O2／CO2燃烧技术研究进展

O2／CO2燃烧技术不仅有效收集烟气中的CO2,还能减少NOx和SO2的排放,是一种新型的洁净煤燃烧技术。介绍了其应用、发展历程以及在燃烧、传热和污染物排放的研究进展,指出了这一技术领域中存在的问题,并对下一步的研究方向给出了建议。     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

O2/H2O燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性

利用水平管式炉和热重实验台架,对O₂/H₂O、O₂/N₂和O₂/CO₂ 3种不同燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性进行了研究。重点探究了燃烧方式、水蒸气浓度对石灰石间接硫化反应的影响规律与机理。同时,对硫化产物进行了X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）、孔结构特性和扫描电镜（SEM）分析。结果表明,O₂/H₂O燃烧方式相比于相同氧浓度下的O₂/N₂和O₂/CO₂燃烧方式,石灰石间接硫化反应的钙转化率在化学反应控制阶段基本相同,在扩散控制阶段O₂/H₂O燃烧方式下的钙转化率有显著的提高。主要原因是水蒸气促进了硫化反应后期产物层内的固态离子扩散。此外,O₂/H₂O燃烧方式下,不同的水蒸气浓度对石灰石的钙转化率基本没有影响。     

煤在O2/CO2中燃烧的Nox释放规律

利用一维沉降炉,对3种煤在O₂/CO₂和空气两种气氛下燃烧NO_x析出特性进行了比较,分析了炉膛温度、过量空气系数对NO_x生成量的影响,并对O₂/CO₂气氛下NO_x的生成和破坏机理进行了分析.研究发现两种气氛下NO_x都有一个峰值出现,挥发分含量高的煤种峰值靠前, 挥发分含量低的煤种峰值靠后,O₂/CO₂条件下,峰值出现较空气条件下提前且有所下降;空气条件下NO_x的生成量随温度提高较快地增加,而O₂/CO₂气氛中NO_x的生成量随温度变化比较缓慢;在两种气氛下NO_x的峰值均随过量空气系数的增加而增加,高挥发分煤在O₂/CO₂气氛下NO_x峰值低于空气条件下峰值,而低挥发分煤则受影响较小.     

O2/CO2燃烧对神华煤Ca和Fe交互反应影响

选用高Ca、高Fe含量的神华煤,在沉降炉系统中进行空气以及O₂/CO₂燃烧实验。利用X射线荧光探针(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、先进计算机控制扫描电镜(CCSEM)分别对总灰元素、晶相组成以及主要矿物元素的共生特性进行深入表征。结果表明氧/燃料燃烧促进了Fe、Ca与其他矿物元素的交互反应,总灰中Fe在Fe-rich类矿物分布减少,而在铁铝硅酸盐(Fe-alsil),尤其是在Fe与Ca发生交互反应的Fe+Ca类矿物的分布增加,同时Ca也存在类似的分布规律。对总灰中Fe+Ca类矿物深入分析发现,氧/燃料燃烧条件下总灰中Fe+Ca类矿物结渣倾向更严重(Fe₂O₃/CaO摩尔比为0.5～3)。     

DECOMPOSITION BEHAVIOR AND MECHANISM OF CALCIUM SULFATE UNDER THE CONDITION OF O2/CO2 PULVERIZED COAL COMBUSTION

The decomposition behavior and mechanism of calcium sulfate in O₂/CO₂ pulverized coal combustion were studied in an entrained flow reactor. A reaction rate expression correlating the influence of various factors was proposed for CaS0₄ decomposition and it is able to predict CaS0₄ decomposition satisfactorily. Under the conditions investigated, the decomposition of CaS0₄ was found to be a regime of chemically controlled shrinking core reaction. A CO₂-rich atmosphere enhances CaSO₄ decomposition in absence of oxygen. CaSO₄ particles have catalytic effect on formation of CO from CO₂. A high SO₂ concentration inhibits CaSO₄ decomposition. The kinetics of CaSO₄decomposition has obvious dependence on experimental facilities and conditions, whereas the activation energy has much lower dependence. The kinetics derived in this work is more appropriate for investigating desulfurization in O₂/CO₂ pulverized coal combustion because an entrained flow reactor has a much closer condition to that in O₂/CO₂ pulverized coal combustion than a TGA.     

