改性钙基吸收剂高温循环捕集CO2过程中的分形维数

采用醋酸溶液改性的石灰石作为CO2高温吸收剂,借助于N2吸附法研究了改性石灰石在循环煅烧／碳酸化反应过程中CaO分形维数的变化规律。结果表明：石灰石经醋酸改性后,其煅烧产物CaO的分形维数得到提高。随循环次数增加,来自天然石灰石CaO的分形维数迅速减小,而来自改性石灰石CaO的分形维数随循环次数增加而下降缓慢,且在相同循环次数时改性石灰石CaO的分形维数均高于天然石灰石CaO。研究发现来自改性和天然石灰石的CaO分形维数与其CO2捕集性能之间,分形维数与比表面积之间都存在着明显的内在联系。改性钙基吸收剂具有更高循环捕集CO2性能的实质是其煅烧产物CaO在循环煅烧／碳酸化过程中保持了较大的分形维数。     

煅烧石灰石过程中团聚体颗粒内的晶粒融合现象分析

针对石灰石煅烧过程中存在的晶粒融合现象,从三维空间角度认识CaO晶粒聚集融合形成团聚体的过程,建立三维空间黏附方程并进行计算机模拟,模拟结果与扫描电镜照片比较表明:石灰石在高温煅烧过程中,CaO晶粒间存在融合现象。结合压汞分析仪实验数据,通过分析晶粒融合对团聚体颗粒微观结构特性的影响,发现晶粒融合会导致CaO颗粒分形维数、孔隙率、比表面积的降低,从而影响脱硫剂的脱硫反应效率。     

CaO高温脱硫过程数值计算

该文采用一种全新的CaO颗粒数学模型对高温条件下CaO颗粒的脱硫过程进行数值模拟。该模型采用随机漫步方法所生成的三维立方体结构的数学模型。根据高温下CaO吸收SO2生成CaSO4的反应分为表面化学反应阶段和以离子扩散为主的产物层扩散控制阶段的原理，将气体分子运动论理论用于孔隙数学模型，对3种具有近似孔隙率和内表面积却具有不同孔隙分形维数的CaO颗粒模型的高温脱硫过程进行数值模拟。数值模拟的计算结果能够定性地反映CaO高温脱硫的过程，其结果同现有的文献报道符合得比较好。     

石灰石煅烧过程中孔隙网络结构的动态可视化数值模拟

文中运用Monte-Carlo（MC）方法,结合石灰石分解时孔隙的形成机理、石灰石分解动力学数学模型和烧结机理,首次采用一种新网格的划分方法,对石灰石煅烧和烧结过程中产物孔隙微观网络的生成及变化进行了模拟,实现了其孔隙网络结构的直观可视化.可视化结果表明：不同状态下的孔隙结构具有一定相似性.利用象素点覆盖法对结构图的分形特性进行分析,证实了文中所提出的模型的可行性.     

孔隙分形结构对煤焦燃烧特性影响的数值研究

为了研究煤焦颗粒的分形结构对煤焦燃烧特性的影响,采用随机漫步的算法生成了2组具有相近孔隙率和比表面积,但分形维数不同的颗粒模型。从分子运动论的角度建立分形多孔介质中的扩散模型,用简单碰撞理论(simplecollision theory,SCT)模拟煤焦与氧气的气固反应。在不同温度下对不同煤焦颗粒模型的燃烧进行了数值模拟,由数值计算的结果得到了不同孔隙结构的煤焦颗粒对应的表观动力学参数。结果表明,煤焦颗粒的分形维数对煤焦的表观反应参数有显著影响,分形维数越大,煤焦表观燃烧反应系数越小,呈现指数关系。     

超细化煤粉表面形态分形特征

该文将合山、晋城煤分别制成4种不同粒度的常规煤粉与超细化煤粉进行了试验研究。采用英国Malvern公司的。MAM5004型激光粒度分析仪测定合山煤、晋城煤各4种不同粒径煤样的粒度分布。采用美国：Micromeritics公司的ASPA2000型比表面积及孔径分布分析仪测定煤样的比表面积和孔隙。采用美国LECO公司的CHN600型元素分析与，MAC-500型工业分析仪测定的工业分析与元素分析数据。运用分形理论和等温吸附理论及燃烧原理，分析煤粉颗粒粒度对其表面结构：比表面积，孔容积，孔径分布及其燃烧特性的影响。试验研究与理论分析表明，随着煤粉粒径的减小，煤粉颗粒的孔隙中小孔的数目增多，平均孔径减小，吸附量与吸附表面积增大，表面结构复杂，表面分形维数增高，有利于煤粉颗粒的燃烧。煤颗粒的表面分形维数能很好地反映煤粉颗粒的物理结构特性，并进一步提供有效的煤粉颗粒燃烧特性信息。超细化煤粉具有复杂的表面结构和高的表面分形维数，通过超细化改变煤粉的物理结构，完善燃烧特性，证明超细化煤粉燃烧是一种具有发展潜力与前途的煤粉燃烧新技术。     

