入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni-Yb/γ-Al₂O₃(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO₂、H₂和CH₄)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO₂入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO₂或H₂进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(<95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH₄代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H₂对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH₄不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO₂时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO₂对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.      

焦炉煤气自重整成分变化规律热力学计算

基于焦炉煤气的CH4-H2-H2O-CO-CO2-O2体系,通过热力学平衡模拟计算,对焦炉煤气自重整过程中成分变化规律的影响因素进行了研究与分析。研究结果表明:高温、高CH4含量及低体系压力有利于焦炉煤气自重整。在原始炉气成分中CH4的体积分数为26.4%,氧气加入量为13%,重整温度为900℃和系统压力为0.2MPa的情况下对焦炉煤气进行自重整,则还原气平衡态组分中H2的体积分数可由57.4%提高到约72.6%;CO的体积分数可由8.6%提高到约24.0%。     

CO2和H2O气氛下Fe-C合金薄带脱碳对比

 为了对CO₂和H₂O两种气氛的脱碳效果进行对比,将碳质量分数约为4.2%的Fe-C合金薄带分别在两种气氛中进行脱碳处理。通过热力学分析结合试验保证碳被脱除且铁不氧化的气氛条件分别为:Ar-CO-CO₂(气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,$P_{CO_2}$/(P_CO+$P_{CO_2}$)为0.26),Ar-H₂-H₂O(气体流量为500 mL/min,H₂体积分数为15%,水浴温度为313 K)。当脱碳温度为1 413 K时,Ar-H₂-H₂O气氛下,脱碳时间为50 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.6%,Ar-CO-CO₂气氛下,脱碳时间为70 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.92%。当脱碳时间相同时,Ar-H₂-H₂O的脱碳效果优于Ar-CO-CO₂的脱碳效果,由于随着脱碳反应的进行薄带表面与氧化气体反应达到平衡,Ar-H₂-H₂O反应平衡时薄带的碳活度要低于Ar-CO-CO₂气氛条件的碳活度,导致Ar-H₂-H₂O气氛条件下薄带的碳浓度梯度高于Ar-CO-CO₂气氛条件,进而导致Ar-H₂-H₂O气氛条件的扩散通量大,脱碳效果好。     

气基竖炉直接还原炼铁流程重构优化

直接还原铁比较纯净、成分稳定,是电炉炼钢的优质原料。中国焦化行业产生大量焦炉煤气,适宜发展以焦炉煤气为还原气的竖炉直接还原炼铁流程,现有工艺主要有Midrex工艺和HYL-ZR工艺。为了解决Midrex工艺和HYL-ZR工艺所存在的问题,通过流程功能分析,提出气基竖炉直接还原重构优化流程,主要工序包括焦炉煤气压缩、TSA预处理、PSA脱碳、PSA提纯CH₄、富氢气加热、竖炉直接还原炼铁等。该流程不仅净化焦炉煤气,而且可分离CH₄,使还原气中H₂与CO的比例达到8,并省去CH₄重整环节,提高炉内直接还原效率。该流程前端与焦化工序连接,后端与电弧炉连接,不仅有利于钢铁联合企业资源优化配置,而且可以生产天然气,提高能源利用效率。     

碳基燃料气体组成和运行温度对固体氧化物燃料电池开路电压的影响

以最小Gibbs自由能法计算固体氧化物燃料电池在不同组成碳基燃料气体组成下的理论积碳量,在此基础上讨论电池的理论开路电压(OCV),并测试在CO₂重整甲烷下Ni-YSZ‖YSZ‖LSM阳极支撑固体氧化物燃料电池的OCV.计算表明,理论积碳量从C-H-O相图的C角往积碳界线处以均匀速率减小.当积碳全部发生电化学氧化时,建议提高燃料气的碳氢比以获得较高OCV;反之则建议减小碳氢比.当燃气组分接近位于C-H-O相图中OCV界线(OCV=0 V)时,OCV会发生急剧下降.同样地,实验表明,当燃气中CO₂体积分数高于80%,会使得OCV大幅下降.综上可知,燃料气组分控制在积碳界线附近将有利于减少积碳并保证一定的电池发电性能.600℃时,在积碳界线的非积碳区侧,提高燃气中氢含量可提高OCV.而采用相同含量的CO₂稀释时,CH₄、H₂和CO燃气下电池的OCV则依次降低.另外,实验表明升高外重整比例和降低温度,并不能显著提高OCV.      

