CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同CaO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度(AFTs)进行了测试,利用Fact Sage 7.0提供的热力学数据库对灰熔融过程进行了模拟,分析不同CaO含量的高钠合成灰的矿物质变化,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成灰的矿物质组成及微观形貌进行了研究。结果表明,随着CaO含量的增加,灰熔融温度先降低后提高。添加CaO同时影响含钙矿物质与含钠矿物质的存在形式与相对含量。在1 000℃下,含钙矿物质由钙长石依次转化为钙铁榴石、硅灰石、钙黄长石、硅钙石和原硅酸钙,含钠矿物质由钠长石转化为霞石。二元相图和似三元相图的结果表明,液相线温度随CaO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当CaO含量高于40%时,可以有效提高灰熔融温度。     

煤灰熔融特性与灰成分之间关系的矿物变化研究

通过在一种真实煤灰中添加不同的氧化物或直接用氧化物配制合成灰,探究了不同灰成分对灰熔融特性的影响规律。利用Fact Sage 7.0对不同灰分的熔融过程进行了热力学模拟,通过熔融过程中的矿物质变化为各种灰成分对熔融特性的影响规律提供理论依据。结果表明,氧化钠对灰熔点的降低作用源于钠长石和霞石对钙长石的取代;氧化镁含量的增加对灰熔点起先降低后升高的作用,当氧化镁含量超过一定时,产生的镁橄榄石能够升高灰熔点;硫对灰熔点的升高作用源于镁橄榄石和硫酸钙对透辉石的取代;氧化钙含量的增加对灰熔点起到先降低后升高的作用,当氧化钙含量超过一定时,硅从熔点较低的矿物质迁移到熔点较高的矿物质中,升高了灰熔点。在与硅氧单元体结合的过程中,氧化钠优先于氧化钙;与氧化钙和硅氧单元体结合的氧化物的优先级为:氧化铝氧化镁氧化铁。     

长治煤与生物质混合灰熔融特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪和Fact Sage软件相结合对生物质(花生壳、稻壳)与高灰熔点长治煤混合灰的熔融特性及其熔融机制进行了研究。结果表明,两种生物质灰都可以降低长治煤的灰熔融温度,花生壳灰助熔效果优于稻壳灰,这主要与它们的化学组成和赋存形态有关。低熔点长石类矿物(钙长石、钠长石)和白榴石的生成是花生壳与长治煤混合灰熔融温度降低的主要原因;长石类矿物的生成及其与SiO_2结合生成的低温共熔物引起稻壳与长治煤混合灰熔融温度降低。热力学计算表明,在碱性氧化物Na_2O、CaO、K_2O存在时,SiO_2和Al_2O_3优先与其反应生成低熔点硅铝酸盐,一定程度上抑制了高熔点莫来石矿物的生成,从而起到助熔作用。混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个阶段,两类矿物熔融顺序:含钾矿物先于含钙矿物。     

高温弱还原气氛下高硅铝比煤灰变化行为的研究

利用XRD和FT-IR考察了两种高硅铝比煤(小龙潭褐煤、府谷烟煤)灰中矿物质在高温(1 100~1 500 ℃)弱还原气氛下的演变行为。通过FACT sage对煤中矿物质主要组分在高温下的变化进行了计算,并与XRD和FT-IR结果进行了比较和验证。结果表明,两种高硅铝比煤中矿物质在高温下的演变行为具有很大的差异,高温下,氧化钙含量较高的煤灰主要生成钙镁黄长石和钙长石等长石类矿物质,氧化钙含量较低的煤灰主要生成铝硅酸盐和少量的钙长石、拉长石等。氧化铁对晶体组成影响不明显;二氧化硅的含量随着温度的升高逐渐减少;低温共熔体系的存在降低了高硅铝比煤灰的灰熔点,同时,增加了高温煤灰中非晶体的含量。FACT sage热力学计算结果与XRD、FT-IR分析结果一致。     

