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（Al₂O₃、MgO、CaO、Fe₂O₃）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Al₂O₃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Fe₂O₃的作用相对较弱。4种金属氧化物均可提高热解气中H₂、CH₄和C₂的产率;CaO作用下CO₂含量降低,而其他金属氧化物对CO₂的产生有不同程度的促进作用;Fe₂O₃可促进H₂产生;Al₂O₃作用下CH₄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Al₂O₃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Al₂O₃作用下,脱羧产物为CO₂,并同时得到饱和烃产物。     

催化型多孔陶瓷球制备及催化玉米秸秆热解

针对生物质热解液化过程中生物油品质差的问题,本文以陶瓷球作热载体为研究基础,制备了5种负载金属氧化物（ZnO、NiO、CeO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃）的多孔陶瓷球,在固定床反应器上研究多孔陶瓷球催化剂对玉米秸秆热解过程的催化效果。结果表明：多孔陶瓷球基体在热解过程中有一定催化活性,经浸渍改性处理后,都能促进生物油产率的提高,其中Ni基多孔陶瓷球热解的产率高达41.62%。多孔陶瓷球负载的5种金属氧化物可促使生物油中酚类、呋喃类物质的含量明显增加,酸类物质的含量明显降低,且种类减少,其中CeO₂降酸效果显著,降低幅度为37.15%。此外,催化型多孔陶瓷球的引入促进了不可冷凝气中C _n H _m （n≥2）的生成,烯烃类中乙烯的增长幅度最大,为50.53%,同时生物炭的理化特性在一定程度上得到改善和提高。     

Co-Fe2O3[104]铁基载氧体优化体系作用下褐煤化学链燃烧特性

前期研究发现高弥勒指数晶面载氧体Fe₂O₃[104]具有高的化学链燃烧反应特性,且Co对煤及其热解中间产物具有催化气化和催化转化作用。通过正交实验优化制备Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃载氧体体系结构,开展Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃与褐煤的化学链燃烧,揭示载氧体与褐煤发生化学链燃烧的特性。结果表明:形貌控制制备的高弥勒指数晶面铁基载氧体Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(质量分数10%)促进了褐煤化学链燃烧过程中氧的迁移速率以及载氧体的还原程度,进而显著提高了载氧体与褐煤化学链燃烧的反应速率及反应效率。进一步通过CO多循环化学链燃烧反应、XRD和TEM表征了Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(10%)的可再生性及反应稳定性。     

化学链燃烧过程Fe2O3/Al2O3载氧体表面CH4反应：ReaxFF-MD模拟

借助ReaxFF-MD方法,对化学链燃烧过程Al₂O₃负载Fe₂O₃载氧体（Fe₂O₃/Al₂O₃）表面CH₄反应过程模拟,探究Al₂O₃惰性载体对Fe₂O₃-CH₄体系燃烧过程的调控机制。研究发现添加Al₂O₃惰性载体改变了化学链燃烧过程中Fe₂O₃载氧体反应性和Fe₂O₃/Al₂O₃-CH₄反应体系的热力学和动力学行为。主要是促进了Fe₂O₃载氧体表面CH₄氧化,并对CH₄反应过程、中间体、产物及其反应速率和放热量等均具有显著促进和调控作用。原因在于Al₂O₃惰性载体对Fe₂O₃活性相中晶格氧的活化作用促进了晶格氧的迁移-扩散-释放。添加惰性载体增强了Fe₂O₃载氧体在化学链燃烧过程晶格氧释放速率和释放量,有利于CH₄氧化燃烧向合成气的高效、清洁转化,强化了化学链燃烧过程,满足当前能源高效转化和碳减排目标。     

化学链燃烧过程Fe2O3/Al2O3载氧体表面CH4反应：ReaxFF-MD模拟

借助ReaxFF-MD方法,对化学链燃烧过程Al₂O₃负载Fe₂O₃载氧体（Fe₂O₃/Al₂O₃）表面CH₄反应过程模拟,探究Al₂O₃惰性载体对Fe₂O₃-CH₄体系燃烧过程的调控机制。研究发现添加Al₂O₃惰性载体改变了化学链燃烧过程中Fe₂O₃载氧体反应性和Fe₂O₃/Al₂O₃-CH₄反应体系的热力学和动力学行为。主要是促进了Fe₂O₃载氧体表面CH₄氧化,并对CH₄反应过程、中间体、产物及其反应速率和放热量等均具有显著促进和调控作用。原因在于Al₂O₃惰性载体对Fe₂O₃活性相中晶格氧的活化作用促进了晶格氧的迁移-扩散-释放。添加惰性载体增强了Fe₂O₃载氧体在化学链燃烧过程晶格氧释放速率和释放量,有利于CH₄氧化燃烧向合成气的高效、清洁转化,强化了化学链燃烧过程,满足当前能源高效转化和碳减排目标。     