综采工作面采空区封闭与惰化防灭火技术的数值模拟

为了验证综采工作面采空区封闭与惰化过程中相关技术参数的合理性,了解注惰过程中各组分气体体积分数分布及扩散规律,掌握其随时间变化特点,依据气流渗透及扩散理论,运用Fluent软件对采空区封闭后惰化过程进行数值模拟,并采用现场取样化验分析的方法对采空区封闭后注惰过程中气体体积分数进行监测.通过对比发现,模拟结果与监测数据基本吻合,验证了模拟结果的准确性.由模拟结果可知:双"U"型通风系统的存在使得采空区内部空间具有较为均匀的风流流场分布;在正常通风情况下,O₂、CO₂及N₂体积分数随距工作面距离的增加而逐步降低,CH₄体积分数以下隅角为中心径向逐步增大;随着注惰进程的推移,O₂和N₂体积分数随着注惰时间的累积逐步升高,CH₄和CO₂体积分数则反之.      

焦炭在H2O+CO2气氛中的溶损反应特性

 为了研究富氢高炉内焦炭的溶损反应特性,开发了连续进水的全自动焦炭反应性测定装置,分别利用CO₂和N₂载带不同比例H₂O(0%～30%)提供H₂O+CO₂(H₂O和CO₂混合气体)和H₂O+N₂(H₂O和N₂混合气体)的含水气氛进行焦炭溶损试验,通过红外气体分析仪实时记录出口气体中CO和H₂的摩尔分数,研究了焦炭在H₂O+CO₂气氛下的溶损反应过程以及碳溶反应(C+CO₂=2CO)和水煤气反应(C+H₂O=CO+H₂)的动力学过程。研究表明,随着H₂O+CO₂混合反应气氛中H₂O比例的增加,焦炭的碳素溶损率和溶损速率均逐渐增大,而且水煤气反应的溶损速率逐渐变大、碳素溶损率逐渐升高,但是碳溶反应的溶损速率则逐渐减小、碳素溶损率也逐渐降低,这说明H₂O+CO₂反应气氛中H₂O和CO₂同时与焦炭反应存在显著的竞争作用。通过分析碳素溶损率和水蒸气含量线性关系的拟合斜率发现,焦炭在H₂O+CO₂混合反应气氛中发生的碳溶反应和水煤气反应的斜率均小于单纯单一气氛下的碳溶反应和水煤气反应的斜率,并提出基于斜率差值的抑制因子α表征H₂O和CO₂对碳溶反应和水煤气反应互相影响程度,CO₂对水煤气反应的抑制因子α_<sub>CO₂/H₂O为0.253,H₂O对碳溶反应的抑制因子α_<sub>H₂O/CO₂为0.179,α_<sub>CO₂/H₂O为α_<sub>H₂O/CO₂的1.41倍,CO₂对水煤气反应的抑制程度强于H₂O对碳溶反应的抑制程度。     

