煤焦边缘模型异相还原NO的Mayer键级变化分析

为掌握煤焦对NO异相还原反应规律,揭示焦炭氮迁移转化的微观机理,选取armchair型含氮煤焦边缘模型和zigzag型煤焦边缘模型作为研究对象,基于密度泛函理论计算各个键的Mayer键级,研究上述各煤焦边缘模型化合物对NO气体异相吸附、还原和解吸的过程。结果表明:NO气体分子以side-on形式与armchair型含氮煤焦边缘模型发生异相还原反应,N—O键的Mayer键级达到最小值0.984 6,受热时N—O键容易发生断裂,最终释放出N2和CO;两个NO气体分子与zigzag型煤焦边缘模型发生异相还原反应,一个NO分子以side-on形式吸附在煤焦边缘模型表面,进而形成一个五元环中间体,此时O4—N5键级为最小值1.002 5,而另一个NO分子会以O-down的模式吸附在C3键位上,反应最终释放N2;Mayer键级理论可以有效地研究分子水平条件下煤焦边缘模型对NO异相还原反应的机理。     

Zigzag煤焦表面异相还原N_2O反应

采用Zigzag型煤焦表面模型,利用量子化学密度泛函理论研究了煤焦异相还原N_2O的反应机理。首先分析了Zigzag和Armchair碳基模型的差异本质,然后通过热力学分析和动力学分析研究了煤焦异相还原N_2O的反应机理,最后对比分析了Zigzag和Armchair两模型计算结果。研究表明,煤焦异相还原N_2O的反应包括吸附、还原及脱附3个过程,N2的脱附过程是整个反应的决速步。煤焦异相还原N_2O的反应在循环流化床炉温范围内是可自发的放热反应,反应平衡常数大于105,可认为是单向反应。根据决速步理论,Zigzag模型下的反应活化能为66.28 k J/mol,阿累尼乌斯表达式为1.07×1014exp(-7 972.4/T),Armchair模型下的反应活化能为160.99 k J/mol,阿累尼乌斯表达式为3.99×1015exp(-19 364.0/T)。Zigzag模型下的还原反应活化能小,反应速率常数大,反应更为活跃。两模型计算差异主要是由于Zigzag模型存在未成对电子,化学性质活跃导致的。在涉及碳基反应的理论计算时,应充分考虑计算模型对反应过程研究的影响。     

O2/CO2条件下煤焦-NO生成特性的实验研究

以山西褐煤为样品在固定床反应器上研究O2/CO2燃烧方式下NO的生成特性,分析了CO2,CO体积分数变化对于煤焦NO异相还原的影响。研究结果表明：与O2/N2气氛相比,O2/CO2燃烧条件下,煤粉NO的排放能够被有效抑制;O2/CO2气氛下挥发分N向NO的转化明显被抑制,而焦炭N向NO转化的抑制作用较弱;O2体积分数的升高对焦炭N向NO转化有明显的促进作用;适量CO2的存在对于煤焦-NO异相还原反应有明显促进作用,CO2体积分数过高则会抑制CO- NO还原反应的进行;CO的加入对NO还原效果明显,在CO体积分数为0.5%时NO还原效率最高,CO体积分数继续升高,还原效果有所减弱。     

无烟煤焦的气化反应特性研究

采用热重仪,考察了高平无烟煤焦的气化反应特性;考察了氧化钙和氧化铁对煤焦的催化作用。结果表明:在800℃~1 000℃内,高平煤焦的气化反应性偏低,随温度的升高,煤焦的气化反应性呈增加趋势;添加氧化钙和氧化铁后,煤焦的气化反应性有明显增加,催化作用十分显著。     

固液反应球磨制备Cu-Sn金属间化合物

研究通过Cu球对液态金属Sn在不同温度及时间内球磨制备Cu-Sn金属间化合物的过程,采用X射线和扫描电镜及透射电镜等分析手段分析产物特征.结果表明,在球料比为10：1,转速为80r/min的条件下,用Cu球对液态Sn进行不同时间及温度的液态球磨后,得到了不同的金属间化合物.在400℃时金属间化合物为Cu6Sn5,500℃及600℃时产物为Cu3Sn.加铜粉可以加快反应速度.采用固液反应球磨技术在高温下可以形成粒度很小,甚至达到纳米级的金属间化合物粉末.与机械合金化相比,固液反应球磨技术生成金属间化合物的速度较快,且成分单一.     

