CaO加入条件下煤与CaSO_4氧载体化学链燃烧的反应性能研究

以小型流化床为反应器、水蒸气为气化介质,在CaSO4氧载体中加入CaO颗粒进行煤气化—氧载体还原反应实验。实验结果表明,添加CaO改善了煤气化—CaSO4还原反应性能,提高了煤气化—CaSO4还原反应速率和CO2生成速率。但CaO添加剂的催化作用随反应温度的提高而减弱。900℃是较适宜的反应温度,此温度下加入适量CaO(CaO/CaSO4物质的量比1.18),气态硫化物释放得到显著抑制,SO2和H2S降幅分别为63.19%和27.37%;同时,还能控制CO2被吸收固化成CaCO3的比例低于2%。     

大型电站煤粉炉自身固硫灰渣的微观晶相分析

研究了电站1 025 t/h煤粉炉燃用Ca/S(摩尔比)=2.02的神木煤自身固硫灰渣的晶相组成，XRD分析表明,入炉煤中无定形的非晶相质量分数高达91.2%，CaCO3晶相质量分数为2.1%。满负荷下飞灰中因高温熔融形成的玻璃态非晶相质量分数高达70.5%，煤灰自身固硫产物CaSO4质量分数为3.4%，CaCO3和CaO质量分数为6.9%，使其仍具有进一步固硫的能力。满负荷下炉底渣中钠长石质量分数高达59.2%，非晶相质量分数为25.7%，未发现CaSO4、CaCO3或CaO晶相。当锅炉负荷降低时，飞灰中非晶相质量分数相应降低，炉底渣中非晶相质量分数升高。     

添加CaO的准东煤中温水蒸气气化特性的研究

以内在碳捕集气化为背景,利用加压热重分析仪开展CaO对准东煤中温(700-750℃)水蒸气气化反应动力学特性的影响研究,采用氮气吸附仪对准东煤焦的比表面积进行测定,并对煤中不同赋存形态碱金属含量采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行测定。结果表明,准东煤中的可溶性碱金属元素能有效催化气化反应,引入的二氧化碳吸收剂CaO与碱金属间表现出协同催化作用。水洗后的准东煤焦活性最高,添加CaO后的气化活性最好。Ca/C物质的量比对准东煤气化特性的影响研究表明,CaO的添加存在饱和量,Ca/C物质的量比为1.0较为合适。利用均相模型(HM)、缩核模型(SCM)以及修正体积模型(MVM)对反应动力学实验数据进行拟合,结果表明,修正体积模型可以较好地体现添加CaO的准东煤中温水蒸气气化反应动力学特性,由此获得反应活化能为160.90 kJ/mol。     

氧化钙对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响

研究了CaO对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响。脱除矿物质的胜利褐煤混合不同含量的CaO后在1 100 ℃下进行热解得到相应的煤焦,采用BET、XRD和Raman技术对其进行表征,同时在微型固定床反应器上对所制得煤焦进行水蒸气气化实验。比较添加CaO不同含量煤焦的反应性表明,添加2%(质量分数)的CaO对煤焦水蒸气气化的催化作用很小,而CaO添加量增大到5%时,煤焦的气化反应性能明显提高。煤焦比表面积随CaO添加量的提高而增大。XRD结果表明,在热解过程中,CaO能有效地抑制煤焦向石墨化方向发展趋势。煤焦002和100峰的峰强度随CaO添加量的增加而降低,且煤焦芳香度从66.8%降至39.9%。Raman光谱结果表明,随着CaO添加量的增加,I_D/I_G由1.363增加至1.541,I_G/I_all由0.423减少到0.394。意味着由于Ca的催化作用,煤中大芳香环结构的裂解速率明显增加,且随CaO添加量的增多,煤焦的无序化程度和晶格缺陷均增大。     

