MnOx改性活性炭用于模拟烟气中Hg0的脱除

采用浸渍法制备了MnO_x改性活性炭(MnO_x/AC),用于模拟煤燃烧烟气中的元素态汞的脱除。实验研究了吸附剂的Mn负载量、吸附温度和烟气组分对所制备的改性活性炭的脱汞性能的影响,以及SO_2对活性炭脱汞的抑制作用机理。研究结果表明,当模拟烟气中含有5%(体积) O_2,Mn负载量为14%(质量),吸附温度为150℃时,改性活性炭的平均脱汞效率为97.0%(3 h)。模拟烟气中少量的O_2和微量的HCl、NO均对汞的脱除起促进作用,而微量的SO_2则对汞的脱除有抑制作用。通过吸附后的MnO_x改性活性炭的TG/DTG、XPS和Hg-TPD分析,推测SO2对改性活性炭脱汞的抑制作用是由于其消耗MnO_x中的晶格氧,形成的硫酸盐占据了14Mn/AC表面上的活性位点所致。模拟烟气中微量的NO可以有效降低SO_2对脱汞的抑制作用。     

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Hg~0的吸附能力,探索了SO_2、H_2O、O_2、CO_2、H_2O+O_2、SO_2+O_2及H_2O+SO_2+O_2气氛对活性焦吸附Hg~0的影响机理。结果表明:一步法获得的活性焦对Hg~0具有较高的吸附性能。N_2气氛作对比,H_2O、H_2O+O_2、CO_2和SO_2气氛下抑制活性焦对Hg~0的吸附;O_2、SO_2+O_2和H_2O+SO_2+O_2促进活性焦对Hg~0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Hg~0的抑制和促进机理。H_2O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg~0的吸附;SO_2与Hg~0在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg~0的吸附;CO_2吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg~0的吸附;O_2气氛下主要形成了HgO, SO_2+O_2气氛下Hg~0被氧化成HgSO_3,进一步氧化成HgSO_4; H_2O+SO_2+O_2气氛下,Hg~0被氧化成HgO和HgSO_4。     

SO_2与O_2对硫改性石油焦吸附剂脱汞性能的影响

利用SO_2作为气体活化剂改性石油焦制备脱汞吸附剂;通过比表面积及孔隙度分析仪、元素分析仪及X射线光电子能谱分析(XPS)等方法对吸附剂的物理化学性质进行表征;在固定床实验装置上对改性石油焦进行汞吸附实验,并对吸附产物进行程序升温脱附。结果表明,SO_2活化改性后的石油焦表面结构得到有效改善,表面硫形态以有利于汞吸附的低价态硫为主。在模拟烟气气氛中加入O_2能够有效提高脱汞效率,加入SO_2则会对脱汞产生抑制作用,且抑制程度随SO_2浓度的增加而增强。在模拟烟气气氛中同时加入O_2和SO_2,对脱汞产生的作用效果与SO_2的浓度有关。对比不同温度下的汞吸附与脱附结果,证明高温会对石油焦表面含硫、含氧官能团产生抑制作用。     

包覆改性纳米CaO基CO_2吸附剂的反应吸附性能

对包覆改性纳米CaO基CO_2吸附剂的反应吸附性能进行研究,分别采用惰性材料MgO和TiO_2对纳米CaCO_3表面进行包覆改性,并以铝溶胶为黏结剂,通过混合造粒的方法制备改性纳米CaO基CO_2吸附剂。在相同的吸附温度(600℃)、CO_2分压(0.015 MPa)、再生温度(750℃)以及N_2气氛的条件下,采用热重分析仪(TGA)分别考察了吸附剂的分解温度、吸附速率、吸附容量及循环吸附容量的稳定性。结果表明:MgO和TiO_2包覆改性吸附剂的分解温度较未包覆改性的吸附剂分解温度分别提高了20和35℃:经过30次循环后,包覆改性的吸附剂的吸附速率和吸附容量均明显大于未改性的吸附剂,其中包覆TiO_2改性的吸附剂具有较好的吸附容量稳定性,30次循环后,吸附容量衰减率为34.85%,包覆MgO改性的吸附剂吸附容量衰减率为38.89%,而未经过包覆改性的吸附剂吸附容量衰减率为54.87%。     

