煤燃烧过程中氟析出特性与生成机理

通过建立的固定床管式炉煤燃烧氟析出试验装置，研究了煤燃烧过程中气态氟的排放特性，并根据燃煤氟析出等温动力学实验建立了气态氟生成动力学模型。结果表明：氟析出率随燃烧温度的升高而逐渐增加，煤中氟在300 ℃～400 ℃开始析出，500 ℃～1 100 ℃为主要析出温度范围；氟析出率随煤在炉内停留时间的增加而增加，但前5 min为主要析出阶段；炉内还原性气氛对氟析出有一定的影响；氟析出率与煤中氟赋存形态和含氟量有关。燃煤过程中氟析出过程可用一级反应动力学描述，反应活化能E和频率因子A依赖于煤中氟的赋存形态和氟化物的热稳定性。不同煤种E为28.0 kJ·mol－1～65.1 kJ·mol－1，A为12.5 min－1～46.0 min－1。     

松木屑与褐煤共气化的TG-FTIR实验研究

利用TG-FTIR对松木屑、褐煤及其混合物的共气化过程及气化产物进行了分析，研究了掺混比例、升温速率以及反应气氛对共气化过程的影响。结果表明，松木屑加入后提高了试样的反应活性，随松木屑比例增加，气化失重速率逐渐降低，CO的开始析出温度及析出峰面积A_CO呈降低趋势；较低的升温速率有利于CO和CH₄的析出，随着升温速率的增加，DTG曲线向高温侧移动，最大失重速率显著增加，褐煤热解对应的峰逐渐消失；CO₂气氛对挥发分析出阶段的失重行为影响不明显；空气气氛时挥发分析出阶段的两个失重峰分别对应挥发分的燃烧和固定碳燃烧，该气氛下没有明显的焦炭气化阶段。     

CaCl2的高温稳定性试验研究

在燃煤造成的特殊污染物中，有关HCl等无机污染物的排放已经成为一个前沿的新热点研究领域。燃煤过程中钙基固氯剂燃烧固氯的最终产物CaCl2，其高温稳定特性对固氯效率有重要影响。本文在固定床反应器上采用气态氯化物直接吸收分析法，对CaCl2晶体粉末在干燥大气和饱和大气下的高温稳定性进行了实验研究。结果表明，在高温条件下CaCl2发生水解反应，水解反应起始温度在700 ℃左右，水解率随燃烧温度和停留时间的增加而增加，空气中水蒸气含量对水解率有显著影响。动力学计算表明在700℃～1300℃温度范围内CaCl2水解反应为二级反应，随温度变化反应机理有所不同，600℃～1000℃和1000℃～1300℃两个温度段的反应活化能分别为E=37.82 kJ/mol和E=18.13 kJ/mol。研究结果对燃煤过程中高温高效燃烧钙基固氯剂的开发有指导意义。     

松木屑与褐煤共气化的TG-FTIR实验研究

利用TG-FTIR对松木屑、褐煤及其混合物的共气化过程及气化产物进行了分析,研究了掺混比例、升温速率以及反应气氛对共气化过程的影响。结果表明,松木屑加入后提高了试样的反应活性,随松木屑比例增加,气化失重速率逐渐降低,CO的开始析出温度及析出峰面积ACO呈降低趋势;较低的升温速率有利于CO和CH4的析出,随着升温速率的增加,DTG曲线向高温侧移动,最大失重速率显著增加,褐煤热解对应的峰逐渐消失;CO2气氛对挥发分析出阶段的失重行为影响不明显;空气气氛时挥发分析出阶段的两个失重峰分别对应挥发分的燃烧和固定碳燃烧,该气氛下没有明显的焦炭气化阶段。     