高温弱还原气氛下煤灰中矿物质的定量研究

利用X射线衍射(XRD)研究了1 100-1 500℃条件下弱还原性气氛下胜利褐煤和高平无烟煤煤灰中矿物质的变化,利用Siroquant定量软件计算了高温灰样中矿物质和无定形相的含量,结合化学成分分析,利用差减法计算了煤灰中无定形相的化学组成。结果表明,利用XRD、Siroquant软件并结合化学成分分析,可以对煤灰中的矿物质及无定形相进行定量分析,并可获得不同温度下无定形相的化学组成变化。不同温度范围内煤灰中无定形相的形态不同,当温度低于1 100℃时,煤灰中无定形相主要是未结晶或结晶度较差的氧化物,而随着温度的升高,矿物质发生熔融并形成了玻璃态物质,此时的无定形相则是以熔融的硅酸盐和硅铝酸盐为主。煤灰的硅铝比越低,高温下越容易生成莫来石。     

煤灰中矿物质组成对煤灰熔融温度的影响

选取九种不同灰熔融温度的煤样,利用X射线衍射分析方法,研究了煤灰的矿物质组成及含量对灰熔融温度的影响,以及弱还原性气氛下不同温度煤灰熔融过程中的矿物演变过程及其对灰熔融温度的影响。结果表明,815℃煤灰的主要晶体矿物质组成为石英、硬石膏、赤铁矿、氢氧钙石和石灰等。一般情况下,煤灰中氢氧钙石含量低,硬石膏和赤铁矿含量高的煤,灰熔融温度较低。在还原性气氛下,随着温度的升高,煤灰中的石英、硬石膏、氢氧钙石等结晶矿物含量逐渐减少,生成新的矿物质。莫来石的生成是导致煤灰熔融温度高的主要原因。低灰熔融温度煤灰在加热过程中,在1 100℃时,钙长石和铁钙辉石的生成起到了降低煤灰熔融温度的作用。     

煤催化气化条件下不同煤种煤灰烧结行为研究

选取9类典型煤种,利用压差法测定烧结温度的实验装置,结合灰渣的XRD分析结果,考察了添加K基碱金属催化剂、不同煤种灰成分对烧结温度的影响。结果表明,碳酸钾催化剂的添加,明显降低高铁钙含量的WJT煤的灰熔点及烧结温度,碱金属K化合物极易同煤中Fe、Ca的矿物质反应生成低温共融物进而加剧煤灰的熔融结渣。不同煤种烧结温度的差异与煤灰中硅、铝、铁、钙含量密切相关。铝、硅含量高的煤灰烧结温度较高,而铁、钙含量高的煤灰烧结温度相对较低。碱金属K催化剂的添加加剧了煤灰的烧结结渣,而钙、铁的存在会加速硅铝酸盐间的反应生成低温共融物进而加速灰熔融。各煤种烧结温度的变化与其灰成分在CaO-SiO₂-Al₂O₃、FeO-SiO₂-Al₂O₃三元相图上的位置相吻合。     

工业高碳富钙型灰对准东混煤结渣特性的影响

结合灰熔融测定、固定床和一维沉降炉实验,详细研究两种工业高碳富钙型灰(除尘灰和烘干灰)分别作为添加剂对高、低钠混煤结渣特性的影响。结果表明,原混煤在取样温度1000℃时已存在大量无定型硅,升高温度这些组分极易诱发低温共融反应。添入5%除尘灰后混煤煤灰的软化温度提高幅度高达100℃,能使混煤煤灰中CaO/SiO_2质量比达到2.5,促使新相硅酸二钙和钙铝榴石生成,能够有效改善混煤的高温结渣倾向。沉降炉实验工况下探针收集灰样中主要物相均为钙铝黄长石,掺入两种添加剂后均可促使含硅物相演变为结晶矿物相,抑制非晶相含硅组分诱发的低温熔融,但添入5%烘干灰后探针表面结渣倾向改善的效果不显著。     