基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯处理性能

采用反应管对基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯(VAM)处理性能展开了研究.结果表明,经活化后的三种载氧体均能将CH₄完全转化为CO₂,其活性顺序为CuO60/γ-Al₂O₃ > NiO60/γ-Al₂O₃ > Fe₂O₃60/γ-Al₂O₃;基于CuO60/γ-Al₂O₃的CH₄转化率随空速的增加而减小,随CuO负载量和床层温度的升高而增大;煤矿通风瓦斯中的CH₄浓度越低,CH₄转化率达到90%所需的床层温度就越低;对活性物质低分散高负载的CuO60/γ-Al₂O₃和活性物质高分散低负载的CuO5.5/γ-Al₂O₃两种CuO/γ-Al₂O₃系载氧体进行了比较,发现两种载氧体的CH₄转化机理均包含有化学链燃烧和催化燃烧两种机理,基于催化燃烧机理的CH₄转化率在一定温度下存在极大值,当床层温度高于该极大值温度时,化学链燃烧对CH₄转化率的贡献明显大于催化燃烧对CH₄转化率的贡献;相同条件下,CuO5.5/γ-Al₂O₃的初期活性优于Cu60/γ-Al₂O₃,但CuO60/γ-Al₂O₃的活性稳定性优于CuO5.5/γ-Al₂O₃.      

基于高炉渣余热热解玉米秸秆实验研究

文章基于高炉渣热载体热解玉米秸秆进行实验研究，考察高炉渣与玉米秸秆掺混比、高炉渣温度和高炉渣粒径对玉米秸秆热解产物的影响。掺混比增大、高炉渣温度升高有利于热解反应的进行，热解气产率增大，热解气中CO、CO₂、CH₄和H₂的气体产量均有增加；高炉渣粒径增大，热解气产率先增大后减小，高炉渣粒径为2～3 mm时，热解气产率最大。     

生物质热解产物强化海砂矿选择性还原-磁选分离

以清洁、碳中性、高活性、可再生的生物质作为还原剂，通过密封性气塞限制热解产物的逃逸，对海砂矿内配生物质直接还原行为进行了研究，研究表明，限制生物质热解产生热解产物(CO、H₂、CO₂、H₂O、Cx Hy Oz)的逃逸，在反应罐内迅速形成了60 kPa的压力，有利于H₂、CO的参与还原。其中焦油具有更高的活性，且保障了后期H₂的来源，促进了海砂矿的低温快速还原。在还原温度1 120℃、还原80 min的条件下，可获得金属化率为97.81%、铁回收率为97.81%的铁粉，以及TiO₂回收率为69.98%和V₂O₅回收率59.93%的富钛渣。     

燃气轮机进气喷雾冷却下层流火焰的特性

建立了燃气轮机进气喷雾冷却条件下燃烧室的一维层流预混燃烧模型,研究了在不同化学当量比、温度和压力下H₂O体积分数对火焰传播速度、火焰温度、燃烧产物分布的影响.研究结果表明:火焰传播速度随H₂O体积分数升高而近似线性减小,采用进气雾化冷却技术时,可适当提高燃烧室中扩散燃烧所占比例,以此来稳定燃烧工况;火焰温度随混合气中H₂O体积分数升高而急剧降低,燃烧尾气排放中NO_x体积分数降低;CH₄燃烧过程中H₂O降低了O, H, OH自由基的体积分数,高H₂O体积分数下基元反应R38对促进CH4燃烧的作用效果减弱,火焰传播速度降低.     

CO2和H2O对焦炭强度及微观结构的影响

高炉喷吹富氢燃料是减少碳排放的有效措施之一,但喷吹富氢燃料产生的H₂O会造成焦炭的劣化。对比分析了不同温度下焦炭与CO₂和H₂O反应过程中,焦炭强度、两者的交互作用及微观结构的变化。分析结果表明:与H₂O反应溶损率SLR约为与CO₂反应SLR的2～5倍,温度升高,二者SLRR差距缩小;焦炭反应后强度CSRR随着温度的升高而降低,且SLR与CSR呈现负相关性;当H₂O/CO₂>1时,焦炭与C0₂-H₂O反应产生明显的交互作用;无论是焦炭与CO₂还是与H₂O发生溶损反应,微观形貌均表现为边缘部位溶损更严重;相比与CO₂反应,焦炭与H₂O反应在边缘更为剧烈,但内部气孔破坏较小。     