流化床生物质与煤共气化特性的初步研究

在热天平和流化床实验装置中研究了生物质与煤的共气化特性，采用程序升温热重法对稻秆焦、高粱秆焦、玉米秆焦和神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行水蒸气气化研究。结果表明，生物质焦和煤焦的反应活性依次增大，其顺序为高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦。一定温度下，生物质焦与煤焦混合物的气化碳转化率高于各自气化碳转化率的加和。在流化床气化实验中，比较了单独煤气化与稻秆/煤混合物气化的结果，实验结果表明，混合物气化碳转化率、气体中可燃组分的体积分数均高于单独煤气化，气体中CO2的体积分数低于单独煤气化CO2的体积分数。     

超声作用下KF/CaO催化酯交换反应制备生物柴油

等体积浸渍法制备了KF/CaO固体碱催化剂,用于催化大豆油与甲醇酯交换反应制备生物柴油,在反应体系中引入超声作为辅助条件。研究表明,KF/CaO催化活性高。在超声的辅助作用下,酯交换反应速率加快,生物柴油的收率提高。实验考察了反应条件对产品中脂肪酸甲酯含量的影响。醇油摩尔比为12∶1,反应温度65℃,催化剂与大豆油的质量比为3%,反应1 h,超声频率20 kHz,超声声强1.01 W/cm2,在此反应条件下,产品中脂肪酸甲酯的质量分数达到99.6%。     

氧化钙脱硫可逆反应过程的研究

在热天平和固定床装置上研究了CaO脱除H2S过程中可逆反应的变化规律。实验结果表明，脱硫过程的最佳温度为Ca(OH) 2分解温度（在二氧化碳不存在情况下）；水蒸气和H2是影响CaO脱硫可逆反应的两个重要因素，提高水蒸气体积分数无论热力学和动力学都有利于逆反应的进行，使得脱硫效率降低，提高H2体积分数可抑制逆反应进行，当H2的体积分数达到一定值时，由多个反应构成的逆反应变为单个反应，高温脱硫精度则由反应(CaO + H2S = CaS + H2O)决定。对通过CaS水蒸气反应实现CaS转化或再生也作了讨论。     

高变质程度无烟煤热天平二氧化碳加压催化气化动力学——热天平等温热重法

以碳酸钠为催化剂，在加压下用热天平等温热重法研究了四种高变质程度无烟煤（挥发分Vad=2.69%~4.35%）二氧化碳催化气化反应动力学，考察了0.101MPa~3MPa对二氧化碳催化气化反应的影响。结果表明，压力大于2.0MPa，增大压力不再加快反应速率。在2.0MPa、750℃~950℃测定实验无烟煤的转化率与时间的关系，用缩芯模型进行较好地拟合。按反应速率常数判定煤样活性大小顺序为：永安丰筛煤>永安加筛煤>永定煤>上京煤，活化能为： 157.21kJ/mol~185.89kJ/mol，要比相同煤种常压二氧化碳催化气化时具有更大的反应速率常数、 活化能和指前因子。 850℃及较低压力 0.101MPa~2.0MPa下，给出永安加筛煤气化动力学方程中的压力修正指数为0.34744，与文献报道一致。     

CaO对褐煤在超临界水中制取富氢气体的影响

以褐煤在超临界水中制取富氢气体为目的，利用小型高压间歇反应装置，在Ca/C 摩尔比为0～0.60、温度450℃～680℃、压力23MPa～38MPa和停留1min～30min下，考察了小龙潭褐煤的反应特性。研究表明，CaO不仅可以固定气相中的CO2，提高H2的体积分数，而且可以提高碳转化率和气体产率。600℃、28MPa，Ca/C摩尔比为0.42时，气相产物中的CO2趋于完全固定，H2产率比无添加剂时提高2.5倍，H2体积分数为48％，其余为CH4和烃类气体。升高反应温度使CaO的催化作用更为显著, 碳转化率和气体产率（H2、CH4、烃类气体）随着反应温度的升高而逐渐增加，液相收率减少。增大反应压力可以促使煤转化率和气体产率升高，停留时间对反应的影响相对较小。以900℃热解焦为反应原料进行了气化实验，结果表明，在600℃和650℃反应5min后，碳转化率分别为8.6％和12.5％，CaO对气化反应和甲烷化反应起不同程度的催化作用。     

