O_2/CO_2气氛下焦炭氮转化的实验研究

利用热重-傅里叶红外联用(TG-FTIR)的方法对O2/CO2和O2/Ar气氛下大同煤焦燃烧过程中焦炭氮的转化进行了实验研究.结果表明,两种气氛下煤焦燃烧过程中焦炭氮会转化为HCN、HNCO、N2O等.与O2/Ar气氛下的实验结果相比,O2/CO2气氛下焦炭氮的转化时间延长,含氮气体产物的质量分数也存在差异.热解制焦温...     

CO_2气氛对燃料N析出特性的影响

在水平管式炉上进行徐州烟煤在Ar和CO_2气氛下的热解试验,研究CO_2气氛对燃料N析出特性的影响。结果发现,两种气氛下,NH_3的收率随温度的升高均先升高后减小,在800℃时达到一个最大值,Ar气氛下此最大值比CO_2气氛下大很多;两种气氛下,HCN的收率均随温度的升高而升高。两种气氛下随着温度的升高,HCN与NH_3的收率比均升高,但在CO_2气氛下收率比更大,说明CO_2的氧化作用和气化作用促进了燃料N向HCN的转化。     

基于TGA-FTIR研究生物质热解过程中氮化物的生成

基于TGA-FTIR联用技术,考察了升温速率对生物质中氮热解转化成NH3和HCN的影响.结果表明,热解的升温速率影响生物质中氮转化的速率和转化的量,升温速率提高,NH3和HCN的生成量减小,NH3和HCN的起始释放温度及达到最大析出值的温度提高.慢速升温热解,HCN的析出与NH3的析出规律相似,但HCN的析出量明显小于NH3的析出量,生物质中氮主要以NH3的形式析出.     

煤气化中NO_x及其前驱物释放规律研究

采用U型管反应系统,研究了氧浓度、气流速率和气化温度对神木煤气化过程中NO_x及其前驱物的释放规律.研究发现:气化时生成的HCN和NH_3总量比热解时大幅下降,表明O_2的引入抑制了H自由基的可获得性.随着氧浓度的增加,NO的收率先减后增,而NO_2收率几乎没有变化.氧浓度较低时,生成的高浓度CO阻止了挥发分氮向NO的转化.气流速率对含氮气相产物释放影响各不相同.低温气化产物以NO_2和HCN为主,NO_2主要来自进样期挥发分的缓慢氧化,而高温气化产物中的NH_3的生成主要来源于焦炭氮.     

模型化合物氮的热解释放及N2转化特性研究

用纤维素和8-羟基喹啉在高压反应釜中合成出物理性质、化学结构及氮的官能团结构与原煤都很接近的模型化合物,利用携带流反应器实验研究了模型化合物氮在热解过程中的转化,并重点关注燃料氮向N2的转化规律.结果表明,实验条件下模型化合物快速热解的主要气相含氮产物有三种:HCN、N2和氮氧化物,其中N2所占的比例最大,是模型化合物热解的主要含氮产物.温度及矿物质对N2的生成有重要影响,实验条件下,当温度低于1000℃时, N2的释放特性变化不大,但是当温度达到1100℃后,燃料氮向N2的转化率显著增大.添加金属矿物质可以明显改变热解过程中燃料氮向N2的转化特性.     

原煤与煤焦热解气化过程氮转化特性研究

采用热重红外联用的方法,在线检测实验煤种在常压热重分析仪上气化时气体产物的释放过程.实验主要考察无烟煤的挥发分的析出、孔隙比表面积和孔容积对 N 析出与转化的影响,从反应机理上分析含 N 热解气化产物的转化规律.研究发现挥发分的析出速度对煤焦气化影响很明显,在原煤慢焦气化过程中,由于挥发分析出速度慢,形成的孔隙和孔容积较小,而且挥发分中含N量减少会导致焦炭 N 含量增加,从而使得 NH3 和 NO 的析出量增大.在快焦气化过程中,挥发分快速析出,形成的孔隙比表面积和孔容积都较大,导致活性 H 较快释放生成,所以仍然有一定浓度的 HCN 和 NH3.     