O2/CO2气氛下钙基脱硫剂孔隙分布模拟

以孔径分布密度函数和孔长度分布函数为基础,结合CaO的比表面积和孔容积等参数模拟了在O2/CO2气氛下钙基脱硫剂孔隙分布特性,并与常规空气气氛下进行了对比分析。模拟发现,常规空气气氛下煅烧生成CaO的比表面积和孔容积远大于O2/CO2气氛下,两种气氛下CaO孔径分布密度区别也较大。常规空气气氛下孔径分布宽,峰值对应的孔径大,孔径密度峰值低;O2/CO2气氛下孔径分布窄,峰值对应的孔径较小,孔径密度峰值高。O2/CO2气氛下煅烧生成的CaO孔结构特性与常规空气气氛下明显不同。     

棉杆热解过程中焦孔隙结构演变及分形特征

为了解生物质热解过程中固体焦孔隙结构的演变行为,采用氮气等温吸附法研究了热解过程中棉杆颗粒孔隙结构的变化规律,并引入分形维数对其进行定量的描述.结果表明,热解过程中棉杆焦孔隙结构微孔与中孔先增多后减少,而大孔比例变化不大.棉杆热解焦的BET比表面积(SBET)随着热解温度的升高,经历了一个先增大后减小的过程,从450℃开始,SBET迅速增大,在650℃时达到最大值,而后逐渐减小.随着热解温度的升高,棉杆焦表面分形维数先增大后减小,表明棉杆焦在热解过程中孔隙表面经历了复杂的结构变化.分形维数与BET比表面积存在一定的关联性,且分形维数能更好地表征热解焦表面孔隙结构特征.     

污泥与煤混烧中飞灰对汞的吸附特性

为了解飞灰对汞的吸附特性,用氮气吸附等温线分析了4个飞灰样品的比表面积和孔隙分布;应用基于(Frenkel- Halsey-Hill,FHH)模型的方法计算了它们的分形维数,分析了飞灰样品的化学组分对汞吸附的影响。结果表明,飞灰残碳量与汞含量呈正相关关系。飞灰颗粒比表面积增大,飞灰的汞吸附趋于增加。孔分布越宽越有利于汞的吸附, 其中微孔在汞吸附过程中发挥更为重要的作用。飞灰样品的分形维数处于2.1~2.6之间,且分形维数能较好地反映飞灰对汞的物理吸附性能。烟气成分与飞灰化学组成可能对汞存在一定的催化氧化作用。     

工业半焦水蒸气活化孔隙结构的变迁

为了进一步改善工业半焦的孔隙结构,增强吸附性能,对两种工业半焦样品进行了水蒸气活化实验并运用PoreMaster-60型孔隙度分析仪对样品活化前后的孔隙结构进行了分析。分析结果表明,工业半焦经过水蒸气活化之后孔隙进一步发展,结构趋于完善合理。两个样品的压汞法分析比表面积和注汞体积分别是活化前的4倍和3倍多;样品经过活化之后微孔容积和比表面积明显增多,孔半径小于10nm的注汞体积百分数较活化前增大一倍多,显示出活化过程的造孔、通孔作用大于扩孔作用。活化样品在孔半径为3nm附近形成孔的密集分布。通过对样品的分形维数进行计算分析表明,工业半焦活化前后均具有分形特征,活化样品的分形特征更为显著,分形维数进一步增大。     