煤粉在富氧气氛下燃烧反应动力学的实验研究

在同步热分析仪上分别对年轻褐煤(小龙潭煤)和烟煤(富源煤)进行了不同O2含量下的O2/CO2燃烧特性实验,确定其燃烧特性参数及动力学参数. 结果表明,随氧气浓度从21%增大到80%(j),小龙潭年轻褐煤和富源烟煤的着火温度分别从591.65和756.15 K降到561.55和722.45 K,燃尽温度分别从898.75和984.95 K降到721.05和872.45 K,燃烧时间缩短,综合燃烧特性指数增大,煤粉的频率因子呈上升趋势,小龙潭年轻褐煤的活化能增大,高温段富源烟煤在氧气浓度达30%(j)及以上时活化能变化趋于平缓,后者的反应活化能和频率因子高于前者. 在不同氧气浓度下,两种煤粉的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应.     

Numerical Analysis on the Characteristics of Soot Particles in C2H4/CO2/O2/N2 Combustion

The purpose of this study is to investigate the characteristics of soot particles in C₂H₄/CO₂/O₂/N₂ combustion at equivalence ratio of 3.0-5.0. As the oxidant is switched from conventional air to CO₂/O₂/N₂ mixture, the key species C₂H₂, C₃H₃ responsible for formation of first aromatic ring, the typical aromatics and 4-ring aromatics total production rate all decrease greatly. In addition, with CO₂ mole fraction from 0.2 to 0.5 in the mixture, the soot particle number density, volume fraction, surface area density, which are three most important parameters to soot particle property, are suppressed obviously. Furthermore, the increasing content of CO₂ in the oxidizer influences mostly H, OH radical concentrations by two reactions: CO+OH=CO₂ H and H+O₂=O+OH, and the production rate of H, OH from the two reactions declined, which revealed that CO₂ in mixture has an inhibiting effect on soot particle generation.     

基于Langmuir-Hinshelwood动力学解析O2/CO2/H2O气氛下烟煤焦反应机理

流化床富氧燃烧湿烟气循环兼具经济与环保优势。湿烟气循环（O₂/CO₂/H₂O）条件下煤焦与O₂、CO₂及H₂O的反应同时发生。为探究O₂/CO₂/H₂O气氛下煤焦-O₂、煤焦-CO₂、煤焦-H₂O反应间的相互作用机制,在自制高精度热重实验装置上系统考察了O₂、CO₂、H₂O及其混合气氛下,典型烟煤焦在900℃的反应特性。基于吸附和脱附原理的Langmuir-Hinshelwood（L-H）机理性模型分别计算了烟煤焦与O₂、CO₂和H₂O反应的动力学参数。通过采用单独活性位点与竞争活性位点两种假设分析了O₂/CO₂、O₂/H₂O和CO₂/H₂O气氛下烟煤焦-O₂、烟煤焦-CO₂和烟煤焦-H₂O两两反应间的作用机制,揭示了H₂O分子优先吸附于烟煤焦表面活性位点,O₂分子次之,而CO₂分子相对滞后。O₂/CO₂/H₂O气氛下烟煤焦-O₂、烟煤焦-CO₂、烟煤焦-H₂O反应表现出部分竞争反应活性位点,传统的单独活性位点与竞争活性位点假设均无法准确描述其反应速率特性。基于H₂O分子优先,O₂分子次优先吸附的原理,建立了O₂、CO₂、H₂O混合气氛下煤焦反应速率L-H动力学方程,方程计算结果与实验值良好吻合。研究结果为深入分析煤焦颗粒流化床富氧燃烧特性及构建可靠、准确的燃烧反应模型提供了理论支撑。     

CO2 Leakage Identification in Geosequestration Based on Real Time Correlation Analysis Between Atmospheric O2 and CO2