Mg2+和Na+对高熔点煤灰熔融性的影响

以山西阳泉固庄高熔点煤灰为研究对象,通过向煤灰中添加不同量的MgO与Na₂CO₃,研究了Mg²⁺与Na⁺在高温下对煤灰熔融性的影响。研究结果表明,煤灰熔融温度随氧化镁的添加(5%~25%)单调下降;而随氧化钠添加(5%~25%)出现先降后升现象,在氧化钠添加量为15% 时,灰熔点达到最低。XRD分析表明,阳泉固庄煤灰熔融温度高(大于1 750℃)的原因是高温条件下耐熔矿物莫来石、方英石的存在。添加外加剂后,高温时外加剂与硅酸盐矿物反应,生成了更多的低共熔矿物霞石、堇青石等。同时,Mg²⁺和Na⁺的加入会使得非桥氧数量增多,高温煤灰低聚物增多,降低了煤灰的熔融温度。通过三元相图以及SEM分析,高温条件下煤灰中部分元素的富集以及团聚现象是导致Mg²⁺和Na⁺对煤灰熔融温度影响不同的原因。     

水蒸气气化条件下碳酸钾对煤灰烧结和矿物质演化的影响

在水蒸气气化气氛(水蒸气-氢气-一氧化碳-二氧化碳混合气氛)下考察了反应压力对负载碳酸钾煤灰烧结温度的影响,建立了包含煤的灰分、煤灰化学组成、催化剂负载量及反应压力因素的煤灰烧结温度预测关系式,预测结果与实测烧结温度的误差在±15℃(2%)范围内。利用X射线衍射仪和Fact Sage热力学计算软件对不同气氛和压力下煤灰中的矿物组成及含量的变化规律进行了分析。结果表明,碳酸钾与煤灰中的硬石膏、方解石反应生成硫酸钾和碳酸钾钙;水蒸气气化气氛下硫酸钾和赤铁矿被还原,碳酸钾钙的分解温度随反应压力的增大而升高;负载催化剂煤灰中氢氧化钾的量随温度和压力的提高而增加,不同压力下煤灰的最低烧结温度与氢氧化钾的含量有关,当氢氧化钾的含量达到一定值时,不同压力下对应的温度与实验测得的煤灰烧结温度接近。     

灰中酸性成分对灰熔融温度的影响

搜集并统计了世界129种典型煤种、城市污水污泥及污泥/煤混烧灰样的灰成分及灰熔融特征温度等相关数据,研究灰中酸性成分SiO2、Al2O3、TiO2和P2O5对灰熔融特性的影响。结果表明,Al2O3是决定灰熔点的主要因素,酸性金属氧化物SiO2、Al2O3和TiO2形成的耐熔矿物质石英、偏高岭石、莫来石、金红石等可提高灰熔点。非金属氧化物P2O5与污泥和污泥/煤的灰熔点FT二次拟合很好且明显降低熔点,污泥灰中P2O5含量显著高于煤灰是导致其熔点明显低于煤的重要原因。     

神府烟煤以及贵阳贫煤分别与木屑掺烧灰沉积特性研究

利用CCD相机和沉积探针组成的在线监测系统，在50 kW下行炉上研究了木屑与神府烟煤以及贵阳贫煤的掺烧灰沉积特性。灰渣沉积过程可分为三个阶段：缓慢增长阶段、快速增长阶段和稳定阶段。烟煤掺烧灰沉积厚度随着木屑掺烧比例的增加而增加，贫煤掺烧灰沉积厚度则随着木屑掺烧比例增加而减小。烟煤中掺烧木屑比例为0、6.7%、15%和22%时，渣层稳定厚度分别为1.37、3.85、11.50、20.56 mm，稳定相对热流密度分别为0.44、0.41、0.30、0.26。贫煤掺烧木屑比例为6.7%、15%和22%时，稳定厚度分别为18.65、10.97和9.78 mm，稳定相对热流密度分别为0.29、0.31、0.33。掺烧木屑之后，灰渣初始层中Ca、K元素显著增加。在相同温度下，随着木屑掺烧比例的增加，灰中熔融相比例增加，因为木屑灰分中含有较多的Na₂O、K₂O等碱金属氧化物，而Al₂O₃、SiO₂等含量较少，降低了灰的熔融温度。     