灰分在印染污泥热解气化中的协同催化机理

印染污泥中含有大量的金属基组分。选取其中的主要金属氧化物组分,分别进行单组分与多组分添加开展催化热解实验,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、热解-气质联用、热质联用分析手段,研究金属基组分对印染污泥的催化热解效应,探索了各金属基组分在热解过程中的协同催化作用机理。结果表明,不同金属基化合物在热解过程中显示了不同的催化热解温度区间和催化性能,对热解的催化协同效应是Fe₂O₃、ZnO、CaO和Na₂CO₃四种组分共同作用的效果。协同作用可以分为两个阶段：250~500℃为主热解区,各金属基组分都发挥着催化剂的作用,促进大分子化合物的裂解;在600℃之后的高温热解区间,Fe₂O₃等组分可与原料中的碳成分发生还原反应,造成热重曲线明显失重峰,进一步提升残渣的裂解特性。     

铁矿粉烧结被覆型准颗粒燃烧特性及动力学分析

为研究铁矿粉烧结过程黏附粉成分对焦炭颗粒燃烧的影响规律，以粒径2～3 mm的焦粉颗粒为核颗粒，采用Al₂O₃,SiO₂, CaO, MgO, Fe₂O₃纯试剂以及人工合成CaO·Fe₂O₃ (CF)替代铁矿粉作为黏附粉，分别制备成不同成分黏附层的被覆型准颗粒(S型)，采用热重分析法开展非等温燃烧实验和燃烧特性分析，利用Coats-Redfern法求解燃烧反应最概然机理函数，建立动力学物理模型进行动力学解析。结果表明，黏附层成分显著影响准颗粒的燃烧特性，CaO, CF, Fe₂O₃具有较强的催化燃烧作用，可显著降低焦炭颗粒的着火点，降低燃烧温度，提高燃烧效率和转化速率，而MgO的催化能力较弱，催化能力由高到低依次为CaO>CF>Fe₂O₃>MgO。S型准颗粒在快速燃烧阶段的最概然机理函数为R3，建立并解析了准颗粒燃烧的球对称未反应收...     

油页岩矿物质催化半焦燃烧特性及机理

利用微型流化床反应分析仪（MFBRA）研究了油页岩矿物质催化半焦燃烧特性,重点考察了半焦内部矿物质和外部页岩灰床料对半焦燃烧的催化作用,揭示了流化床反应器中半焦燃烧过程和机理。结果表明：内部矿物质和外部床料对半焦燃烧均具有明显催化作用,而两者共同催化效果最为显著。矿物质中CaO和Fe₂O₃对半焦燃烧具有催化活性,CaO催化作用强于Fe₂O₃。油页岩半焦燃烧反应活化能在60.41~78.97 kJ/mol之间,矿物质的催化作用会明显降低反应活化能。流化床反应器中,矿物质对半焦燃烧的催化作用主要表现在四个反应,即：挥发分裂解和燃烧、半焦表面炭燃烧、半焦内部炭燃烧以及一氧化碳燃烧。     

含CO工业尾气煅烧改性磷矿石结块成因分析

含CO工业尾气煅烧中低品位磷矿石工艺实际应用时，常出现磷矿石结块和窑体结瘤问题，导致设备损坏。针对煅烧产物进行组分分析，并对可能产生的产物体系进行熔融特性和流动特性研究，判断发生熔融的临界条件，分析结块成因，为优化煅烧工艺提供依据。结果表明：磷矿石中的Fe₂O₃和Al₂O₃杂质降低了磷矿石的熔融温度，增加了流动性，造成结块。最容易发生熔融结块体系：在氧化条件下，w(CaO)/w(Fe₂O₃)为0.25且w(MgO)为5%的Fe₂O₃-CaO-MgO体系，流动温度为1 262.3℃，熔融时间为1.34 min，流动性指数为26.87；在弱还原条件下，w(SiO₂)/w(CaO)为1.8且w(Al₂O₃)15%的Al₂O₃-CaO-SiO₂体系，流动温度为1 388.3℃，熔融时间为3....     