The paper describes a method for monitoring CO2 leakage in geological carbon dioxide sequestration. A real time monitoring parameter, apparent leakage flux （ALF）, is presented to monitor abnormal CO2 leakage, which can be calculated by atmospheric CO2 and O2 data. The computation shows that all ALF values are close to zero-line without the leakage. With a step change or linear perturbation of concentration to the initial CO2 concen-tration data with no leakage, ALF will deviate from background line. Perturbation tests prove that ALF method is sensitive to linear perturbation but insensitive to step change of concentration. An improved method is proposed based on real time analysis of surplus CO2 concentration in least square regression process, called apparent leakage flux from surplus analysis （ALFs）, which is sensitive to both step perturbation and linear perturbations of concen-tration. ALF is capable of detecting concentration increase when the leakage occurs while ALFs is useful in all pe-riods of leakage. Both ALF and ALFs are potential approaches to monitor CO2 leakage in geosequestration project.     

负载型K2CO3/Al2O3二氧化碳吸收剂的碳酸化反应特性

引言 全球变暖已经成为一个备受关注的环境问题.据预测,如不采取积极的温室气体减排措施,从现在起到2100年,全球近地面平均气温将继续升高1.4～5.8℃[1].CO2是主要的温室气体,而我国燃煤电厂是CO2排放量最大、最集中的化石燃料燃烧场所.因此研究和开发适用于燃煤电厂的CO2减排技术至关重要.     

K_2CO_3/Al_2O_3催化丙醛缩合制备2-甲基-2-戊烯醛

制备了K2CO3/Al2O3固体碱催化剂,并将其用于催化丙醛缩合合成2-甲基-2-戊烯醛。当反应温度为85℃,反应时间1 h,溶剂乙醇10 mL,丙醛用量9.4 mL,催化剂用量为1.0 g时,2-甲基-2-戊烯醛的产率可达71.2%。固体K2CO3不具备催化性能。     

O2/CO2气氛下多种碳基随机孔模型的建立

传统随机孔模型基于简单一步反应建立,不适用于处理O₂/CO₂气氛下焦炭颗粒复杂气固反应。针对此问题,基于焦炭本身具有多种碳基的特点,以及焦炭颗粒在O₂/CO₂气氛下燃烧的特性,建立复杂气固反应下的多种碳基随机孔模型和孔隙结构模型。模拟直径为100 μm的焦炭颗粒在O₂/CO₂气氛下燃烧的过程,使用FORTRAN语言自主编程计算并分析结果。研究表明,燃烧初期颗粒呈现竞争效应,孔隙内部气体浓度产生剧烈波动。波动的生成原因是化学反应与物理扩散之间的竞争,可以通过增加环境氧浓度和减小焦炭颗粒粒径来改善。所提出的多种碳基随机孔模型对于表征O₂/CO₂气氛下焦炭颗粒的燃烧特性有着良好的适应性。     

CO2气氛下准东煤化学链燃烧特性研究

我国准东煤储量丰富,钠含量高。以高钠准东煤为燃料,CO₂为气化介质,铁矿石为载氧体,基于鼓泡流化床反应器开展准东煤化学链燃烧特性的实验研究,考察了煤粒径、温度、流化风速和煤焦粒径对煤及煤焦化学链燃烧过程中可燃气体逃逸规律的影响;同时研究了煤中矿物质对煤焦气化过程的影响。结果表明,在基于鼓泡流化床实施的煤化学链燃烧过程中,由于煤颗粒和载氧体床料流化特性差异大,存在离析现象;离析影响煤化学链燃烧过程中挥发分和焦炭的转化;较高流化风速可显著增强载氧体与煤/焦炭颗粒的混合,有效改善离析对可燃气体转化的影响,降低可燃气体逃逸,并加快焦炭气化速率;煤焦中的矿物质能够维持煤焦较快的气化速率。     