采用详细化学反应机理研究煤富氧燃烧NO_x生成机制

本文采用详细化学反应机理,建立氧煤燃烧气固反应模型,分析煤在富氧燃烧条件下NO_x生成机制,研究不同O₂浓度和分级燃烧对NO_x排放的影响。富氧燃烧时,NO_x生成主要路径为:HCN→CN→NCO→NO和HCN→CN→NCO→HNCO→HN₂→NH→HNO→NO。初始O₂增大,挥发分和HCN析出时间提前,高的O₂初始浓度对燃料N转化率有促进作用;煤富氧分级燃烧时,主燃区还原气氛有利于NO还原为N₂,其主要还原路径如下:NO+CO→N+CO₂、NO+H→N+OH和NO+N→N₂+O,当主燃区过量空气系数SR₁从1.15减小到0.6,N最终转化率（t=1000 ms）只是从0.379减小到0.339,相对于未分级燃烧时变化了10.55%,与煤空气分级燃烧相比,煤富氧分级燃烧对N转化率影响较小。     

缺氧及富氧条件下CuFe2O4催化热解酸性红B的原位FTIR反射光谱研究

用原位红外漫反射光谱法研究了在缺氧及富氧条件下CuFe2O4催化热解酸性红B(ARB)的反应过程。结果表明，两种反应气氛对染料分子中磺酸基团的热分解没有影响，但对偶氮基团及芳环的氧化分解影响显。在空气中，ARB的热解更迅速，300℃时可完全氧化为CO2及硝酸盐。而在N2气氛中，加热至300℃时ARB难以完全氧化热解，此时即使再通空气也不易将其完全氧化，而要在更高温度下(500℃)才能快速、彻底氧化成CO2及硝酸盐。     

褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物中碱性金属分布特性

通过沉降炉燃烧实验,研究了褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物的生成和碱性金属元素在颗粒物中的分布特性.结果表明,燃烧气氛由O2/N2燃烧转变为O2/CO2燃烧时,亚微米颗粒物的生成量减少,但超细颗粒量增加.气氛对碱性金属元素分布的影响主要体现在亚微米颗粒范围内.与O2/N2燃烧相比,相同氧浓度下O2/CO2燃烧时所生成亚微米颗粒物中碱性金属向小粒径颗粒中富集.O2/CO2气氛下,低氧浓度燃烧时碱性金属元素对亚微米颗粒物的生成贡献大,而增加氧浓度其在亚微米颗粒物中质量份额则减小.     

高温下气相CL-20热分解反应的 分子动力学计算

研究气相CL-20炸药的反应机理及能量释放规律,有助于认识极端条件下含能材料的冲击点火和爆轰等过程。采用反应分子动力学计算方法,研究不同密度和温度下,气相CL-20热分解反应过程。结果表明气相状态时,其初始反应路径为CL-20单分子的N-NO2键断裂生成硝基自由基;第二阶段反应路径为C-C键、C-N键和N-N键等的断裂与生成,发生了质子转移和开环、闭环等基元反应,形成HCN、N2O2、HONO、NO等中间产物;第三阶段反应路径为N2,CO2,H2O和CO等最终稳定产物生成,且生成中间产物的基元反应数量远大于N2、H2O等最终产物生成的基元反应数量。此外,密度和温度还影响了高温下产物的反应速率常数。     

O_2/CO_2气氛燃煤半焦孔隙特性分析

在沉降炉上制备了不同燃烧气氛、不同燃尽程度的半焦,采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形态.结果表明,所取的半焦试样均具有完整且连续的孔结构体系;但在相同的操作条件下,O_2/CO_2气氛下半焦试样的孔结构参数及其分形维数均小于相同O_2浓度的O_2/N_2气氛下的情况;两种气氛下煤焦的燃尽过程中,孔隙结构参数(S_(BET)、V_(BJH)和d_(pore))随燃尽率的增加均呈减小趋势;SEM图像的定性分析结果与N_2吸附的定量测量吻合较好.研究结果为深入认识O_2/CO_2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础.     

双预电离对TEA CO_2激光器放电特性的影响

一些低增益弱线CO2激光光谱在分离某种同位素方面是非常有用的。在成比例的混合气体中很难获得这些谱线的输出,须适当提高CO2和N2的含量,但结果给主电极的辉光放电带来了困难。通过对改装后的双预电离放电回路的参量进行调节,实现了对预电离的单独控制,有利于增强预电离效果,使高含量的CO2混合气体的放电和出光成为可能。理论和实验证明了双预电离能较好地改善TEA CO2激光器的放电性能,尤其是有望实现用于分离某些同位素的弱线输出。     

非线性拉曼激光雷达测量CO2气体的研究

提出了利用气体的受激拉曼散射(SRS)效应激光雷达光源来探测大气中的CO2气体的新方法,设计出探测大气中CO2气体含量的非线性拉曼增益激光雷达,用Nd:YAG激光器(1064 nm)的三倍频光(354.7 nm)通过分别装有CO2气体和N2气体的拉曼管,分别得到CO2气体和N2气体的受激拉曼散射的一阶斯托克斯线(S1),并用S1线作为雷达的种子发射光源.通过实验得到拉曼管中的气压与S1能量的变化关系,对其优化条件和物理机制进行了分析.该实验方法已经成功测出了大气中CO2气体的回波电压信号.     