石湖金矿流体包裹体特征及成因意义

石湖金矿是太行山地区一超大型石英脉型金矿床。本文对石英脉中流体包裹体进行岩相学观察及激光拉曼光谱分析显示：矿区石英脉中流体包裹体可分为三种类型：①H₂O+CO₂包裹体,②富CO₂包裹体,③H₂O溶液包裹体。其中成矿早期乳白色石英脉发育原生H₂O+CO₂包裹体;主成矿期黄铁矿石英脉中主要发育富CO₂包裹体,少量H₂O溶液包裹体;成矿晚期石英-碳酸盐阶段发育原生H2O溶液包裹体。各成矿阶段包裹体完全均一温度为：成矿早期H₂O-CO₂包裹体254.3℃～424.5℃;主成矿期富CO₂包裹体261.2℃～440.2℃,同期H₂O包裹体289.3℃～323.5℃;成矿晚期H₂O包裹体115.3℃～260.2℃。成矿流体属低盐度的CO₂-H₂O-NaCl体系。构造体质转换引...     

氧气高炉循环煤气加热过程中的析碳行为

以氧气高炉循环煤气加热工艺为背景,在实验室条件下研究了CO和H₂体积分数较高的煤气加热时的析碳行为。实验结果表明,温度和CO₂体积分数是影响析碳反应的重要因素。在300-700℃范围内,当温度低于500℃时,析碳反应速度随温度的升高而增加;当高于此温度时,反应速度随温度的升高而下降。析碳反应包括CO分解析碳反应以及CO和H₂的混合析碳反应。对比热力学理论与实验现象分析了析碳过程中以上两个反应可能起到的作用。采用扫描电镜,从微观结构上观察了500~700℃时加热过程中析出碳的形态并研究了析碳行为。另外,随着CO₂体积分数的增加,析碳反应速率逐渐降低。在500℃和600℃时,CO₂体积分数的增加对析碳行为有较大抑制作用,尤其在500℃时这种抑制作用更加明显。      

甲烷预混气螺旋爆轰的定量不稳定性研究

针对CH₄这种特别气体,对其实验结果运用数字化处理方法研究CH₄稳定性.在内径50.8 mm圆形管道内获得CH₄+2O₂预混气在不同初始压力条件下的胞格爆轰结果并使用烟膜记录,且测得的平均爆轰速度数据与CJ爆轰速度接近,在初始压力高于5 k Pa时爆轰可稳定传播.烟膜上形成的三波点轨迹十分不规则.为减少人为误差,使用改进后的数字化处理烟膜图像的技术方法,从烟膜轨迹中得出柱状图及自相关函数结果,发现CH₄+2O₂是一种爆轰十分不稳定的气体,并给出CH₄+2O₂预混气的爆轰胞格尺寸及差距,结果显示人为测量结果偏大而数字化处理方法更为准确.这种方法能计算CH₄+2O₂预混气胞格尺寸及不稳定度,完善了定量化预混气不稳定程度的方法.      

生物质气化制氢耦合废旧锂离子电池正极材料回收

随着锂离子电池进入报废期,从废旧锂离子电池中回收有价金属具有重要的经济和环境意义。提出了一种生物质气化制氢与废旧锂离子电池还原焙烧回收相结合的方法。以松木屑(PS)为原料,在675℃条件下进行水蒸气气化,利用气化过程中产生的还原性气体(H₂、CO和CH₄等)和半焦(C)对LiCoO₂进行原位分解还原,并使用CaO作为CO₂吸附剂,进一步提高气体中H₂的含量。结果表明,在675℃且PS与LiCoO₂混合质量比为1的条件下,Li和Co的回收率分别为83.4%±4%和96.5%±2%,且H₂含量高达73%。本研究提供了一种绿色、环保、高效回收废旧锂电池中有价金属的有效方法。     

