铁矿石载氧体串行流化床煤化学链燃烧运行分析

化学链燃烧是一种基于零排放理念的能够在煤燃烧过程中实现CO2内分离的具有很好应用前景的燃烧方式.基于东南大学1kWth串行流化床反应器,在对基于铁矿石载氧体煤化学链燃烧技术的基本概念与特点介绍的基础上,对铁矿石载氧体煤化学链燃烧特性进行实验研究分析.研究结果表明:铁矿石载氧体的存在显著提高了煤气化速率,燃料反应器出口CO2浓度将近90%,燃料反应器出口未检测到C2-C4碳氢化合物.煤种对铁矿石载氧体化学链燃烧特性影响较大,神华烟煤由于在燃料反应器较易气化,其化学链燃烧过程中碳转化率和CO2捕集效率均高于淮北无烟煤.在燃料反应器为970℃时,神华烟煤CO2捕集效率为82%,高于淮北无烟煤的65%.     

负钛铜基载氧体在煤化学链燃烧中多环芳烃的生成

为了控制煤化学链燃烧中多环芳烃(PAHs)的生成,改善载氧体在多次循环后的碳沉积现象,以TiO2为惰性组分,采用机械混合法制备铜基载氧体(CuO/TiO2),研究该载氧体在模拟化学链燃烧燃料反应器中PAHs的生成情况,探究煤化学链燃烧中PAHs的排放特性和机理.实验采用气相色谱仪对PAHs做定性定量分析,结果表明:化学链燃烧生成的三环芳烃总量最多;对于煤化学链燃烧适合的燃料为低挥发性、高n(H)∶n(C)摩尔比的燃料;添加适量分散剂可改善制作载氧体时的结块现象,提高化学链燃烧法(CLC)反应效率,使PAHs排放总量减少,有效抑制碳沉积;PAHs生成总量随反应温度的升高先增加后减少,高温区(800~1 000℃)适合CuO/TiO2载氧体进行化学链燃烧反应.     

煤焦油化学链气化裂解产物与载氧体反应趋势研究

基于密度泛函理论,本文利用分子动力学模拟软件Material studio 8.0,对煤焦油化学链气化裂解产生的CO、CO_2、C、H_2、CH_4等产物和过剩载氧体发生的二次反应进行研究,并对Fe_2O_3与CO、H_2、CH_4气相产物的反应势垒进行比较。研究结果表明,在温度相同时,铁基载氧体与H_2最先发生反应,反应势垒最低,与CO反应势垒次之,而载氧体与CH_4之间较难发生反应。在煤焦油化学链气化反应器末端,应采取措施避免CO和H_2与载氧体发生二次反应。该研究对提高化学链气化效率具有指导意义。     

基于铜、锰基的CaSO4复合载氧体反应活性改善的实验研究

为了提高CaSO₄载氧体的反应活性,通过机械混合法和浸渍法分别制备了CuO+CaSO₄和MnO₂+CaSO₄两种载氧体。改变向CaSO₄载氧体添加CuO、MnO₂的方法和数量,利用热重分析仪进行了两种复合载氧体与CO的化学链燃烧实验,通过场发射扫描电镜和X射线能谱分析反应前后样品的组成并对表征了表观形貌,发现浸渍法和机械混合法分别制备的载氧体反应活性均有提高,但前者优于后者;当CuO和MnO₂分别添加5mol%、10mol%时,表现最佳;对比相同添加量,CuO+CaSO₄载氧体的反应活性较高,MnO₂+CaSO₄载氧体在反应初期反应活性很高,而后反应活性降低较快。CuO+CaSO₄载氧体更有利于提高化学链燃烧性能。     

CaSO4为载氧体的煤／秸秆化学链燃烧实验研究

针对硫酸钙与煤／秸秆的反应特性及载氧体再生反应的特性,本文基于TGA—FT—IR联用技术,对煤、秸秆按不同比例掺混的3种试样与硫酸钙充分混合后在相同升温速率下进行多个循环的燃烧和载氧体还原实验研究。实验结果表明,煤中掺人秸秆改善了煤的化学链燃烧特性,载氧体的再生反应速率也明显增加;固体燃料带入的灰分对化学链影响不大,化学链燃烧释放的气体主要为二氧化碳,但完全反应所需周期长。该项研究对煤掺入秸秆进行化学链燃烧应用具有重要意义。     

