基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究，考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响，同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明：CoFe₂O₄能够提供晶格氧，有效促进生物质气化。当CoFe₂O₄与生物质质量比为0.8，水蒸气体积分数为50%，温度为900 ℃时，气化反应效果最好。5次循环反应后，仍能获得较高品质的合成气，载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

生物膜法处理2,3-二甲基苯胺废水试验研究

采用缺氧折流板生物膜和循环移动载体生物膜反应器处理2，3－二甲基苯胺废水，结果表明，缺氧折流板反应器具有厌氧滤池和厌氧折流板反应器的优点，当水力停留时间为10．5h(缺氧5．5h，好氧5h)时，系统去除率可达89．7％。     

基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究,考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响,同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明:CoFe_2O_4能够提供晶格氧,有效促进生物质气化。当CoFe_2O_4与生物质质量比为0.8,水蒸气体积分数为50%,温度为900℃时,气化反应效果最好。5次循环反应后,仍能获得较高品质的合成气,载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

催化燃烧除去锅炉给水溶氧的研究

研究了乙醇和木炭脱氧剂在固定床和循环反应器中的脱氧燃烧反应。温度为360℃，反应尾气氧含量可低于质量分率1．0×10－3，循环反应器与气液交换器联运除去锅炉给水溶氧，可使水中氧气含量低于0.1mg／l。     

铁基凹凸棒载氧体制备及煤化学链燃烧性能研究

以Fe(NO3)3·9H2O、Fe2O3和Fe3O4为前驱体,凹凸棒(ATP)为惰性载体制备了系列Fe2O3/ATP载氧体。在流化床反应器内,以水蒸气作为气化-流化介质,900℃为还原温度,研究了载氧体与神木煤的反应活性及循环反应性能,同时考察了载氧体的抗磨损性能。实验结果表明:以Fe(NO3)3·9H2O为前驱体制备的Fe4ATP6(N)载氧体具有很高的反应活性和抗磨损能力。对其进行的10次还原/氧化循环实验表明:尾气中CO2平均含量先下降后升高,但都保持在95%以上,停留时间t95从14.8 min增加到16.1 min。SEM分析表明随着循环反应的进行载氧体表面小颗粒变成大颗粒,发生轻微烧结。     

草木灰水溶液改性的天然贫铁矿载氧体的反应性能

化学链燃烧是一种基于CO_2零排放理念的无焰燃烧技术,能够提高CO_2捕集效率。本文选用一种天然贫铁矿作为载氧体,在热重分析仪上采用CO作为还原气考察了其反应特性。为了减轻载氧体表面的烧结情况,本文提出了采用草木灰水溶液对天然贫铁矿载氧体进行改性,并对改性后载氧体进行短时间、多次数氧化还原循环实验研究;考察了反应器温度对改性前后的载氧体反应特性影响。实验结果表明:天然贫铁矿在15次氧化还原循环反应中展现了一定的循环稳定性,但载氧体的还原程度和反应速率较低;改性后的载氧体还原程度更深、反应速率更快,且保持了良好的反应活性。载氧体在100次的氧化还原循环中出现粉化团聚现象,导致轻微的质量损失。XRD和SEM的分析结果表明生物质灰中的K元素在反应中与铁矿石中的物质生成了新的化合物,增大了载氧体的比表面积,提高了载氧体的还原反应活性。载氧体表面没有出现明显的烧结团聚现象。     

3 MWth煤化学链气化商业示范装置的自热运行和参数分析

为实现MW_th规模化学链气化商业示范装置的自热运行，使用Aspen Plus进行模拟研究。通过实验数据，验证了过程模型的可靠性。考察了3 MW_th煤化学链气化系统的质量和热量平衡。通过分析反应器温度、蒸汽流率和温度、旋风分离器效率、载氧体活性成分含量等工艺参数对系统合成气产率、合成气组分浓度、合成气H₂/CO、固体循环流率等工艺性能的影响，确定了合成气产量最大化的自热操作条件。结果表明，3 MW_th煤化学链气化系统的净热功率越接近于0，系统越趋于自热运行。系统自热运行时的最佳操作条件为燃料反应器温度850℃、空气反应器温度950℃、蒸汽流率305.25 kg/h、蒸汽温度300℃、旋风分离器效率98%，系统的固体循环流率最小，约为10 555～10 580 kg/h，合成气总浓度(CO+H₂)最大，约为75.1%。此外，使用活性成分含量较高的钛铁矿颗粒作为载氧体，有利于减少系统的固体循环流率。     