以CO_2为工质的行波热声发动机研究

工质对热声发动机的性能有重要的影响.为了进一步增加热声发动机的压力振幅,降低其频率,本文在行波热声发动机中采用CO_2作工质,对采用N_2和CO_2作工质的热声发动机内部声场、压力特性和频率特性进行理论预测,并开展了一系列实验研究.实验结果和理论结果比较吻合,采用CO_2在行波热声发动机中获得1.3的最大压比,对应的压力振幅为0.222 MPa,工作频率降低到18 Hz附近.与N_2相比,采用CO_2提高了行波热声发动机压力振幅的性能.     

A reactive molecular dynamics study of NO removal by nitrogen-containing species in coal pyrolysis gas

Coal splitting and staging is a promising technology to reduce nitrogen oxides (NOx) emissions from coal combustion through transforming nitrogenous pollutants into environmentally friendly gasses such as nitrogen (N₂). During this process, the nitrogenous species in pyrolysis gas play a dominant role in NOx reduction. In this research, a series of reactive force field (ReaxFF) molecular dynamics (MD) simulations are conducted to investigate the fundamental reaction mechanisms of NO removal by nitrogen-containing species (HCN and NH₃) in coal pyrolysis gas under various temperatures. The effects of temperature on the process and mechanisms of NO consumption and N₂ formation are illustrated during NO reduction with HCN and NH₃, respectively. Additionally, we compare the performance of NO reduction by HCN and NH₃ and propose control strategies for the pyrolysis and reburn processes. The study provides new insights into the mechanisms of the NO reduction with nitrogen-containing species in coal pyrolysis gas, which may help optimize the operating parameters of the splitting and staging processes to decrease NOx emissions during coal combustion.     

应用特雷纳法和吉尔法求解脱硫脱硝中化学反应动力学方程

应用特雷纳法和吉尔法求解脱硫脱硝中一类化学反应动力学方程,均得到了满意的结果.分别讨论了NO-NO₂-N₂,NO-NO₂-N₂-O₂和NO-NO₂-N₂-O₂-H₂O系统,指出了各种系统脱除NO_x的途径.同时,讨论了加入CO₂及SO₂后,脱除NO_x和SO₂的情况.     

高浓度CO2气氛下燃煤氮、硫污染物的释放特性

采用污染物在线分析仪、气相便携红外分析仪研究了程序升温条件下改变氧化介质时煤中氮,硫的释放特性以及含硫物相的浓度变化规律,探讨了不同气氛,CO2浓度与O2浓度单独变化时对NO、SO2析出特性的影响机理.结果表明:O2/CO2燃烧气氛下NO、SO2排放峰值及总量均低于O2/N2气氛.CO2气氛下烟气中存在大量的CO,有利于NO的降解,同时也促进了烟气中其他含硫物相的形成,随着CO2浓度的增加,特别是在燃烧后期,NO、SO2的排放显著降低.O2浓度改变对NO和SO2的释放影响不同:O2浓度升高促进了SO2的析出;但是O2浓度在一定范围内增加对NO的排放并无明显影响,随着O2浓度进一步增加,NO的释放峰向低温区迁移,同时排放量降低.     

NOx and N2O precursors (NH3 and HCN) from biomass pyrolysis: Co-pyrolysis of amino acids and cellulose, hemicellulose and lignin

Nitrogen in biomass is mainly in forms of proteins (amino acids). Glycine, glutamic acid, aspartic acid, leucine, phenylalanine and proline are the major amino acids in agricultural straw. The six amino acids were pyrolyzed individually at 800 °C in a tubular reactor in an argon atmosphere. Each amino acid sample was then pyrolyzed individually with cellulose, hemicellulose or lignin with 1:1 mixing ratio by weight under the same condition. The emissions of HCN and NH₃ were detected with a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer. The extent of interaction between the amino acids with cellulose, hemicellulose or lignin was determined by comparing the yields of HCN and NH₃ from co-pyrolysis with those from single amino acid pyrolysis under the same condition. The results indicate that the structure of the amino acid has a significant effect on the nitrogen transformation during pyrolysis. The mixtures undergo solid-state decomposition reactions during co-pyrolysis. The extent of interaction between the amino acids with cellulose, hemicellulose or lignin depends on the amino acid types and the components in biomass. Although single proline and leucine form no char, they give a significant amount of nitrogen-containing char when co-pyrolyzed with cellulose, hemicellulose and lignin. HCN and NH₃ yields and nitrogen conversion pathway from amino acid pyrolysis are influenced by cellulose, hemicellulose and lignin.     

降低空气中CO_2浓度的低温液化法

为了防止封闭型工作环境空气中CO2的含量超标,应用低温液化的方法来分离空气中CO2。对采用级联式液化、氮膨胀液化降低空气中CO2浓度的流程进行了模拟计算和关键参数的比较,得出利用低温液化法从空气中分离出二氧化碳,达到净化空气、改善密闭空间空气品质的方案是可行的。