胺基CO_2固体吸附剂脱碳特性及SO_2的影响

燃煤电厂烟气中存在的微量SO_2对胺基CO_2固体吸附剂的碳酸化反应及循环特性有不利影响。利用固定床反应器,针对采用溶胶凝胶法制备的胺基CO_2固体吸附剂的碳酸化特性及其在含SO_2气氛下的失效规律进行了实验研究,并结合红外光谱、有机元素分析、BET等测试手段,研究其失效机理。结果表明,所制备的胺基CO_2固体吸附剂在反应温度50℃时具有较好的碳酸化反应特性和循环特性。当反应气氛中存在SO_2时,由于生成了不可再生的亚硫酸/硫酸盐类物质而导致胺基活性位损失,孔隙结构发生变化,影响了吸附剂的脱碳性能,但适当提高反应温度可提高吸附剂的碳酸化反应竞争性。     

K2CO3/金属氧化物吸附CO2的研究

研究了K_2CO_3/MgO和K_2CO_3/Al_2O_3吸附CO_2的性能。研究表明:K_2CO_3/MgO和K_2CO_3/Al_2O_3对CO_2吸附的容量分别为105.8 mg/g和66 mg/g。吸附剂载体是钾基吸附剂吸附CO_2性能差异的原因之一,MgO载体的CO_2吸附容量(42.3 mg/g)大于Al_2O_3(20 mg/g)。钾在不同载体中的物相差异是造成CO_2吸附性能差别的另一原因。在K_2CO_3/MgO吸附剂中,钾仅以K_2CO_3形式存在,在吸附CO_2过程中,CO_2与K_2CO_3以及MgO共同作用生成了K_2Mg(CO_3)_2。而在K_2CO_3/Al_2O_3吸附剂中,不仅有K_2CO_3物相,还检测出KAl(CO_3)_2(OH)_2物相,在吸附CO_2过程中,K_2CO_3转化成KHCO_3,而KAl(CO_3)_2(OH)_2未参与CO_2的吸附。     

多元煤灰灰熔点及晶体组成特性研究

煤在高温下的灰熔点是气化炉安全高效运行的重要参数,利用灰熔点仪对由SiO_2,Al_2O_3,Fe_2O_3,MgO,CaO按不同比例组成的氧化物组分进行灰熔点测定,选取Si/Al、Si+Al、Fe_2O_3、MgO、CaO五个关键变量以验证其变化对煤灰熔融特性的影响,变量变化范围涵盖国内大部分煤灰的范围。采用Factsage软件预测了煤灰组分的全液相温度并与灰熔点进行比较。结果表明,随着CaO、Fe_2O_3、Si/Al含量的增加,煤灰的灰熔点逐渐降低;随着MgO、Si+Al含量的增加,煤灰的灰熔点逐渐升高,由Factsage计算出的全液相温度总是高于灰熔点200℃左右。利用Factsage获得各个渣系随温度变化析出晶体的固相比例,并对模拟结果进行了实验验证,探究了两者产生差异的原因及不同氧化物组成对各个渣系固相比例所产生的影响。结论为进一步分析多元氧化物体系熔融状态产物及特点奠定了基础,并对气化炉优化设计运行具有重要意义。     

金属氧化物对油页岩热解产物收率及组成分布的影响

通过固定床反应器,对4种金属氧化物(Al_2O_3、MgO、CaO、Fe_2O_3)对油页岩热解所得油、气产率及成分的影响进行了研究。结果显示,碱性CaO对油、水、气、焦产率分布影响较为突出,可提高页岩油与半焦产率,并降低热解气产率;而酸性较强的Al_2O_3可同时提高页岩油、热解气和热解水的产率,有利于促进挥发分的析出;比较而言,MgO和Fe_2O_3的作用相对较弱。4种金属氧化物均可提高热解气中H_2、CH_4和C2的产率;CaO作用下CO_2含量降低,而其他金属氧化物对CO_2的产生有不同程度的促进作用;Fe_2O_3可促进H_2产生;Al_2O_3作用下CH_4含量有所增加。4种金属氧化物均可促进页岩油中芳香烃的产生,并且CaO和MgO两种碱土金属氧化物作用下,短链(C6~C12)烷烃和烯烃含量均增加,而掺混Al_2O_3时页岩油中仅短链(C6~C12)烷烃含量增加。对此机理进行推测认为,碱性CaO和MgO首先与以脂肪酸形式存在的有机质进行酸碱反应,得到脱羧活性更高的羧酸盐,后者脱羧所得中间产物具有生成烷烃或烯烃两条可能路径,同时得到碳酸盐;而在具有Lewis酸特征的Al_2O_3作用下,脱羧产物为CO_2,并同时得到饱和烃产物。     