CO2对CaS氧化反应特性影响的热重研究

从热力学角度分析常压下CO2气体与CaS可能的反应途径,采用热重实验研究CO2对CaS氧化特性的影响,利用红外光谱仪定量分析反应析出的气体。研究表明,CaS可以与CO2发生氧化反应,生成CaO与CaSO4,同时析出SO2与CO气体。与O2体积浓度为21%的气氛相比,在干燥空气中CaS发生氧化反应的初始反应温度降低,SO2析出量减少,固硫产物CaSO4含量增大。在CO2和O2的共同作用下,干燥空气对CaS的氧化能力稍强于O2体积浓度为21%的气体。     

CaS氧化反应特性的热重研究

为了了解喷钙过程中硫元素赋存形态，研究了820～1 400 ℃下CaS的氧化反应机理.采用热重实验研究了CaS质量变化特性，利用红外光谱仪定量分析反应析出气体.研究表明，在820～970 ℃，CaS氧化反应呈增重趋势；在1 000～1 150 ℃，反应呈先失重后增重趋势；在1 200～1 400 ℃，反应呈先失重后增重再失重的趋势.随温度升高，SO2析出速率及析出量也增大.在890 ℃以下，以SO2形式析出硫分不到全硫分的2％，CaS与CaSO4的固-固反应基本可以忽略.而在930 ℃～1 150 ℃内，CaS与CaSO4的固 固反应加剧，SO2析出量占全硫分的10.16％～67.90％.当温度高于1 175 ℃，CaSO4的高温分解也造成SO2的析出.     

化学链燃烧CO2捕集与活化耦合技术研究进展

化学链燃烧CO2捕集与催化加氢耦合为实现碳减排与资源化利用提供了新思路.化学链燃烧技术具有CO2内分离特性,能实现低成本CO2捕集.该过程与CO2活化加氢反应器串联,可实现CO2捕集、活化与资源化的耦合.详细分析了该耦合技术的原理、复合载氧体研究现状及应用,特别是耦合制低碳烯烃的可行性,为化学链燃烧CO2捕集与活化加氢...     

化学链热解煤焦油制备炭黑过程竞争性反应分析

针对油炉法炭黑生产过程中高能耗及污染重等问题,本文基于化学链原理,提出了热解煤焦油制取炭黑的新方法,并对制备炭黑过程中反应的竞争性进行模拟实验,研究了载氧体种类、粒径大小、反应温度等因素对炭黑产率及品质的影响,利用气相色谱和烟气分析等对烟气进行了测试;同时通过焓、熵和热容(HSC)热化学计算软件,对炭黑制取过程中的竞争反应进行数值分析。分析结果表明,在反应温度和粒径相同的条件下,Fe2O3较CaSO4载氧体更能有效的催化焦油C—H键断裂,促进炭黑和H2的生成,且其晶格氧与炭黑发生气化反应的概率低,因此炭黑产率较高。随着载氧体粒径减小或反应温度升高,两类炭黑的产率均有所提高,且两类载氧体对SO2、NOx均有抑制作用,但以Fe2O3作为载氧体时具有更好的减排特性。该研究为炭黑生产过程节能减排提供了新思路,具有重要的参考价值。     

基于甲烷化学链燃烧的CeO_2改性Fe_2O_3基氧载体制备与性能研究

采用共沉淀法制备了系列CeO2修饰的Fe2O3复合氧化物氧载体,利用XRD、H2-TPR技术表征了结构与还原能力,详细研究了甲烷化学链燃烧反应性能.结果表明,CeO2颗粒可与Fe2O3颗粒形成丰富的交互界面,这些界面不仅可以促进Fe2O3的低温还原能力,还能激发Fe2O3深层晶格氧的释放,促进Fe2O3被还原为更低价的铁物种,提高氧化铁的可还原性.CeO2助剂的添加还有助于提高Fe2O3氧载体的抗高温老化能力.与甲烷反应时,CeO2助剂的存在可以使CO2的生成温度向低温偏移,在恒温反应中获得更高的甲烷转化率.然而过高的CeO2含量容易引起甲烷不完全氧化的发生(生成CO和H2),影响甲烷化学链燃烧效果,CeO2的摩尔含量为5%时氧载体对应的甲烷转化与CO2生成均处较高水平.     

Investigation of Calcium Sulfide Regeneration with Steam

Harmless treatment of CaS from coal gas desusulfurization and other industries is of very importance for the environmental protection. In this paper, the experimental investigation of calcium sulfide regeneration with steam at atmospheric pressure was carded out using TGA, fixed bed reactor and SEM-EDX analysis. The results show that the reaction mechanism of CaS with steam varies with temperature. The reaction occurs obviously at the temperature above 630℃ and the dominant products include CaSO4 （or CaSO3） and H2S, as the temperature is over 850℃, the primary products become CaO, SO2 and H2S. The CaS regeneration reaction will strongly depend on the temperature and the data over 900℃ can be fitted by the Shrinking-Core Model （SCM）.     

