不同反应气氛下准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性

为了获得循环流化床工艺下不同反应气氛对准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性的影响,在0.4t/d循环流化床实验装置上开展了相同床温(950℃)下的新疆沙尔湖高钠煤的气化(还原性气氛)与燃烧(氧化性气氛)实验研究。结果表明,气化和燃烧气氛下飞灰与积灰中Na主要以NaCl的形式存在;气化比燃烧更容易将Na、Cl固留在底渣和飞灰中,相应的进入气相中的Na、Cl更少;燃烧气氛下,部分NaCl会被烟气中的SO_2硫化,生成稳定性更高的Na_2SO_4并冷凝在飞灰和积灰棒表面,燃烧过程中产生的飞灰粒径更细,积灰更严重;沙尔湖煤燃烧与气化过程中存在HCl对金属壁面的腐蚀。     

燃烧过程中碱/碱土金属对重金属迁移转化影响的研究进展

碱/碱土金属广泛存在于各种固体燃料中，在燃烧过程中碱/碱土金属与燃料中重金属及其他矿物发生复杂的物理化学反应，从而影响重金属的迁移和转化。本研究主要介绍了碱/碱土金属对As、Se、Pb和Cr四种重金属迁移转化的影响规律，包括碱金属和碱土金属对重金属迁移转化的影响，颗粒物团聚与黏结对重金属排放的影响三个方面。碱/碱土金属能够抑制重金属的挥发：碱金属与Cl元素的结合，降低了PbCl₂的生成；碱金属的存在有利于提升高岭土对Pb的吸附效率；碱/碱土金属可以与As和Se形成稳定的化合物。但同时需要注意碱/碱土金属与Cr的部分结合产物中，Cr以六价态存在，具有较高的毒性。碱/碱土金属对于团聚现象发生，分别起到了促进和抑制作用，适当含量的碱金属有利于减少重金属的释放。通过总结碱/碱土金属对重金属迁移转化的影响规律，以期为降低重金属的危害提供思路。     

玉米秸秆与塑料PE共气化过程中碱金属迁移行为的研究

选取一定混合比例的玉米秸秆与塑料PE制成混合燃料,采用固定床实验台,通过改变反应温度,并结合化学热力学平衡分析、X射线衍射及扫描电子显微电镜能谱分析技术对共气化过程中碱金属的迁移行为进行研究。结果表明,气化气中碱金属以气态组元KCl、K₂Cl₂、NaCl形式存在。混合燃料中掺入塑料PE后,C、H含量增加,H使得共气化反应中更容易与Cl反应生成HCl,而非KCl,同时C更容易与K结合,导致K的释放率低于单独玉米秸秆气化,但使Na释放率增加。灰中碱金属化合物以KCl、NaCl、K₂SO₄、KAlSi₃O₈、KAlSiO₄、NaAlSi₃O₈、NaAlSiO₄为主,气化温度高于800℃后灰中K、Na、Cl更易沉积于微孔边缘。     

生物质热解和气化过程Cl及碱金属逸出行为的化学热力学平衡分析

减少生物质在热转化反应器中Cl与碱金属K和Na以气态组元逸出可有效遏制积灰、腐蚀等现象和减少污染气体排放。采用化学热力学平衡分析方法，在400K~1600K研究了秸秆、树皮、木屑、废木和橄榄渣五种生物质在过剩空气系数分别为0、0.4、0.8的热解和气化过程中Cl与碱金属K和Na的赋存形态变化及逸出特性。结果表明，Cl在热解和气化过程中主要是以KCl(s)、HCl(g)、KCl(g)、(KCl)2(g)和NaCl(g)化合物赋存并相互转化；在800K~1000K时，含Cl固态组元逐渐转化为气态组元；K和Na在900K时开始以气态组元逸出，且热解过程有少量KCN(g)和NaCN(g)逸出，而气化过程，温度大于1000K随过剩空气系数的增加，KCl(g)、K(g)和Na(g)等气态组元量逐渐减少，逐渐转化为NaCl(g)、KOH(g)和NaOH(g)；减少Cl和碱金属K和Na逸出的理论最佳热解和气化温度分别为800K和900K。     