甲醇水蒸气重整制氢CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂的研究

采用浸渍法和溶胶凝胶法制备了CuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂，并将其用于甲醇水蒸气重整制氢反应中。结果表明，与CuO/CeO₂-ZrO₂颗粒催化剂相比，CuO/CeO₂-ZrO₂/SiC整体催化剂催化活性较好，产氢速率较快且重整气中CO体积分数较低。进一步探究了涂层涂覆量和CuO负载量对催化性能的影响，结果表明，当CeO₂-ZrO₂复合氧化物涂层涂覆量在15%±1%，CuO负载量为5%±1%时，催化性能较好；当反应温度为340℃，水醇物质的量比为1.2，甲醇水蒸气气体空速为4840 h^-1时，甲醇转化率为86.0%，产氢速率为1490.0 L/（m³·s），重整气中CO体积分数为1.55%。最后通过单因素实验法探究了甲醇水蒸气气体空速、水醇物质的量比和反应温度对反应的影响。结果表明，随着气体空速变大，甲醇转化率下降，产氢速率上升，重整气中CO体积分数下降。随着水醇物质的量比增加，甲醇转化率先上升后下降，产氢速率先上升后下降，重整气中CO体积分数下降。随着反应温度的升高，甲醇转化率、产氢速率和重整气中CO体积分数均上升。     

混合气气氛下纸浆黑液和钙混合催化剂的催化气化特性

采用热重法在单一和混合催化剂(即3%钙和5%钠-黑液单-催化剂及一种3%钙和5%钠-黑液混合催化剂),温度750℃～950℃及常压条件下对三种高变质无烟煤(福建龙岩、丰海和尤溪煤)研究了混合气气化过程中对碳转化率、气化反应速率及有害污染含硫气体相对量的催化效应.纸浆黑液和钙混合催化剂具有两者的的协同作用,在混合气气化过程中,3%钙和5%钠-黑液混合催化剂可极大地增加碳转化率和气化反应速率系由于该混合催化剂碱性表面化合物[-COM]、[-CO2M]及可交换的钙酚盐和羧酸钙[(-COO)2Ca]的存在加速了反应C 2CO2=2CO和C H2O→CO H2的结果,且这一催化作用比水蒸气气化过程更强烈.通过添加碳酸钙于纸浆黑液催化剂的气化方法,除去促进催化剂功效和增加碳转化率以外,也可达到有效的脱硫作用,但是这一较好的操作温度需低于900℃.     

福建无烟粉煤纸浆黑液富氧流化床催化气化研究

在实验室小型流化床反应器中研究了福建龙岩无烟粉煤纸浆黑液富氧催化气化的特性，考察了纸浆黑液催化剂添加量不同时氧体积分数变化对碳转化率、产气率、煤气组成与热值的影响。结果表明，纸浆黑液催化和富氧气体燃烧的双重作用明显地提高了煤的碳转化率和煤气有效组成；纸浆黑液中钠碱对煤焦气化的催化与对煤灰分中SiO2和Al2O3等氧化物的熔制反应同时发生并存在着竞争；纸浆黑液中钠碱对高温碳与气化剂之间多种反应表现出不同程度的促进。龙岩无烟粉煤在纸浆黑液富氧催化气化时适宜操作条件是氧的体积分数40％和蒸汽/富氧比为1.4kg/m3～2.0kg/m3。碳转化率94％、煤产气率为3.62m3/kg、煤气热值为7.33mJ/m3。     