固体碱K2CO3/Al2O3催化酯交换法合成乙二醇甲醚乙酸酯

以固体碱K2CO3/Al2O3为催化剂,催化乙酸乙酯和乙二醇甲醚酯交换合成了乙二醇甲醚乙酸酯。考察了反应物摩尔比,催化剂用量,反应时间,催化剂重复使用等因素对反应的影响,结果表明:当n(乙酸乙酯)∶n(乙二醇甲醚)=4∶1,K2CO3/Al2O3用量为总反应物质量的1.0%,反应4.5h时,乙二醇甲醚的转化率为98.8%,选择性为100%;催化剂重复使用5次后,乙二醇甲醚的转化率仅下降3.7%。     

TiO2掺杂对Na2CO3/Al2O3吸收剂CO2捕捉性能的影响

钠基固体吸收剂脱除燃煤烟气CO₂技术具有反应温度低、能耗低等优点,日益受到学术界的关注。该技术的主要不足是吸收剂的活性成分碳酸钠与CO₂的反应（碳酸化反应）活性较低。针对这一问题,本文旨在研制一种新型改性钠基固体吸收剂,采用活性氧化铝作为载体、TiO₂作为掺杂剂进行改性,利用热重分析装置、XRD、SEM和氮吸附仪研究钠基固体吸收剂的CO₂捕捉性能。结果表明：掺杂TiO₂后,钠基固体吸收剂与CO₂的反应速率加快,CO₂捕捉量增加;反应前后除TiO₂外无其他含Ti化合物生成;碳酸化反应产物为NaHCO₃和Na₅H₃（CO₃）₄;然而TiO₂掺杂过多会堵塞吸收剂的微观孔道,不利于甚至阻碍碳酸化反应的进行,因此,TiO₂的掺杂量应控制在一定的范围内。     

机械研磨燃烧法制备Cu/ZnO/Al2O3甲醇合成催化剂

引言Cu/ZnO/Al2O3催化剂近年来广泛应用于低压甲醇合成、二甲醚合成和水煤气变换等领域[1-2],该催化体系具有活性高、使用寿命长、反应温度及     

负载型K2CO3/Al2O3吸收剂吸收CO2反应机理

利用热重分析仪、扫描电镜和氮吸附仪对不同粒径的K₂CO₃颗粒和负载型K₂CO₃/Al₂O₃二氧化碳吸收剂的碳酸化特性进行研究。负载后的吸收剂比表面积和孔隙结构得到较大改善,使得碳酸化反应速率和转化率均提高,吸收剂碳酸化特性得到改善。纯K₂CO₃颗粒吸收剂的反应速率和转化率随着粒径的增加而减小,负载型吸收剂的反应速率和转化率随着粒径的增加略增大。研究了不同粒径和反应时间对K₂CO₃/Al₂O₃颗粒微观结构的影响,结果表明K₂CO₃/Al₂O₃颗粒具有较稳定的微观结构。采用负载型粒子模型对K₂CO₃/Al₂O₃吸收剂吸收CO₂碳酸化过程进行研究,所建立的粒子模型计算结果与试验值吻合较好。利用建立的模型对不同CO₂浓度下K₂CO₃/Al₂O₃吸收剂碳酸化反应特性进行模拟计算,模拟结果具备一定的合理性和准确性,为开展进一步研究提供了基础。     

Effects of Na2CO3/K2CO3 on Chemical Looping Combustion Using Fe2O3/Al2O3 as Oxygen Carrier

The performance of the Fe₂O₃/Al₂O₃ oxygen carrier modified by the alkali metals, Na and K, was studied by thermogravimetric analysis and in a laboratory-scale fluidized-bed reactor. Different factors, such as the alkali metal content, the alkali metal type, and the interaction between Na and K, were taken into account. Both Na and K had strong catalytic effects on the conversion of Fe₂O₃. A high K content caused serious agglomeration. Increasing the Na content led to slagging because of the low-melting point solid solution. The possibility of agglomeration and slagging was reduced when Na and K were added together. The oxygen carrier with 1.5 wt % Na and 1.5 wt % K had better combustion efficiency and optimal thermal stability. Na and K could enhance the attrition resistance and prolong the lifetime of the oxygen carriers.