准东高碱煤气化过程中碱金属迁移与结渣特性实验研究

利用循环流化床对天池木垒高碱煤进行了气化实验研究,获得了天池木垒高碱煤在循环流化床上的结渣特性及碱金属迁移规律,并对实验中出现的床内颗粒聚团现象进行了分析。结果表明,不同存在形态的碱金属在煤气化过程中的迁移规律不同,水溶钠和醋酸铵溶钠在煤气化过程中以气态形式析出,不溶钠主要存在半焦中;随着气化温度升高,底渣和煤气中钠含量增加,飞灰中钠含量减少;尾部管道温度降低过程中,煤气中钠的冷凝速率明显高于钾;天池木垒高碱煤气化过程中容易引起床内颗粒聚团,床温越高,颗粒聚团现象越明显,床温波动越大;碱金属与灰分中矿物成分及床料中SiO₂反应生成黏性低温共熔物是导致颗粒聚团的关键。     

燃煤过程中碱金属迁移规律的模拟研究与预测分析

基于ASPEN PLUS 平台,对燃煤过程中碱金属迁移规律进行了模拟研究和预测。模拟结果表明,在850K~1650K气态碱金属物质随反应温度的升高而增加;1400K以下,气相中以NaCl、KCl为主,Na2SO4蒸气量明显高于K2SO4;1500K以下,气态碱金属释放量随着煤中氯质量分数的增加而增加;一定温度下,气态碱金属质量分数随压力的升高而降低;常压下煤中氯的质量分数0.1%,温度降到972K时气态碱金属的质量分数可降到2.4×10－8;而当氯的质量分数分别为0.05%和0.01%时,为达到同样的气态碱金属质量分数,温度需分别降到990K和1025K。模拟结果为燃煤联合循环发电系统的设计和优化提供了参考依据。     

秸秆与煤混燃过程中碱金属钾对氮迁移转化的影响

选用经酸洗法脱灰的煤和秸秆制得实验样品。实验采用热重差热分析仪和气相色谱质谱联用仪对不同比例混合的煤和秸秆以及附加不同比例KOH的样品进行燃烧实验,研究秸秆与煤以不同比例混燃过程中碱金属K对NO释放特性的影响。研究结果表明,脱灰样品中参混一定比例秸秆能有效抑制NO释放,且在燃烧过程中NO释放曲线为单峰曲线。低秸秆比例的脱灰混样中,随着K含量的递增,对NO还原的催化作用越强,但含量达到一定值时趋于稳定。混燃气氛中氧气含量越低对还原NO越有利。     

添加Cl离子对V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂低温NO转化率的影响

考察添加不同含量Cl离子对浸渍法制备的Cl-V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂低温NO转化率的影响。随着Cl离子质量添加量从0增加到2.5%,Cl-V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂NO转化率先升高后降低,结合在含有SO_2和H2O的SCR实验结果,确定1.5%Cl-V_2O_5-WO_3/TiO_2为性能最优催化剂。在反应温度为149-362℃,NO转化率大于95%;在145-385℃,NO转化率大于90%。采用XRF、BET、XRD、TG、FT-IR和H2-TPR等方法表征了催化剂的物理化学性能和结构。结果表明,在反应气氛中加入SO_2和H2O后,催化剂比表面积和孔容均减小,副反应产物含有NH+4和SO_2-4。适量Cl离子可以抑制硫物种沉积,减少副反应产物生成,增强催化剂抗中毒能力。     

准东煤燃烧碱金属析出气、固相分布特性

采用萃取法测量了准东煤中不同赋存形式碱金属(Na、K)的含量,Na以水溶性为主,占59%,K主要以不可溶的硅铝酸盐存在,占总量的53%。进行准东煤燃烧实验,燃烧温度为400-950℃,研究了高碱准东煤燃烧过程中碱金属在气、固两相中的分布。结果表明,随温度升高,煤粉成灰率降低,Na从煤中不断析出进入气相;而K在400℃时,气相中的含量低于固相,温度高于500℃,气相中的含量超过固相并基本保持不变;碱金属在固相中出现富集现象,灰中碱金属的质量分数随温度升高;气相中的Na主要来源于水溶性,析出的K除了可溶性外,还有部分来自不可溶的硅铝酸盐;根据国标灰的XRD分析,煤中碱金属在燃烧过程中会与SiO_2和Al_2O_3反应生成钠长石和霞石等低熔点化合物。     

以[BMIM][Cl]离子液体为添加剂制备普鲁士蓝修饰电极及其电化学催化性质的研究

以氯化1-丁基-3-甲基咪唑离子液体([BMIM][Cl])为溶液添加剂,通过电沉积方法制备了普鲁士蓝(Prussian blue,PB)修饰的碳糊电极(PB-IL/CPE);采用循环伏安法检测了不同[BMIM][Cl]浓度下制备的PB-IL/CPE的电化学性能和动力学特征。同时采用计时安培法检测了PB-IL/CPE对过氧化氢的催化性能。实验结果表明,离子液体的存在能够提高PB在电极表面的沉积电流,[BMIM][Cl]浓度为0.2 mmol/L时,PB的氧化还原电流最大;相对于在无[BMIM][Cl]存在下制备的PB修饰电极(PB/CPE),PB-IL/CPE对过氧化氢的催化效果更好,线性范围更宽,灵敏度更高;此外,PB-IL/CPE电极的动力学特征显示,K+在PB-IL/CPE表面的扩散速率明显提高,为4.45×10-11cm2·s-1。     