氧化物对垃圾焚烧中Pb分布的影响

采用管式炉与模拟垃圾,考察CaO、SiO_2和Al_2O_3三种氧化物在不同的质量分数与温度条件下对焚烧过程中Pb迁移分布的影响,采用ICP-AES测量反应后Pb的质量浓度,HSC Chemistry软件模拟反应的微观进程。结果表明:焚烧温度600～900℃内,Al_2O_3对Pb没有化学吸附效果,SiO_2和CaO均能使Pb更易迁移至底灰中;但温度高于750℃时CaO对Pb的迁移分布没有明显的影响。在相同的焚烧温度和添加量下,三种氧化物对Pb的吸附效果为SiO_2CaOAl_2O_3,但吸附能力随着温度的升高均逐渐减弱。热力学平衡模型也验证了这一结果。     

矿物质对不同还原程度煤显微组分半焦燃烧特性影响

在热重分析仪上考察了内在矿物质和三种无机组分(CaO、Fe_2O_3和Al_2O_3)对不同还原程度煤显微组分半焦燃烧反应性的影响。结果表明,弱还原性煤显微组分半焦的燃烧反应性高于还原性煤显微组分半焦;内在矿物质降低了镜质组半焦的起燃温度,但对惰质组半焦燃烧有明显抑制作用;三种外加矿物质对还原性煤显微组分半焦燃烧均有抑制作用,抑制顺序为Al_2O_3CaOFe_2O_3,而CaO对弱还原性煤显微组分半焦燃烧有一定催化作用,并且Al_2O_3和Fe_2O_3对弱还原性煤显微组分半焦燃烧抑制作用也低于对还原性煤显微组分半焦燃烧的抑制作用。     

共沉淀法制备PdFe/Al_2O_3脱汞吸附剂

基于贵金属Pd具有较好的中温煤气脱汞活性以及Fe_2O_3具有良好的同时脱除中低温煤气中单质汞和硫化氢的能力,以(NH_4)_2CO_3为沉淀剂在不同条件下用共沉淀法制备了一系列PdFe/Al_2O_3吸附剂。在200℃模拟煤气(N_2-CO-H_2-H_2S-Hg)气氛的固定床反应器中进行了吸附剂单质汞脱除实验。研究了沉淀体系pH值和焙烧温度对吸附剂物化特性以及脱汞性能的影响,并探究了吸附剂的脱汞机理。对吸附剂进行N_2吸附、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等表征分析。结果表明,沉淀体系pH值和焙烧温度通过影响吸附剂物理结构和吸附剂上活性组分Pd的表面含量,进而影响吸附剂的脱汞性能,在pH值为8,焙烧温度为700℃条件下,制备的吸附剂具有较高的脱汞活性。     

熔融还原炉炉渣对镁铝耐火材料的蚀损

经检验在氩气气氛和1500℃温度下,CaO—SiO_2—Al_2O_3—Fe_总O—MgO炉渣侵蚀镁铬耐火材料,所得结果简述如下: 1) 在静态条件下,CaO—SiO_2—Al_2O_3—Fe_总O—MgO炉渣侵蚀镁铬耐火材料的主要形态包括渣表面的局部蚀损、耐火材料表面的孔状蚀损以及渣相本体蚀损。 2) 局部蚀损率和本体蚀损率随着Fe_总密度的提高和渣中MgO、Al_2O_3密度及耐火材料试样中Cr_2O_3含量的降低而增加。 3) 局部蚀损和孔状蚀损主要是由于表面应力沿着渣膜表面递减而形成的马栾哥尼对流所造成的。渣膜形成于局部蚀损的耐火材料试样上,或者耐火材料试样墙附近的发泡区。 4) 渣膜表面上MgO、Cr_2O_3和Al_2O_3浓度递减而造成表面应力递减,这是因为MgO和Cr_2O_3在耐火材料试样中溶解以及Al_2O_3在铝制坩埚上溶解而形成的。     