载体改性对Cu/B/Al2O3结构及其催化醋酸仲丁酯加氢性能的影响

以γ-Al₂O₃为载体采用分步浸渍法制备了不同金属氧化物进行载体改性的Cu/B/M/Al₂O₃(M=Mg,Ca,Ni)催化剂,并测试了其催化醋酸仲丁酯加氢反应的性能。结果表明,以NiO进行载体改性的催化剂导致酯加氢反应中大量酸催化产物及烃类出现;以MgO进行载体改性不利于金属Cu的分散且催化剂的结构稳定性较差;以CaO对γ-Al₂O₃载体进行改性不仅能够促进金属Cu的分散,提高催化剂的酯加氢活性和产物选择性,而且可以有效减少反应中非活性碳物种在催化剂表面的沉积。     

氧化钙调理污泥气化过程中重金属的迁移转化规律

以CaO为主要成分的石灰常用于污泥的调理和稳定。为探究其对污泥气化过程中重金属迁移转化规律的影响,在沉降炉-固定床反应器和固定床上于600、800、1000℃进行了污泥的热解及气化实验,并分析了不同污泥样品、热解焦和气化灰中典型重金属（Mn、Zn、Cu、Cr、Ni）的含量及形态分布。结果表明,CaO的加入将稀释调理污泥中的重金属,并使Mn、Zn、Cr向稳定态转化;CaO会使重金属离子与OH-结合生成沉淀,继而在气化反应中分解成氧化物。在气化过程中,CaO会提高重金属的残留率,也会吸收其氯化物、硫酸盐等在高温下分解生成的HCl、SO₂等酸性气体,促使氧化物的生成和抑制重金属的释放。     

Improvement of catalytic activity and sulfur-resistance of Ag/TiO2–Al2O3 for NO reduction with propene under lean burn conditions

Ag-based catalysts supported on various metal oxides, Al₂O₃, TiO₂, and TiO₂–Al₂O₃, were prepared by the sol–gel method. The effect of SO₂ on catalytic activity was investigated for NO reduction with propene under lean burn condition. The results showed the catalytic activities were greatly enhanced on Ag/TiO₂–Al₂O₃ in comparison to Ag/Al₂O₃ and Ag/TiO₂, especially in the low temperature region. Application of different characterization techniques revealed that the activity enhancement was correlated with the properties of the support material. Silver was highly dispersed over the amorphous system of TiO₂–Al₂O₃. NO₃⁻ rather than NO₂⁻ or NOx reacted with the carboxylate species to form CN or NCO. NO₂ was the predominant desorption species in the temperature programmed desorption (TPD) of NO on Ag/TiO₂–Al₂O₃. More amount of formate (HCOO⁻) and CN were generated on the Ag/TiO₂–Al₂O₃ catalyst than the Ag/Al₂O₃ catalyst, due to an increased number of Lewis acid sites. Sulfate species, resulted from SO₂ oxidation, played dual roles on catalytic activity. On aged samples, the slow decomposition of accumulated sulfate species on catalyst surface led to poor NO conversion due to the blockage of these species on active sites. On the other hand, catalytic activity was greatly enhanced in the low temperature region because of the enhanced intensity of Lewis acid site caused by the adsorbed sulfate species. The rate of sulfate accumulation on the Ag/TiO₂–Al₂O₃ system was relatively slow. As a consequence, the system showed superior capability for selective adsorption of NO and SO₂ toleration to the Ag/Al₂O₃ catalyst.     