碳热还原法制取碳氮化钛的热力学原理分析

分析碳热还原法制取Ti(C,N)的热力学原理,结果表明,合成过程伴随着相变,当TiO2颗粒和C颗粒均匀混合时,还原反应主要依赖于CO/CO2传质的气固反应,当TiO2颗粒表面被C包膜时,主要是碳和钛氧化物之间的固固反应.升高温度有利于还原进行,钛氧化物的开始还原温度随气相中的CO分压降低而降低,但Ti(C,N)中的C,N含量则取决于温度和N2压力.     

铁基基体化学气相沉积TiN的机理

本文研究了在低碳钢、T10钢和Cr12MoV钢基体上,在由表面过程控制的沉积条件下,CVD法沉积TiN的机理;测出了在这些基体上,用CVD法沉积TiN的表面过程表观活化能和铁的催化反应的表观活化能;确定了铁的催化反应的限制性环节是铁在TiN涂层表面的扩散步骤;提出并讨论了T10钢和Cr12MoV钢基体CVDTiN的沉积机理的转变温度。     

激光化学气相沉积非晶硅

本文报道了CO_2激光化学气相沉积非晶硅的实验结果,硅薄膜的沉积速率与硅烷气压、基片温度和激光光强密切有关。 利用不同方法测量了硅薄膜样品的各种特性,证实了薄膜确为非晶硅。 作者也研究了激光化学沉积非晶硅的机理,并给出了理论讨论以解释实验结果。     

气固循环流化床碳化室局部CO_2摩尔分数的研究

在内径0.1 m,高1.0 m的碳化室(浓相区)和高3.0 m上升段的气固循环流化床反应器内,分别以混合气(空气85%(体积分数)和CO215%(体积分数))和CaO颗粒(平均粒径0.85 mm)为气相和固相,采用不同温度、表观气速和CaO颗粒循环速度,对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了系统研究。应用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了模拟计算。在模拟计算过程中,通过自编C语言程序,将CaO与CO2反应的动力学模型与Fluent 6.2中的传统模型结合。模拟结果显示:最佳反应温度为925K;表观气速为0.10 m.s-1;CaO的循环速度为0.12 m.s-1。在较低温度下,碳化室内不同高度局部CO2摩尔分数的模拟结果与实验数据吻合良好。随温度增加,计算值与实验值误差增大。     

PECVD工艺参数对SiO_2薄膜光学性能的影响

为探索利用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depo-sition,PECVD)技术制作光学薄膜的有效方法.以SiH4和N2O作为反应气体,通过采用M-2000UI型宽光谱变角度椭圆偏振仪对制作样片进行测试,分析了薄膜沉积过程中的不同的工艺参数对SiO2薄膜光学性能的影响.实验结果表明:在PECVD技术工作参数范围内,基底温度为350℃,射频功率为150 W,反应气压为100 Pa时,能够沉积消光系数小于10-5,沉积速率为(15±1)nm/min,折射率为(1.465±0.5)×10-4的SiO2薄膜.     

煤焦固定床等温CO2气化反应动力学研究

利用自建固定床实验台研究了常压下神华煤煤焦等温CO2气化反应特性,实验分析了CO2流量、煤焦质量、气化温度和CO2分压对煤焦固定碳转化率的影响.在建立的化学反应动力学控制实验条件下,根据等转化率法计算得到煤焦气化反应活化能E为155 kJ/mol、CO2分压反应级数n为0.58;通过比对常用42种反应机理函数相关系数大...     

基片预处理对CVD金刚石薄膜形核的影响

微波辅助等离子体化学气相沉积法是目前低压气相合成金刚石薄膜方法中应用最普遍、工艺最成熟的方法,形核是CVD金刚石沉积的第一步．利用微波辅助等离子体化学气相沉积装置,研究了硅基片预处理方式对金刚石薄膜形核密度的影响．在工作气压为5-8kPa,微波功率为2500—5000W,甲烷流量为4-8cm^3／min,氢气流量为200em3／min,沉积温度为500℃-850℃的条件下,在单晶Si基片上沉积金刚石薄膜．通过扫描电子显微镜形貌观察表明,基片预处理能够显著提高金刚石形核密度,同时用拉曼光谱表征了金刚石薄膜的质量,