多孔氧化钙孔结构特征的数学描述与分析

CaCO3是燃煤锅炉干法脱硫常用的脱硫剂。它在炉内煅烧后形成的多孔氧化钙(CaO)内部孔的形状为圆柱形,其孔结构特征可用孔径大小、孔径分布、孔长度、比表面积及孔容积等参数来描述。文中假设孔径分布是连续的,孔长度随孔径变化,建立了以孔径分布密度函数和孔长随半径变化函数为基础的孔结构数学模型。利用该模型计算了多孔CaO试样内部孔的比表面积和孔容积,计算值与实测值基本吻合。分析表明:不同孔径的孔分布密度不同,比表面积越大,孔径分布越窄,小孔径的微孔越多,平均孔径越小,800以上的孔分布密度接近于零;而比表面积越大,孔长度越大,最大孔长对应的孔半径越小。0~50、50~200和>200 3个孔径范围的孔的分布密度及各自的比表面积对总比表面积的贡献率互不相同,并且随比表面积的增大而变化。最佳比表面积为40~50m2/g。     

热解过程中玉米秆颗粒孔隙结构的演化

利用氮气等温吸附/脱附法(-196 ℃)和扫描电镜(scanning electronic microscopy,SEM)等研究了热解过程中玉米秆颗粒孔隙结构的演化,并用分形维数来描述焦颗粒内部孔隙表面形态的复杂程度。结果表明,热解温度对生物质焦的孔结构和表面形态有显著影响。在热解过程中,焦中孔的形状发生了一定的变化,各种孔的比例有了较大变化,且孔径有先变小后变大的趋势。高温导致焦颗粒发生塑性变形,使得孔隙扩大和孔表面更加光滑。随着温度的升高,玉米秆焦的BET比表面积经历一个先减小后增大再减小的过程,500 ℃以前,孔容积的变化规律与比表面积相近,但当温度高于500 ℃时,比表面积在减小,而孔容积在增大。通过分形FHH方程回归得到的分形维数DFHH能较好地表征颗粒内部孔隙表面的分形特征。其分形特征与热解温度密切相关,分形维数DFHH的变化与BET比表面积SBET有一定关联。     

一种生物污泥热解半焦孔隙结构特性

污泥半焦的孔隙结构是影响热解反应的重要因素之一。该文利用固定床反应器在N2气氛下,温度为300~900℃对一种取自香港的生物污泥进行热解。采用ASAP 2010型比表面积及孔径分布分析仪测定生物污泥热解半焦的比表面积及其孔隙结构,研究污泥半焦的孔隙结构在热解过程中的变化规律。利用分形理论和等温吸附理论对半焦进行分析。试验研究与理论分析表明,随着热解终温的提高,孔隙结构变得发达,孔的种类多样化,总孔容积逐渐增加。比表面积总体呈现增加的趋势,从300℃时的0.72 m2/g增加到900℃时的64.88 m2/g,平均孔径为3.7~8.53 nm。不同温度制得的半焦,孔径分布具有相似的特点,在孔径为4 nm左右出现峰值。表面分形维数随热解终温的提高而增高,从2.539增加到了2.824,表面分形维数的增加,有利于污泥的热解。     

煤粉孔隙分形结构对水煤浆性质的影响规律

用分形理论能描述具有强烈非线性特征的煤粉孔隙结构,利用氮吸附仪分析得到10种煤样的孔隙分形维数为2.572~2.722,利用Haake黏度计测量水煤浆黏度,讨论了孔隙分形、水分、氧量和可磨性指数等对水煤浆性质的影响规律,得到相关的拟合经验公式。当分形维数由2.61增大到2.643和2.698时,不同煤粉制得水煤浆的最高浓度由70.8%降低到69.2%和62.4%,而相应在剪切速率20 s-1时表观黏度则由879 mPa×s升高到1 900和2 006 mPa×s。说明随着不同煤粉的孔隙分形维数增加,比表面积和孔容积增大,导致水煤浆黏度升高和浓度降低,对成浆特性造成不利影响;而随着煤粉内在水分增加、氧量增加和可磨性指数减小,煤粉的成浆特性变差。     

钙基脱硫剂水合改性实验分析

扩散反应的烟气脱硫过程中，脱硫剂的微观孔隙结构是重要影响因素之一。该文报道钙基脱硫剂的水合爆蒸改性实验，通过调节水钙比和煅烧温度，利用内部蒸发过程促使脱硫剂微观孔隙结构发生大范围变化。实验测定了改性前后脱硫剂孔隙结构和宏观脱硫性能的改变，以及微观孔隙结构内反应转化分布。在实验测定的基础上，分析和讨论了微观孔隙结构的改变及孔隙变化影响脱硫能力的机理。