TiO2与SiO2掺杂对Al2O3相转变的研究

通过球磨混合法,制备TiO₂、SiO₂和TiO₂+SiO₂掺杂的Al₂O₃粉体,经不同温度煅烧后进行X射线衍射(XRD)测试,比较研究这三种掺杂对Al₂O₃粉体相转变温度的影响。研究结果表明,TiO₂、SiO₂掺杂对γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃的相转变均有促进作用。在掺杂质量分数为0.5%的情况下,二者可分别使γ-Al₂O₃完全转变为α-Al₂O₃的温度降低100 ℃和125 ℃。而TiO₂+SiO₂复合掺杂对γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃相转变的促进作用优于TiO₂、SiO₂单独掺杂。TiO₂、SiO₂的质量分数均为0.3%时,复合掺杂可使γ-Al₂O₃完全转变为α-Al₂O₃的温度降低150 ℃。此外,还对TiO₂、SiO₂和TiO₂+SiO₂掺杂促进Al₂O₃粉体相转变的机理作了简单分析。     

高温抗烧结吸附剂对SeO2捕集性能

使用气固瞬时反应装置在700~1100℃下对不同氧化物（氧化镁、氧化铁、氧化铝、氧化钙）的硒捕集性能进行研究,确定吸附产物性质。基于此选取相应的典型矿物及双组分抗烧结吸附剂改善硒高温吸附能力。结果表明：900℃前氧化钙捕集效果最好,但1100℃时其吸附量迅速降低到167.59μg/g;γ-氧化铝在高温下捕集效果较好,1100℃时吸附量可达415.04μg/g,这与其优异的孔隙结构有关。钙基矿物方解石因其具有一定的抗烧结能力和发达的孔隙结构,表现出更好的高温捕集能力,1100℃时吸附量可提高到1064.97μg/g。双组分吸附剂高温捕集能力展现出不同程度的提高。钙-铝基吸附剂高温捕集性能提高相对较小;而钙-硅基吸附剂在高温下效果远高于单组分吸附剂,与氧化钙相比,1100℃时可提高1787.21μg/g。     

TiO2-coated on Al2O3 support prepared by the CVD method for HDS catalysts

Mo---Co or Mo---Ni catalysts supported on alumina (Al₂O₃) have been widely used for hydrodesulfurization (HDS) of heavy petroleum fractions. In order to enhance the catalytic activities for HDS, a composite type support (TiO₂-Al₂O₃) prepared by the chemical vapor deposition (CVD) method has been studied. We found that Mo catalyst supported on TiO₂-Al₂O₃ showed much higher catalytic activity for HDS of dibenzothiophene derivatives than the catalysts supported on Al₂O₃.     

Effects of additives on sintering of CVD-MgO powders

The effects of a large number of sintering aids for the densification of magnesia were examined. Al₂O₃, BaO, Fe₂O₃, P₂O₅, SiO₂, TiO₂, Y₂O₃ and ZrO₂ are effective for the sintering of CVD-MgO powders at low doping levels. The effects of TiO₂ and ZrO₂ are significant. Heavy doping is harmful for densification. The eight oxides above are also effective for the sintering of seawater MgO, but the degree of effectiveness is smaller than for CVD-MgO. In the doping of BaO, P₂O₅, SiO₂ and TiO₂, which form eutectic liquids with MgO below 1600°C, there is an optimum firing temperature for densification.

Vickers hardness of doped MgO is proportional to the relative density and is unaffected by doping. Corrosion resistance of MgO ceramics for liquid PbO is also unaffected by dopants, except for P₂O₅.     

Development of new catalysts for deep hydrodesulfurization of gas oil

TiO₂–Al₂O₃ composite supports have been prepared by chemical vapor deposition (CVD) over γ-Al₂O₃ substrate, using TiCl₄ as the precursor. High dispersion of TiO₂ overlayer on the surface of Al₂O₃ has been obtained, and no cluster formation has been detected. The catalytic behavior of Mo supported on Al₂O₃, TiO₂ and TiO₂–Al₂O₃ composite has been investigated for the hydrodesulfurization (HDS) of dibenzothiophene (DBT) and methyl-substituted DBT derivatives. The conversion over the Mo catalysts supported on TiO₂–Al₂O₃ composite, in particular for the HDS of 4,6-dimethyldibenzothiophene (4,6-DMDBT) is much higher than that of conversion obtained over Mo catalyst supported on Al₂O₃. The ratio of the corresponding cyclohexylbenzenes/biphenyls is increased over Mo catalyst supported on TiO₂–Al₂O₃ composite support. This means that the reaction rate of prehydrogenation of an aromatic ring rather than the rate of hydrogenolysis of C–S bond cleavage is accelerated for the HDS of DBT derivatives. The Mo/TiO₂–Al₂O₃ catalyst leads to higher catalytic performance for deep HDS of gas oil.