10 kW_(th)级串行流化床中木屑化学链燃烧试验

设计并建立了10 kWth级串行流化床化学链燃烧反应器系统,以NiO/Al2O3为载氧体,在该系统上进行生物质(松木木屑)化学链燃烧分离CO2的试验研究,探讨了燃料反应器温度T、水蒸气/生物质比率S/B对两个反应器(空气反应器和燃料反应器)气体产物组成以及燃烧效率的影响。试验结果表明,燃料反应器温度是影响生物质化学链燃烧过程的重要因素,随着温度的升高,燃料反应器气体产物中CO2浓度不断上升,CH4浓度显著降低,CO浓度先升高而后迅速下降;较高的反应器温度有助于燃烧效率的提高。随着S/B的增加,燃料反应器气体产物中CO和CH4浓度均会增大,CO2浓度以及燃烧效率有所降低。在100h的连续试验过程中,采用共沉淀法制备的NiO/Al2O3载氧体展现出良好的氧化-还原性能和较强的持续循环能力,是生物质化学链燃烧理想的载氧体。     

移动床生物膜反应器在煤气化废水处理中的应用

采用移动床生物膜反应器为核心的生化工艺处理煤气化废水,对移动床生物膜反应器在二级生化的厌氧、好氧处理,以及深度处理中的应用进行了分析,并对移动床生物膜反应器与其它工艺优化组合进行了研究。中试结果表明,采用以移动床生物膜反应器为核心的生化工艺处理煤气化废水,在技术上可行,对CODCr、氨氮有较好的去除效果,经该工艺处理后,出水CODCr、氨氮的质量浓度分别不超过80 mg/L和5mg/L。     

K_2CO_3修饰钙基载氧体的煤化学链气化反应特性

以膨润土(Bentonite)为载体,采用机械混合-浸渍法制备了Ca SO4-K2CO3/Bentonite(Ca KBen)复合载氧体。在流化床反应器中,以水蒸气作为气化、流化介质,考察复合载氧体Ca KBen与不同煤种的化学链气化反应特性,并对该载氧体的循环特性、作用机理及气化动力学方程进行了研究。结果表明:复合载氧体Ca KBen适用于不同煤种的化学链气化过程。900℃时,与纯煤气化相比,Ca KBen化学链气化的碳转化率提高17.88%,反应时间缩短10 min,复合载氧体Ca KBen表现出良好的反应活性和催化性能。十次循环实验过程中,冷煤气效率稳定在85%以上,表明复合载氧体Ca KBen具有良好的循环特性。XRD、SEM分析表明十次循环实验后,钙基载氧体的晶相结构稳定,主要以CaS O4形式存在,K+主要以K2CO3形式存在,载氧体表面变得疏松多孔,该结构有利于化学链气化反应的进行。活性位扩展模型很好地体现了复合载氧体Ca KBen与煤化学链气化的动力学规律,验证了气化过程中CaS O4与K2CO3具有协同作用。     

两段式滴管内烟煤富氧空气分级燃烧NOx排放特性研究

随着我国对大气污染物排放监管力度的日益严格,NOx控制技术已广泛应用于工业生产的各个领域。作为一种直接、简便的NOx排放控制技术,富氧空气燃烧技术已经出现在燃气锅炉和内燃发动机等行业,然而在燃煤锅炉行业中却鲜有应用。为了验证富氧空气燃烧技术在煤粉工业锅炉中的NOx减排效果,笔者以神府烟煤作为燃料,利用两段式滴管炉试验系统模拟煤粉在锅炉内燃烧的实际情况,采用热态试验方法,研究了烟煤富氧空气分级燃烧的NOx排放特性,并与单级供风、空气分级燃烧2种燃烧方式下的NOx排放情况进行对比。考察了主燃区温度、二次风配比(以主燃区过量氧气系数表示)、二次风氧浓度等关键因素对NOx排放的影响。结果表明:富氧空气分级燃烧的NOx排放显著低于单级供风燃烧,同时也低于空气分级燃烧的NOx排放。主燃区温度为1 300~1 500℃时,富氧空气分级燃烧的NOx排放减少比例比分级配风燃烧提高了6~12个百分点;富氧空气分级燃烧条件下,随主燃区温度升高,煤粉燃烧更加充分,燃料中N元素分解成NHi、HCN等大量中间产物,使主燃区气氛的还原性增强,被还原的NOx比例增加。因此,NOx排放降低且NOx排放减少比例呈现上升趋势;富氧空气分级燃烧的二次风配比对NOx排放具有显著影响,随着主燃区过量氧气系数的升高,NOx排放均呈现先降低后升高的趋势。因此存在最佳二次风配比,使NOx排放浓度最低。主燃区温度为1 300℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.58;主燃区温度为1 500℃时,最佳主燃区过量氧气系数约为0.55;在主燃区过量空气系数给定的条件下,提高二次风氧浓度可以延长煤粉颗粒在主燃区的停留时间,并在煤粉颗粒表面形成局部富氧环境,促进煤粉充分燃烧,从而增强主燃区气氛的还原性,降低NOx的生成。因此,当二次风氧浓度为21%~31%时,NOx排放随二次风氧含量的升高而降低。随着二次风氧浓度的逐渐升高,NOx排放的降低趋势逐渐放缓。     