利用双氧水为还原剂湿法浸出电解锰阳极泥中锰的研究

电解锰阳极泥是生产电解金属锰时阳极产生的副产物,其中含有大量锰、铅等资源.如何高效浸出电解锰阳极泥中的锰是实现其资源化利用的关键,本研究提出了一种H₂SO₄-H₂O₂浸出体系强化电解锰阳极泥中锰浸出的新方法,研究了H₂O₂和H₂SO₄用量、反应温度、反应时间以及固液比对电解锰阳极泥中锰浸出率的影响.研究结果表明,在阳极泥与H₂O₂质量比1∶0.8、阳极泥与H₂SO₄质量比1∶0.9、反应温度45℃、固液质量比1∶10条件下浸出反应15 min,锰的浸出率可达97.23%,浸出渣中Pb的质量分数高达53.71%.浸出机理分析表明,酸性条件下电解锰阳极泥中锰氧化物被H₂O₂还原浸出,浸出液中Mn主要以MnSO₄存在,浸出渣中Pb主要以PbSO₄...     

CO2用于K-OBM-S转炉冶炼不锈钢的理论分析与实践

为探究K-OBM-S转炉冶炼不锈钢过程中用CO₂代替底吹氩气(Ar)的可行性,以409不锈钢为例,基于热力学计算明确了底吹气中CO₂体积分数应高于30%,以此保证在脱碳末期CO₂仍能参与脱碳反应.CO₂氧化1 kg C,Si和Cr就会使1 t 409不锈钢钢水分别降温13.8 K、升温10.9和3.9 K,该升温效果显著低于O₂.理论分析表明,CO₂总流量应低于6.56 m³/t,以此保证脱碳终点钢水温度高于1 923 K,避免Cr发生严重氧化.利用太钢80 t K-OBM-S转炉开展相关工业试验,结果表明,与原底吹工艺(30 m³/min O₂+30 m³/min Ar, O₂-50%Ar)相比,试验工艺(35 m³/min O₂+27 m³/min CO₂,...     

焦炉煤气自重整炉气成分与温度变化规律研究

 通过CH4 H2 CO H2O CO2 O2煤气体系的热力学模拟计算,对焦炉煤气自重整技术进行了研究。结果表明：高温、高CH4含量以及低压有利于焦炉煤气自重整。在配氧量14％,反应温度850～900 ℃,体系压力为0.3 MPa的条件下,对焦炉煤气进行自重整,则还原气平衡态组分中的氢气的体积分数可由60.0％提高到71.5％,CO体积分数可由8.0％提高到23.1％;气体的还原势为97.2％,还原气体总量约增加33％。     

钼酸钙酸分解热力学分析及其应用

针对钼酸钙的酸分解过程,根据同时平衡和物质守恒原理,应用现有热力学数据绘制298 K时CaMoO₄-H₂SO₄/HCl-H₂O系部分溶解组分的浓度对数——pH图.利用热力学平衡图对钼酸钙酸分解的工艺过程进行研究.结果表明,CaMoO₄-H₂SO₄-H₂O系在整个pH范围可以分为3个稳定区,pH在0~3.5时为H₂MoO_4(s)、CaSO_4(s)稳定区,pH在3.5~4.5时为H₂MoO_4(s)、CaSO_4(s)、CaMoO_4(s)稳定区,pH在4.5~7.0时为CaMoO_4(s)稳定区;CaMoO₄-HCl-H₂O系在整个pH范围可以分为3个稳定区,pH在0~2.9时为H₂MoO_4(s)稳定区,pH在2.9~4.5时为H₂MoO₄(s)、CaMoO_4(s)的稳定区,pH在4.5~7.0时为CaMoO_4(s)稳定区.根据热力学分析结果可以推断,钼酸钙容易被酸分解,相比于硫酸浸出钼酸钙,盐酸浸出钼酸钙过程无CaSO₄产出,减少浸出产物包裹钼酸钙.验证实验表明,盐酸对钼酸钙的分解效果优于硫酸,采用HCl浓度为2.4 mol/L的稀盐酸,浸出液固比V_L /W_S=10 mL/g,在25 ℃浸出45 min,钼的浸出率达到98.56 %.