氧化铈改性Pd/Fe3O4吸附剂脱汞性能研究

氨基化的磁性Fe_3O_4纳米颗粒负载贵金属Pd制备的Pd/Fe_3O_4吸附剂具有良好的汞脱除性能,且容易分离再生。但煤气中的H_2S气体对Pd有较强的毒化作用,而氧化铈在还原性气体环境中具有脱除H_2S的能力,因此引入一定量的氧化铈制得Pd-CeO_2/Fe_3O_4吸附剂有望提高该吸附剂的抗硫性和脱汞性能。考察了200℃下不同氧化铈含量和煤气气氛(N_2-H_2S-CO-H_2)对Pd-CeO_2/Fe_3O_4吸附剂脱汞性能的影响和吸附剂的再生性能,结合N_2物理吸附、透射电镜(TEM)、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪(ICP-OES)和X射线光电子能谱(XPS)等一系列表征分析,探究了该吸附剂的脱汞机理。结果表明,当CeO_2/Fe_3O_4(质量比)为0.2时,制备的吸附剂在200℃,N_2气氛下具有较好的脱汞活性,且多次再生后仍有较稳定的汞脱除能力。因此,CeO_2的引入可以缓解H_2S对Pd的毒化作用,进而提高吸附剂的脱汞活性。     

磁性硅酸钙重金属离子吸附剂用于光催化还原CO_(2)EI北大核心CSCD

通过静电相互作用获得四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))@水化硅酸钙(CSH)纳米片复合吸附剂,并在此基础上,提出"吸附剂–光催化剂"转变策略:Fe_(3)O_(4)@CSH吸附剂分离废水中有害重金属离子后,回收再利用为光催化剂用于CO_(2)还原。结果表明:受益于CSH纳米片的超高比表面积和强离子交换能力,Fe_(3)O_(4)@CSH吸附剂能够高效去除重金属离子Zn^(2+)、Cu^(2+)、Co^(2+)、Ni^(2+)、Pb^(2+),最大吸附量分别为83、142、150、179、343 mg/g;富集重金属离子的Fe_(3)O_(4)@CSH吸附剂在可见光下能够有效还原CO_(2)为CO,其中,吸附Ni^(2+)后的Fe_(3)O_(4)@CSH-Ni表现出最佳的催化活性,CO的产率达到3310μmol/(g×h),选择性为99.3%;此外,Fe_(3)O_(4)的磁性有利于吸附和光催化过程中Fe_(3)O_(4)@CSH的快速回收。     

灰分化学组成对熔融特性和黏度的影响

根据离子势理论将灰分中SiO_2、Al_2O_3、Fe_2O_3、CaO、MgO、Na_2O、K_2O等氧化物划分为碱性氧化物、酸性氧化物;根据氧化物含量给出气化煤的熔融温度及黏度预测方法和经验计算公式,对气流床气化炉更换煤种后保障生产稳定运行提出指导性意见。     

磁性Fe_3O_4-Ag复合纳米颗粒吸附剂脱汞性能实验研究

目前Fe_3O_4纳米颗粒由于其优秀的物理、化学性能及特有的磁性能,在吸附剂领域有着很好的应用前景。为此,使用共沉淀法制备Fe_3O_4纳米颗粒,以3-氨丙基三乙氧硅烷(APTES)为修饰剂,根据甲酸钠与乙酸银的特异性反应,制备出磁性Fe_3O_4-Ag复合纳米颗粒吸附剂。通过固定床吸附实验考察吸附剂对模拟烟气中汞的脱除能力,讨论其对汞的脱除机理。研究结果表明:磁性Fe_3O_4-Ag复合纳米颗粒吸附剂可脱除90%以上模拟烟气中的汞,且具有很好的抗酸性气体性能。包裹Ag提高了纳米颗粒的稳定性,提高了纳米颗粒的比表面积和总孔容积,且Ag可以与元素汞发生汞齐反应。温度的提高会抑制吸附剂对汞的吸附及汞齐反应的进行,降低吸附剂的脱汞能力。吸附剂对汞的脱除机理为物理吸附为主,且高温下被吸附的汞会从吸附剂中脱附。吸附剂还具有很好的再生性能,重复脱附吸附多次后仍保持很好的脱汞能力。     