基于旋转浮阀的复合曝气器在曝气池中的应用及CFD模拟

基于气体通过阀片后能在阀盖四周形成旋转流场的特点,本文将旋转浮阀应用于曝气池中,以提高其充氧性能。在旋转浮阀四周均匀排布6个气泡石,即旋转浮阀-气泡石复合曝气器;在长宽高为800mm×600mm×910mm的透明有机玻璃池内,以空气-清水为体系,进行曝气实验。为了考察旋转浮阀形成的旋转流场对曝气的影响,以塔内件领域常见的F1浮阀以及气泡石为基准进行实验比较。结果表明,与F1浮阀-气泡石复合曝气器相比,旋转浮阀-气泡石复合曝气器的中心测量点与边界测量点的溶解氧浓度更接近,充氧均匀性指数也更小,说明了旋转浮阀能促进气泡分布均匀,减少传质死区。相比于F1浮阀-气泡石复合曝气器,旋转浮阀气泡石复合曝气器提高了氧总传质系数、氧传质速率、氧传质效率和曝气效率;相比于气泡石曝气器,旋转浮阀-气泡石复合曝气器提高了氧总传质系数、氧传质速率,但降低了氧传质效率和曝气效率。本文还利用CFD模拟流场分布,解释了旋转流场的产生及其提高曝气充氧能力的原因。     

Mass transfer at vertical cylinders under forced convection induced by the counter electrode gases

Mass transfer coefficients were measured for the deposition of copper from acidified copper sulphate solution at a vertical cylinder cathode stirred by oxygen evolved at a horizontal lead anode placed below the cylinder. Variables studied were: oxygen discharge rate, electrolyte concentration and cylinder height. The mass transfer coefficient was found to increase by a factor of 1.8–2.6 depending on oxygen discharge rate and cylinder height. The mass transfer coefficient was related to oxygen discharge rate and cylinder height by the equation: $$K = 65.8 \times 10^{ - 4} \frac{{V^{0.358} }}{{h^{0.29} }}$$      

加压条件下卧式搅拌釜的气液传质特性

本文选用O_2-KCl水溶液体系,采用动态物理吸收法对卧式搅拌釜加压条件下的气液传质容易系数进行了测定.釜液中的氧浓度变化由氧电极跟踪测定.通过改变气相压力、搅拌转速和液含率,分别考察了这些因素对卧式搅拌釜气液传质特性的影响.结果表明,高压下的液相传质容量系数有所提高.与常压相比,在液含率为0.5、桨径比为0.8、采用六叶平直透平桨叶搅拌的条件下,若压力升到36atm(1atm=101.325kPa),k_La将增加20%左右.     

气升式振荡环流反应器的数值模拟和结构优化

气升式振荡环流反应器（ARLR）作为一种新型的气升式环流反应器,能够有效地提高反应器的气含率和传质系数,并已得到生物发酵实验的验证。本文通过CFD的手段研究了反应器内的流动和传质状况,并利用CFD模拟和响应面分析相结合的方法,优化了反应器的结构参数,如高径比（H/D）、升液区降液区面积之比、导流筒高度等。经过实验测量,优化后的气升式振荡环流反应器与传统的气升式环流反应器相比,气含率提高了32%以上,传质系数提高了11%以上。结果表明,气升式振荡环流反应器作为生化反应器有着非常广阔的应用空间。     