太原东山煤地下气化模型试验研究

通过地下气化模型试验，获得了东山煤地下气化过程的一般规律。进行了东山煤空气气化及纯氧-水蒸气气化试验，研究了鼓风量及气氧比对煤气组成的影响、气化过程的稳定性以及试验条件下的煤层气化速率变化，进行了纯氧-水蒸气地下气化的物料衡算。试验结果表明，东山煤空气气化可以生产低热值空气煤气，鼓风量会影响空气煤气的组成；纯氧-水蒸气地下气化可以获得合格的二甲醚合成原料气，但需根据气化工作面的移动及煤气组成变化，采用移动点供风气化维持气化过程连续稳定进行。气化过程的物料衡算可以用来预测气化煤气的基本组成。气氧比影响煤气组成变化，试验条件下适宜的气氧比范围为1.8～2.2。气化工作面扩展速率在供风点附近出现最大值，变化平稳，瘦煤地下气化具有较高的稳定性。     

煤催化气化中非均相反应动力学的研究

以神木煤焦为研究对象,在小型加压固定床上考察了不同气化剂(水蒸气、二氧化碳、氢气)、催化剂负载量、水蒸气分压、氢气分压和一氧化碳分压对碳转化率和气化反应速率的影响。结果表明,对于非均相的催化气化反应来说,反应速率顺序为C-H2OC-CO2C-H2。H2和CO不同程度地抑制煤焦水蒸气气化反应,CO的抑制作用明显大于H2。在700℃,当添加5%的CO,碳转化率降低约50%。基于Langmuir-Hinshelwood(L-H)方程,结合随机孔模型,同时考虑催化剂负载量及气化产物分压的影响,建立了煤焦催化水蒸气气化动力学模型,模型预测反应速率常数与实验值误差在10%以内,说明建立的动力学模型可以较好地模拟煤焦的催化水蒸气气化反应过程。     

福建无烟粉煤催化气化

报导了福建无烟粉煤在碱性催化剂作用下的催化气化工作进展,在小型Φ１８ｍｍ固定床与Φ２０ｍｍ流化床中,进行了水蒸气气化、混合气（空气／水蒸气）气化,采用复合１催化剂添加量８％,８５０～９００℃及流化床条件下,即可获得产气率Ｖ＞３ｍ３／ｋｇ煤（无催化剂时,Ｖ＜１．６ｍ３／ｋｇ煤）及煤气热值ＱＬＶＨ＞９ＭＪ／ｍ３（水蒸气气化）与＞６ＭＪ／ｍ３（混合气气化）的结果,并与无烟煤气化的工业装置进行了比较,这为无烟粉煤有效转化的工业化试验提供了最重要的依据     

高灰煤小型流化床混合气催化气化研究

在内径28mm流化床中，对阳泉高灰煤在碱性催化剂（固碱和黏胶废碱液）作用下进行了混合气（空气/水蒸气）催化气化研究，两种碱性催化剂的适宜添加量均为6％。不加催化剂，气化温度830℃~900℃与900℃～920℃下，气化反应的表观反应级数n分别约为2/3与1/3；有催化剂（3％固碱）时，表观反应级数有两个明显的温度段，在830℃~860℃，催化气化的表观反应级数n=1；在860℃~920℃，催化气化的表观反应级数为n=1/3。     

中国无烟煤焦气化活性的研究——水蒸气与二氧化碳气化活性的比较

在常压和920℃~1050℃下，采用热重方法，进行了六种中国典型无烟煤焦水蒸气与二氧化碳气化活性比较的研究。结果表明，无烟煤焦与水蒸气气化反应的活性与无烟煤的煤化程度相对应，无烟煤煤化程度越高，水蒸气气化反应活性越小。无烟煤焦与二氧化碳气化反应的活性与煤中矿物质的催化作用有密切关系，煤中矿物质的催化作用越大，二氧化碳气化反应活性越大。无烟煤焦与二氧化碳气化反应活性明显小于与水蒸气气化反应活性，后者比前者大10倍左右。初步探讨了无烟煤焦与水蒸气和二氧化碳的气化机理。     