固液反应球磨制备W-Al金属间化合物

通过W棒对液态金属Al在不同温度及时间内球磨, 制备了W-Al金属间化合物。采用X射线和扫描电镜及透射电镜等分析手段分析产物特征。结果表明,在球料比为14∶1 ,转速为80 r/min 的条件下,用W棒对液态Al进行不同时间及温度的液态球磨后,得到了不同的金属间化合物粉末。在953 K时得到金属间化合物粉末为Al₁₂W和Al₅W,1 023 K时产物为Al₅W, 1 163 K时产物为Al₄W。采用固液反应球磨技术在高温下可以形成粒度为50 nm,甚至达到纳米级的金属间化合物粉末。     

SmMn2Si2金属间化合物的合成和结构研究

用真空电弧熔炼合成ＳｍＭｎ２Ｓｉ２金属间化合物，并对合成条件进行研究，用Ｘ－射线衍射，电子衍射和Ｘ－射线光电子能谱法对合成的化合物进行结构表征。结果表明：ＳｍＭｎ２Ｓｉ２属ＴｈＣｒ２Ｓｉ２型体心四方晶系结构，晶格常数ａ＝３．９８５Ａ，ｃ＝１０．４９０Ａ，化合物中钐和硅的特征轨道，（３ｄ５／２，２ｐ３／２）结合能较单质状态分别减少０．６ｅＶ和增加０．３ｅＶ。     

铌铝金属间化合物制备的研究进展

铌铝金属间化合物具有高熔点、低密度、良好的高温强度、良好的抗蠕变性能、耐高温氧化性和硫化性等众多优点而得到广泛关注,然而低温脆性和机械加工困难等缺点影响其广泛应用。本文介绍了铌铝金属间化合物制备方法的研究进展。     

Fe-Al-Si金属间化合物多孔材料的制备及抗氧化性能研究

采用Fe、Al元素粉末通过反应合成多孔FeAl金属间化合物,但在特定的加热速率下为了防止Fe与Al间的自蔓延反应带来的不利影响,采用添加不同比列的Si来实现其控制,并研究了添加Si前后的孔隙率、不同烧结温度下的物相组成以及抗氧化性能。结果发现：FeAl金属间化合物多孔材料最高孔隙率为60.31%,并且添加Si对孔隙率影响不大;另外通过高温烧结可获得成分均匀单一的FeAl;通过热分析发现添加Si对Fe、Al间的自蔓延反应有抑制作用,并且添加Si后的多孔材料抗氧化性能均优于未添加的,在烧结温度为1000℃,添加4%Si时,FeAl多孔材料抗氧化性能最优。     

金属铁直接催化还原NO的实验研究

在水平陶瓷管反应器中对铁丝网卷直接催化还原NO的特性进行实验研究,于-300～-1 100 ℃对还原性气体CO、氧化性气体O2,CO2以及模拟烟气等气氛条件下的NO脱除效率进行测试,并对铁丝反应后表面组分变化特点进行X光衍射（XRD）分析。结果表明,金属铁具有非常高效的直接催化还原NO的作用。在温度高于700 ℃、N2气氛中,铁直接催化还原NO的效率超过90%。CO有利于铁的氧化物还原为金属铁,进一步提高了铁直接催化还原NO的效率;而O2能将金属铁氧化为Fe2O3,降低了铁直接催化还原NO的效率;CO2气体的影响相对较小。当温度达到950 ℃后,在模拟烟气（含16.8%CO2,2% O2）条件下,铁丝网和4.01%的CO即可达到90%以上的NO脱除效率。     