Ni/Ag微纳结构强化顶部连通型微通道沸腾换热

微通道换热器较大的比表面积使其具有较高的热质传输效率,在化工、能源等领域具有广泛的应用前景。针对微通道流动沸腾换热强化,本文设计了一种具有Ni/Ag微纳复合结构表面的顶部连通型微通道换热器,该顶部连通型微通道由11条并联微通道组成,微通道的截面为400μm×400μm的正方形,并联通道上方连通空间的高度也为400μm;采用电刷镀技术在顶部连通型微通道表面制备了Ni/Ag微纳米复合结构,以无水乙醇为工质,开展了普通并联微通道（regular microchannel, RMC）、顶部连通型微通道（top-connected microchannel,TCMC）以及具有微纳复合结构表面的顶部连通型微通道（TCMC-Ni/Ag）内流动沸腾换热对比实验研究。结果表明：TCMC-Ni/Ag表面的最大局部换热系数达179.84kW/(m²·K),较RMC的最大局部换热系数提高了4.1倍。可视化研究发现,对于TCMC-Ni/Ag,强亲水性的微纳复合结构表面同时提高了核化密度和核化频率,中低热流条件下形成气相汇聚于顶部连通区域,微通道表面仍然产生大量气泡的流型结构,在高热流密度条件下,强亲水性微纳复合结构的毛细吸液作用使得通道内产生了薄液膜对流蒸发换热模式,是其换热性能大幅提高的主要机理。     

Mass transfer characteristics of a novel gas-evolving electrochemical reactor

Mass transfer coefficients were measured for the deposition of copper from acidified copper sulphate solution at a vertical-plate cathode stirred by the oxygen evolved at a coplanar, vertical-plate lead anode placed upstream from the cathode. The variables studied were: oxygen discharge rate, electrolyte concentration and height of the cathode. The cathodic mass transfer coefficient was increased by a factor of the order of 2 to 5 over the natural convection value depending on the rate of oxygen discharge at the lead anode. The relationship between the mass transfer coefficient and the oxygen discharge rate was found to be logK=a+0.296 logV.The mass transfer coefficient was found to decrease initially with increasing electrode height, but then reached a constant value independent of further change in electrode height. A new, modified parallelplate reactor stirred by the counter electrode gases is described. The advantage of the design is that it offers more efficient stirring with no added power consumption. Details of the design are discussed.Nomenclature C concentration of CuS0₄ (mol cm^–3) - F Faraday's constant - h electrode height (cm) - K mass transfer coefficient (cm s^–1) - l _L limiting current density (A cm^–2) - V gas discharge rate (cm s^–1) - z number of electrons involved in the reaction On leave from the Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Alexandria University, Alexandria Egypt.     

Oxygen mass transfer coefficient in bubble column slurry reactor with ultrafine suspended particles and neural network prediction

The gas–liquid volumetric mass transfer coefficient was determined by the dynamic oxygen absorption technique using a polarographic dissolved oxygen probe and the gas–liquid interfacial area was measured using dual‐tip conductivity probes in a bubble column slurry reactor at ambient temperature and normal pressure. The solid particles used were ultrafine hollow glass microspheres with a mean diameter of 8.624 µm. The effects of various axial locations (height–diameter ratio = 1–12), superficial gas velocity (u_G = 0.011–0.085 m/s) and solid concentration (ε_S = 0–30 wt.%) on the gas–liquid volumetric mass transfer coefficient k_La_L and liquid‐side mass transfer coefficient k_L were discussed in detail in the range of operating variables investigated. Empirical correlations by dimensional analysis were obtained and feed‐forward back propagation neural network models were employed to predict the gas–liquid volumetric mass transfer coefficient and liquid‐side mass transfer coefficient for an air–water–hollow glass microspheres system in a commercial‐scale bubble column slurry reactor. © 2012 Canadian Society for Chemical Engineering     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

内循环生物流化床曝气过程氧传质特性研究

针对水-空气-高分子颗粒三相体系,测试了内循环好氧生物流化床曝气过程中气-液相间氧传递的体积传质系数KLa,分析了操作参数(进气量QG、固含率εs和升降流区截面积比Ar/Ad)对氧传质系数KLa的影响。结果表明,KLa随着进气量的提高呈线性增加趋势;固含率对KLa有正反两方面的作用,存在一个较适宜的固含率使氧传质效率达到最高;随升降流区截面积比Ar/Ad的增大,KLa随之提高。基于KLa影响因素的分析对实验数据进行拟合,建立了关于体积传质系数KLa的关联式:Kd=2.23×10-6Reb0.582Ab0.976εs0.016。该关联式预测结果与实验数据吻合良好,对类似流化床反应器的设计有一定参考价值。