生物质混煤燃烧过程中钾的迁移转化规律

通过将稻秆和褐煤混燃，研究了燃烧温度以及生物质掺混比例对于混燃过程中K的释放、灰样中K的赋存形式以及矿物质变化的影响。研究表明，燃烧温度对于混合燃料中K的释放影响显著。在600-750℃时，随着温度升高，水溶性K和醋酸铵溶性K大量释放到气相，使得K的释放速率较快；而当温度在750-850℃时，水溶性K和醋酸铵溶性K开始大量地转化为其他形式的K而被固定在灰样中，使得K的释放速率变得缓慢；当温度高于850℃时，随着温度升高，盐酸溶性K的分解导致K释放速率重新增大。通过XRD分析发现，灰样中水溶性K主要以KCl的形式存在，K₂SO₄的生成同时受到原料中K的含量和S/Cl比值两个因素的共同影响，原料中K的含量越高，且S/Cl比值越大，越会促进K₂SO₄的生成。同时也发现生物质和煤混燃时存在协同作用，煤中Al、Si等元素会和生物质中的K反应生成碱性硅铝酸盐，从而导致更多K留在灰烬中。     

煤炭解耦燃烧过程N迁移与转化Ⅲ:多组分气相化学反应实验

在理想平推流反应器中进行了模拟热解气对模拟烟气中NO、N₂O的还原实验研究,考察了反应温度、过剩空气系数,模拟热解气中CH₄、CO、H₂、NH₃入口浓度与模拟烟气中NO、N₂O入口浓度对NO、N₂O与总氮转化率的影响。结果表明,向NH₃添加可燃气体CO、H₂、CH₄可使NO还原窗口向低温方向移动150~200 K,该温度窗口为1 073~1 223 K;但NH₃-CO-H₂-CH₄-O₂体系对NO、N₂O的还原分解作用依赖于体系的O₂浓度,仅在富燃料情形(过剩空气系数λ为0.6)下可分别达60.6%、100%的NO、N₂O脱除率;在反应温度1 073~1 223 K及过剩空气系数λ为0.6条件下,较高的热解气CH₄、CO、H₂浓度可增加NO排放,但有利于还原N₂O;增加NH₃入口浓度可增加NO分解率。     

煤炭解耦燃烧过程N迁移与转化Ⅱ:单组分气相化学反应实验

在理想平推流反应器中进行了模拟热解气对模拟烟气中NO、N₂O的还原实验研究,考察了反应温度、过剩空气系数λ、热解气中CH₄、CO、H₂、NH₃浓度、烟气中NO、N₂O浓度变化对NO、N₂O出口浓度的影响。实验结果表明,当模拟热解气仅含其中一种气体时,在反应温度973~1 223 K时热解气中CH₄、CO、H₂基本不与NO发生反应,当λ小于或等于1.0时可降低N₂O浓度0%~30%;热解气中NH₃可降低NO 10%~60%,但NH₃不与N₂O发生反应。     

固体添加剂对垃圾掺烧污泥焚烧飞灰高温过程中重金属挥发特性的影响

在研究垃圾与污泥掺烧后焚烧飞灰中重金属浸出特征的基础上,重点研究了飞灰在1 000 ℃条件下高温处置过程中重金属(Cu、Zn 、Pb、Cd)随不同停留时间的挥发特性及添加剂(CaO、Al₂O₃、SiO₂、高岭土、粉煤灰)对重金属转化与挥发特性的影响。研究结果表明,飞灰中重金属Zn、Pb、Mn含量较高,Ni的含量较低,而毒性较大的Cd达到29.4 mg/kg。浸出液中七种金属都满足危险废物鉴别标准(GB5085.3-1996),并且重金属的浸出浓度受浸取时间及浸取液pH值影响较大。在同样的高温处置条件下,焚烧飞灰中不同重金属的挥发特性有较大的差别。其中,Pb表现出易挥发的特性,其挥发率超过80%,而Cu挥发性较小,其挥发率小于30%。综合来看,飞灰中重金属的挥发性大小依次为Pb>Cd>Zn>Cu。飞灰中添加Al₂O₃和高岭土可以抑制Cd的挥发,添加Al₂O₃后Pb的挥发率有所减少,添加SiO₂、CaO、高岭土、粉煤灰均使Zn的挥发率降低,而对Cu的挥发率没有抑制作用,这与飞灰中高Cl含量及各痕量元素化合物对固体添加剂活性位选择性的竞争吸附有关。     