胜利褐煤焦钙催化水蒸气气化反应中活性微结构分析

针对胜利褐煤焦水蒸气气化反应过程中钙组分的催化作用,在脱除矿物质胜利褐煤煤样SL~+中添加CaO在1 100℃热解得到添钙煤焦样品Ca-J,Ca-J经盐酸处理脱除其游离钙组分,得到添钙焦酸洗煤样Ca-J~+,采用BET、SEM-EDS、XRD、FT-IR及XPS等技术对所制备煤样进行表征,并在微型固定床反应装置上进行水蒸气气化反应性测试,对煤样微结构特性进行研究,提出了钙催化水蒸气气化反应中的活性微结构模型。结果表明,水蒸气气化反应中,添钙焦样酸洗前后的Ca-J和CaJ~+碳转化率及反应活性指数基本相同,但比酸洗煤焦样SL~+-J高出许多。样品XPS的Ca2p谱图分峰说明,Ca-J~+中存在Ca(CH_3COO)_2与Ca-OOR两种化学形态的钙。化学分析及SEM-EDS表征均表明,Ca-J~+中钙含量比Ca-J减少了97%以上;XRD表明,Ca-J中游离存在的CaS、CaO经酸洗被脱除;FT-IR表明,Ca-J及Ca-J~+中含有C=O、C-O等特征吸收峰。综合上述结果,可推测"R-O-Ca-O-R'"(R及R'可为脂肪族或芳香族结构体)是钙组分催化胜利褐煤焦水蒸气气化的活性微结构。     

氧分压对固体氧化物电解池性能的影响

High-temperature (700–900 ℃) steam electrolysis based on solid oxide electrolysis cells (SOECs) is valuable as an efficient and clean path for large-scale hydrogen production with nearly zero carbon emissions, compared with the traditional paths of steam methane reforming or coal gasification. The operation parameters, in particular the feeding gas composition and pressure, significantly affect the performance of the electrolysis cell. In this study, a computational fluid dynamics model of an SOEC is built to predict the electrochemical performance of the cell with different sweep gases on the oxygen electrode. Sweep gases with different oxygen partial pressures between 1.01 × 10³ and 1.0 × 10⁵ Pa are fed to the oxygen electrode of the cell, and the influence of the oxygen partial pressure on the chemical equilibrium and kinetic reactions of the SOECs is analyzed. It is shown that the rate of increase of the reversible potential is inversely proportional to the oxygen partial pressure. Regarding the overpotentials caused by the ohmic, activation, and concentration polarization, the results vary with the reversible potential. The Ohmic overpotential is constant under different operating conditions. The activation and concentration overpotentials at the hydrogen electrode are also steady over the entire oxygen partial pressure range. The oxygen partial pressure has the largest effect on the activation and concentration overpotentials on the oxygen electrode side, both of which decrease sharply with increasing oxygen partial pressure. Owing to the combined effects of the reversible potential and polarization overpotentials, the total electrolysis voltage is nonlinear. At low current density, the electrolysis cell shows better performance at low oxygen partial pressure, whereas the performance improves with increasing oxygen partial pressure at high current density. Thus, at low current density, the best sweep gas should be an oxygen-deficient gas such as nitrogen, CO₂, or steam. Steam is the most promising because it is easy to separate the steam from the by-product oxygen in the tail gas, provided that the oxygen electrode is humidity-tolerant. However, at high current density, it is best to use pure oxygen as the sweep gas to reduce the electric energy consumption in the steam electrolysis process. The effects of the oxygen partial pressure on the power density and coefficient of performance of the SOEC are also discussed. At low current density, the electrical power demand is constant, and the efficiency decreases with growing oxygen partial pressure, whereas at high current density, the electrical power demand drops, and the efficiency increases.