氧化铁吸收S0_2的反应机理

通过实验,研究了三种晶型的氧化铁脱硫剂(Fe_3O_4、γ-Fe_2O_3和α-Fe_2O_8)对SO_2的吸收特性。结果表明,在380～450℃的温度范围,对于新制脱硫剂,Fe_3O_4的脱硫速率最快;而对于再生后的脱硫剂,不同初始晶型的氧化铁均转化成α-Fe_2O_3,并且其活性较初始α-Fe_2O_3有较大幅度的提高。X射线分析表明,氧化铁吸收SO_2后的产物主要为Fe_2(SO_4)_3。吸收剂在645℃下再生,放出SO_2和SO_3。对氧化铁吸收SO_2的过程进行了热力学计算,表明在450℃下,吸收反应为不可逆反应,脱硫率可达100％。探讨了因氧化铁表面吸附水蒸汽而加速SO_2吸附及氧化的作用机理。     

燃烧温度对煤中汞析出特性及形态分布的影响

在管式炉实验装置上研究了燃烧温度对燃煤汞析出特性的影响,利用在线烟气分析仪和EPA Method 26A湿化学法对燃煤烟气中O_2/SO_2/NO/CO/HCl/Cl_2等进行同步定量分析,探讨不同燃烧温度下烟气组分的变化及其在烟气降温过程中对汞形态迁移转化的影响规律。结果表明:在高温燃烧条件(≥750℃)下,煤中汞基本全部逸出,析出率≥97.9%,且随燃烧温度升高而递增;基于氧量分析,煤中汞的析出在挥发分燃烧阶段即开始发生;随着燃烧温度的升高,烟气中元素态汞(Hg0)份额逐渐降低,而氧化态汞(Hg~(2+))份额相应增大,900℃时接近50%;燃烧温度对烟气中各组分浓度影响较大,随温度升高,烟气中NO、HCl及Cl_2呈现不同程度的上升趋势,SO_2含量基本持平,而CO含量逐渐降低;对痕量元素汞而言,NO、HCl及Cl_2通过直接或间接氧化作用在烟气降温过程中促进Hg0向Hg~(2+)转化,烟气中还原性气体组分CO对Hg0的氧化有一定抑制作用,SO_2对汞形态分布的影响则不甚明显。     

MgO-Al2O3复合氧化物负载MnOx吸附剂的Hg脱除性能

天然矿物MgO被认为是负载MnO_x脱除燃煤烟气中Hg⁰的优良载体,然而其比表面积限制了Mn物种的利用效率,对Mn物种的用量需求较高。为提高载体在脱除烟气中Hg⁰反应过程中对Mn活性物种的利用率,采用Al₂O₃部分替换MgO,制备了MgO-Al₂O₃复合氧化物负载的MnO_x吸附剂。利用Al₂O₃较大的比表面积以及表面较高的化学吸附氧(O_ad)占比,提升了Mn对Hg⁰的吸附与氧化能力,获得了Hg⁰脱除效率更高的吸附剂。结果表明,仅负载5%的Mn物种时,在MgO载体中添加30%的Al₂O₃可使吸附剂在150℃、N₂+10%O₂气氛中提升Hg⁰脱除效率27.7%。通过H₂-TPR及X...     

镁铝铁复合氧化物脱除低浓度二氧化硫研究

以水滑石为前驱体,制备了一系列铁镁铝复合氧化物,并采用XRD对其结构进行表征。研究这类氧化物脱除低浓度二氧化硫的反应活性。结果表明:含铁水滑石焙烧产物吸附低浓度二氧化硫的性能良好。在大于600℃吸附温度下,具有较好吸附性能。吸附剂本身制备条件对吸附性能影响较明显。负载Fe_2O_3后吸附性能明显提高。氢还原是再生吸附剂的可行方法。