The reactions of some protected and unprotected monosaccharides with M(NO){HB(3,5-Me2C3HN2)3}X2 (M = Mo, X = Cl, Br, I; M = W, X = Cl)

The reactions between [M(NO){HB(3,5-Me₂C₃HN₂)₃}X₂] (M = Mo, X = Cl, Br, I; M = W, X = Cl) and the monosaccharides 2,3:4,5-di-O-iso-propylidene-β- -fructopyranose, 2,3:5,6-di-O-isopropylidene-- -mannofuranose, methyl-- -glucopyranoside and -(+)-mannofuranose have been investigated and the complexes [M(NO){HB(3,5- Me₂C₃HN₂)₃}X(OR)] (M = Mo, X = Cl, Br, I; M = W, X = Cl; ROH = 2,3:4,5-di-O- isopropylidene-β- -fructopyranose) have been isolated as mixtures of diastereoisomers.     

Dinuclear molybdenum complexes derived from diphenols: electrochemical interactions and reduced species

The new diphenolato complexes [{Mo(NO){HB(dmpz)₃}Cl}₂Q] where dmpz = 3,5-dimethylpyrazolyl and Q = OC₆H₄(C₆H₄O (n = 1 or 2), OC₆H₄CR=CRC₆H₄O (R = H or Et), and OC₆H₄CH=CHC₆H₄CH=CHC₆H₄O have been prepared and their electrochemical properties (cyclic and differential pulse voltammetry) compared with previously reported analogues where Q = OC₆H₄O, OC₆H₄EC₆H₄O (E = SO₂, CO and S), OC₆H₄ (CO)C₆H₄ C₆H₄(CO)C₆H₄O and 1,5- and 2,7-O₂C₁₀H₆. The electrochemical interaction between the redox centres in the new complexes is very weak, in contrast to that in the 1,4-benzenediolato and naphthalendiolato species. The EPR spectra of the reduced mixed-valence species [{Mo(NO){HB(dmpz)₃}Cl}₂Q]⁻ where Q = 1,3- and 1,4-OC₆H₄O and OC₆H₄SC₆H₄O shows that they are valence-trapped at room temperature, whereas those of the dianions [{Mo(NO){HB(dmpz)₃}Cl}₂Q]²⁻ where Q = 1,4-OC₆H₄O, OC₆H₄EC₆H₄O (E = CO or S) and OC₆H₄CH=CHC₆H₄CH=CHC₆H₄O shows that the unpaired spins on each molybdenum centre are strongly correlated (J, the spin exchange integral A_Mo, the metal-hyperfine coupling constant). The electrochemical properties and the comproportionation constants for the reaction [{Mo(NO){HB(dmpz)₃} Cl}₂Q] + [{Mo(NO){HB(dmpz)₃}Cl}O]₂]²⁻2[{Mo(NO) {HB(dmpz)₃}Cl}₂Q]⁻ where Q = diphenolato bridge, are compared with related compounds containing benzenediamido and dianilido bridges.     

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。     

高碱煤含钠矿物沉积层的高温熔融及多相反应过程分析

采用纯矿物试剂模拟燃用高碱煤时炉内受热面典型的灰沉积层化学组成,利用热机械分析（TMA）、TG-DSC分析、高温煅烧实验结合XRD、SEM-EDS表征方法研究了不同Na₂SO₄含量灰沉积层的高温熔融过程及矿物间的多相反应机理。结果表明,掺混Na₂SO₄后沉积层熔化特征温度显著降低,Na₂SO₄的主要反应途径与掺混比例有关,当掺混比低于20%时,Na₂SO₄与SiO₂、CaO、Al₂O₃反应主要转变为CaSO₄和钠的硅铝酸盐;掺混比大于40%时则主要与CaSO₄生成低熔点的钠钙复合硫酸盐。富Na₂SO₄沉积层颗粒在800℃时开始黏结;900-950℃时,霞石、钠长石等钠的硅铝酸盐发生低温共熔,同时Na₂SO₄和CaSO₄生成的复合硫酸盐开始熔融,逐渐形成液相;1200-1250℃时,镁黄长石与含钙矿物发生强烈共熔,温度超过1300℃后矿物完全熔融成为自由液相。