O2氧化含氮焦炭释放CO和NO的量子化学研究

选用简化的含氮焦炭模型,在分子水平上对O₂氧化含氮焦炭释放出CO和NO的异相反应机理进行研究。采用B3LYP/6-31G(d)密度泛函理论方法优化了反应路径上的反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,得到各结构的相对能量,进而得到整个反应的势能面。研究表明,O₂氧化含氮焦炭的第1步为在焦炭表面的吸附,吸附反应释放出414.5 kJ/mol的热量。CO和NO从O₂吸附产物中释放所需克服的最大能垒分别为397.4 kJ/mol和197.0 kJ/mol。CO从O₂吸附产物释放后生成的产物可经吸热反应释放出NO、经放热反应转化为五元含氮杂环或六元含氮杂环。NO从O₂吸附产物释放后生成的产物可经吸热反应进一步释放出CO、转化为五元环酮结构或六元环吡喃结构。     

煤中灰成分对CO还原NO反应影响的动力学研究

循环流化床锅炉内以CO为主的还原性气体,在大量灰的催化下对NO具有显著的还原作用。针对NO-CO反应动力学进行实验研究,重点考察了灰的存在及其成分对该反应速率的影响。实验中选取5个典型煤种制取灰样,通过X射线荧光光谱技术分析灰成分,并利用小型固定床实验测量不同温度、不同反应物浓度下的NO还原比例,进而拟合反应动力学参数。结果表明,灰中各主要成分对NO-CO反应的催化活性排序为Fe_2O_3CaO/MgOAl_2O_3SiO_2,且Fe_2O_3的作用显著偏高,而SiO_2和Al_2O_3可以视作惰性成分。利用最小二乘法计算灰中各主要成分影响权重,引入基于灰成分质量份额加权和的指数γash,以修正Arrhenius形式的NO-CO反应动力学公式。该公式的计算结果较好地预测了人为配制灰催化条件下的NO-CO反应动力学参数。     

生物质废弃物的再燃脱硝实验研究

利用模拟烟气在两段式管式炉中对树皮、锯末、污泥等生物质废弃物的再燃脱硝特性进行了实验研究,在再燃和燃烬温度分别为1 250,1 150 ℃下进行再燃+燃烬两段完整的热态脱硝实验。结果表明,再燃时的空气系数在0.90～0.95时,树皮、锯末、污泥等生物质废弃物的再燃脱硝效率可达90%。对再燃中间产物HCN/NH 3 的生成特点进行了检测,并采用Fe 2 O 3 来控制HCN/NH 3 的生成,进一步完成了Fe 2 O 3 与上述燃料混合后的再燃+燃烬脱硝实验。结果表明,当Fe 2 O 3 的摩尔比超过4×10 -3 时,造纸污泥和锯末的再燃+燃烬的最终脱硝效率超过70%,并逐渐接近天然气在相同条件下的脱硝效率,表明这些废弃物可以作为替代再燃燃料。     

生物质半焦CO2气化反应活性的实验研究

采用热分析技术中进行了麦秆半焦的CO2气化反应性试验,考察了不同的热解及气化条件对生物质半焦气化特性的影响.结果表明：生物质裂解时升温速率、保温时间、温度以及半焦气化温度对半焦反应活性均有影响.当升温速率为15 ℃/min时,半焦的反应活性最好;随着生物质裂解温度的增大和保温时间的增加,所制备的半焦反应活性主要呈降低的趋势.随着气化温度的提高,气化反应活性增加.生物质半焦的结构有序性和碳微晶尺寸,以及炭的沉积化或乱层化是影响生物质半焦反应性的主要原因.     

综放开采顶煤放出散体介质流理论的试验研究

通过模拟试验，系统地研究了综放开采顶煤移动与放出规律、煤岩分界线形状，不同采放比、不同放煤步距、不同煤岩粒径比条件下的顶煤采出率与含矸率等，在理论上提出了顶煤采出率的预测方法．放煤的煤岩分界线为二次曲线，运用放煤前后分界线所围成的煤量减去放煤工艺损失量可预测放出煤量，采放比为1：2、“二刀一放”时，放煤效果较好．     

长钻孔高压注水增透提高抽采效果的试验研究

提高低透气煤层的透气性是提高瓦斯抽采效果的关键,文章在对煤层高压注水增透技术进行理论分析的基础上,在潘一矿1521(3)综采工作面进行了顺层长钻孔高压注水增透试验,试验结果表明,单孔抽采瓦斯流量平均提高67.55%,高压注水增透效果较为明显。