煤和生物质化学链气化中铜基载氧体与灰分的碳热反应研究

从反应温度、灰的种类和灰的比例三个方面,对煤和生物质化学链气化过程中铜基载氧体与灰中矿物的碳热反应过程进行了研究;通过往复切换固定床的氧化还原气氛模拟化学链气化的循环过程,利用XRD和SEM-EDS等表征手段并结合热力学计算对产物进行分析。结果表明,灰中Fe_2O_3和Al_2O_3易与CuO/Cu_2O反应形成CuAl_2O_4、Cu_2Fe_2O_4和CuFe_2O_4等尖晶石结构的物质,而CaO能够通过阻碍Cu-Al和Cu-Si复合化合物的形成来缓解铜基载氧体的烧结。温度升高促使CuO极易与CaSiO_3和MgSiO_3等硅酸盐矿物发生固-固反应,生成CaCuSi_2O_6和CuMgSi_2O_6等而降低铜基载氧体的反应活性。随着灰分比例的增加,Ca~(2+)和Fe~(3+)等离子富集所生成的Ca_2Fe_9O_(13)易与SiO_2发生反应生成高熔点的CaFeSi_2O_6三相共熔体,与铜基载氧体共熔并覆盖在载氧体表面,阻碍其释氧性能。     

沸石分子筛的生成机理与晶体生长(Ⅺ)——T型沸石的晶体生长

本文提出描述圆柱形T型沸石的晶体生长动力学模型,与实验结果吻合良好。     

沸石分子筛的生成机理与晶体生长(Ⅻ)——ZSM-5沸石生成过程中液相硅酸根离子聚合态的研究

自从1964年Lentz等人提出三甲基硅烷化(TMS)方法研究硅酸盐结构后,人们意识到这种方法能够较真按着地反映硅酸盐结构及聚合状态。又由于硅烷化所得的衍生物(硅酯)易溶于有机溶剂,可以采用多种方法进行分析鉴定。本文应用TMS-GLC及TMSGPC二种方法研究了ZSM-5沸石生成过程中液相硅酸根离子聚合状态的变化。     

A型沸石的生成机理

用化学分析和TMC-GC(三甲基硅气相色谱)法定量地研究了凝胶体系(3Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·185H₂O)在A型沸石结晶过程中固、液相组分SiO₂·Al₂O₃及硅酸根离子存在状态的变化;用电子显微镜研究了液相中晶核的生成,证实了A型沸石结晶过程为液相生成机理。     

吸附剂修饰铁基氧载体的氧化动力学研究

研究了吸附剂修饰合成Fe_2O_3/Al_2O_3的氧化动力学。其中,吸附剂(K_2O、Na_2O、CaO)用于控制化学链燃烧过程中有毒氯化物、硫化物以及重金属的排放。首先在热重分析仪(TGA)上利用合成气作为还原气氛使氧载体呈还原态(FeO/Al_2O_3),在空气气氛下进行了原FeO/Al_2O_3以及三种吸附剂修饰FeO/Al_2O_3的氧化实验,实验温度分别为850、875、900和925℃。通过八种等温动力学模型对900℃下原FeO/Al_2O_3的氧化过程进行了分析。结果表明,phase boundary-controlled(contracting cylinder)模型能够很好地描述其氧化过程(FeO向Fe_2O_3转化过程)。利用该模型分别计算了原FeO/Al_2O_3、K_2O修饰FeO/Al_2O_3、Na_2O修饰FeO/Al_2O_3和CaO修饰FeO/Al_2O_3的氧化动力学参数,其表观活化能分别为13.71、20.21、21.62和24.20 k J/mol。通过进行比较依据动力学参数计算得到的转化率随时间的函数以及实验获得的转化率随时间的函数,进一步证实了phase boundary-controlled(contracting cylinder)模型的可靠性以及相应动力学参数的准确性。     

ZSM-5沸石大单晶的生长

ZSM-5是近十年来发展的具有广泛应用前景的高硅沸石分子筛。其骨架主要由五元环连结而成,具有十元环孔道(直径约6(?))。空间群为P_nma。大于40μm的均匀完美沸石单晶体,为晶体结构的测定以及与催化性质有密切关系的阳离子交换、扩散、吸附等重要性质的研究所必须。在通常的条件下获得大而完美的沸石单晶体是困难的。单晶的合成,有利于研究沸石晶体的形成与生长机理,是沸石结晶动力学研究的重要课题之一。