／m^3，远远高于一般生物质气化煤气。对流化床气化来讲，即使在非催化气化条件下，其气化产生的煤气热值比采用下吸式气化炉产生的煤气热值提高40%左右，并且气化温度较固定床(上吸式、下吸式)气化炉低。同时进行的催化气化试验发现，催化剂CaO能明显提高煤气热值、降低CO组分，Na2CO3催化气化能提高气体H2的含量。在800℃试验时，添加催化剂能明显提高气体的热值。     

柴油机钒基与沸石基SCR催化剂对比试验研究

在柴油机台架上比较了钒基、Cu沸石、Fe沸石选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂的稳态转化效率、动态反应特性、副反应产物等性能,试验中SCR喷射系统、催化剂规格和封装形式保持一致。试验结果表明:Cu沸石SCR低温转化效率高于钒基SCR和Fe沸石SCR;前置柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)能够显著提高钒基SCR和Fe沸石SCR催化剂低温转化效率;NO2/NOx摩尔比超过50%时,钒基SCR催化剂的转化效率下降,沸石SCR催化剂的转化效率不受影响;钒基SCR催化剂比沸石SCR催化剂的饱和氨存储量低,动态响应速率也较快,在低温段Cu沸石比Fe沸石SCR催化剂吸附氨气的能力更强;SCR反应中,Cu沸石SCR催化剂比钒基和Fe沸石SCR催化剂更容易生成N2O,当有前置DOC时Cu沸石SCR催化剂的N2O生成量进一步提高。     

天然焦的微观结构及催化气化特性

利用X射线衍射(XRD)技术分析了天然焦和烟煤的微观结构特性,在TGA92型热重分析仪上采用非等温热重法进行了天然焦试样的气化反应特性试验,研究了不同添加量的钾、钙基催化荆对气化反应过程的影响,采用Freeman-Carroll方法计算了天然焦的气化动力学参数.结果表明,天然焦的有序化程度要高于烟煤,化学活,性较低,但两者物理性质相似;钾基催化剂对天然焦样品的气化反应有明显的催化作用,随着钾含量的进一步增加,碳转化速率的增长速率逐渐减缓;钙基催化剂亦能有效地促进天然焦的气化,随着钙含量的增大,碳转化率先增后降,存在一最佳Ca含量.     

CaO对松木锯末水蒸气气化过程的影响

采用CaO在生物质气化过程中通过吸收CO2促进产氢的方法,对生物质松木锯末进行水蒸气气化实验研究。分析了CaO、水蒸气、温度和停留时间对产气组分的影响。实验结果表明:添加CaO能显著提高产氢量。当Ca/B0.5时,产氢量随着Ca/B的增加而显著增加,当Ca/B0.5后,产氢量略微下降。添加CaO后促进了水煤气反应的进行。当温度高于800℃时,添加CaO后,生物质气化挥发分释放阶段与半焦气化阶段出现了重叠,半焦气化反应提前发生。随着温度和停留时间的延长,H2浓度逐渐升高,且在较长时间内维持在较高的浓度。     

柴油机Fe-Cu分子筛SCR催化剂的数值模拟

建立催化反应动力学模型预测和比较Fe、Cu分子筛催化剂的NOx还原性能.考虑了NH3的吸附和脱附、NH3氧化、NO氧化及NOx还原反应.结果表明:Cu分子筛催化剂低温(<400℃)时标准选择性催化还原(SCR)反应转化率较高,而Fe分子筛催化剂高温(>400℃)时催化活性较高.考虑到两种分子筛催化剂在不同温度范围内SCR反应活性的差异,将Fe、Cu分子筛催化剂进行分区及分层组合以拓宽组合催化剂的反应活性温窗.在标准SCR反应下,Fe分子筛催化剂(总长度的20%)布置在Cu分子筛催化剂上游为最佳分区组合;Fe分子筛催化剂(总涂层厚度的25%)涂覆在Cu分子筛催化剂上层为最佳分层组合,最佳分区组合布置在整个温度范围内能实现更高的NOx转化率.然而根据对Cu分子筛催化剂和最佳Fe-Cu分区组合催化剂的瞬态响应特性研究,发现Cu分子筛催化剂具有更好的低温瞬态响应特性.通过优化氨氮比,提高了最佳分区组合催化剂的NOx转化率.     

有机钠催化剂对无烟煤的催化气化动力学

以十二烷基苯磺酸钠和柠檬酸三钠为催化剂,利用常压热分析仪对福建省创宏无烟煤进行了水蒸气气化动力学实验.在850～950,℃下测定了催化剂加载量为0～15%时,转化率随气化时间的变化;并采用缩核模型对实验数据进行拟合,给出相应的动力学参数.结果表明,十二烷基苯磺酸钠和柠檬酸三钠均能明显提高反应的气化速率,降低气化反应活化能;表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的催化效果优于络合剂柠檬酸三钠,且与碳酸钠催化效果相当,是一种良好的煤催化气化催化剂.