垃圾焚烧中氯化物对重金属Pb迁移转化特性的影响

采用管式炉和模拟垃圾对垃圾中氯化物对重金属Pb迁移转化特性的影响进行了研究,使用ICP-AES(美国EPA消解方法)、SEM、EDS和XRD等对重金属浓度、灰渣表面形貌、成分和灰渣X射线衍射物相等进行了分析。结果表明,氯化物含量的增加使得Pb生成更多易挥发性物质,从而向飞灰迁移分布,但有机氯PVC的影响比无机氯NaCl的大。无机氯NaCl和有机氯PVC对焚烧中Pb迁移转化作用机理不同,NaCl易与Pb反应生成PbCl2,而PVC与Pb反应除了生成PbCl2外,还生成了Pb(ClO4)2、PbCl2O4和PbO2。同时焚烧温度和停留时间也是焚烧中Pb迁移分布的两个主要影响因素。     

无烟煤挥发分和焦炭独立燃烧过程中NO生成规律

采用固定床反应器，将无烟煤粉的燃烧分为焦炭燃烧和挥发分燃烧两部分，研究了各自燃烧过程中产生NO的规律，评价了焦炭N和挥发分N对煤粉燃烧产生NO的相对贡献。结果表明，煤粉N﹑焦炭N和挥发分N的转化率都随过量空气系数α和温度的增加而增加；焦炭N是无烟煤粉燃烧过程中NO的主要来源；煤粉的转化率都小于煤粉分解燃烧时挥发分转化率加焦炭的总转化率；还原性气氛或氧化性气氛越强，挥发分和焦炭在煤粉燃烧时的相互作用越强。     

油页岩热解挥发分产物二次反应对油气收率与组成的影响

采用两段反应器对油页岩热解释放的一次挥发分产物进行不同热态条件下的二次反应特性研究,考察第二段温度、气氛与停留时间对油气收率及品质的影响。研究结果表明,转化温度对油气产率的影响最明显,在优化第一段热解反应条件的基础上,当反应器第二段温度由600℃提高到650℃时,油页岩热解油产率下降15%(质量分数,下同),气体产率增加约20%。与氮气气氛相比,水蒸气作为第二段反应气氛能够提高液体油品收率约5%,并且热解油主要集中在馏程350℃的汽柴油馏分。结合GC-MS分析表明,停留时间0-3 s二次反应主要为裂解过程,水蒸气能够提高油品中芳烃含量,同时抑制芳烃缩聚;3-5 s二次反应主要为缩聚过程,焦炭生成量增加,汽柴油馏分收率保持稳定,VGO馏分油收率下降约30%。     

原煤低温氧化预脱硫的实验研究

采用三种高硫煤，在固定床反应器中考察了原煤在空气、空气水蒸气和空气氮气气氛下低温氧化预脱硫过程的影响因素，包括煤种（总硫含量、形态硫分布和挥发分含量）和化学反应条件（温度、停留时间）。脱硫前后的样品中硫及硫形态、热值、工业分析和元素分析依据国际进行测定。实验结果表明硫及碳质的氧化在开始阶段以不同的速率析出，随后反应中差别减小；黄铁矿硫可得到高的脱除率；水蒸气适当比例的加入可以增加黄铁矿的脱除，同时降低碳的转化和热量的损失；而氮气的加入在降低碳和热量的损失外，降低了硫的脱除。     

城市生活垃圾焚烧体系化学热力学平衡分析

采用化学热力学平衡分析方法，分析城市生活垃圾焚烧体系污染物的排放特性。主要计算了聚氯乙烯（PVC）及典型城市垃圾焚烧过程氯元素的化学平衡组成及其浓度，同时研究了脱氯剂对PVC及垃圾中氯转化的影响。计算结果表明，PVC热态反应的主要产物是HCl气体，在加入脱氯剂后温度低于600℃时，脱氯剂对HCl的脱除作用很明显；城市生活垃圾热解和燃烧过程中在温度超过600 ℃，垃圾中的有机氯和无机氯都将转化为HCl气体，而此时脱氯剂失去效果。由计算结果得到控制HCl生成，消除二口恶英污染物的生成反应工艺条件。     

煤及煤焦气化过程中NOx前驱体释放规律研究

采用管式固定床反应器，在常压下考察了气化剂和气化温度对中澳两种煤及其焦气化过程中含氮化合物的释放规律。研究发现：在CO2气氛中，煤气化过程中NH3及HCN的释放规律与煤热解过程中的结果基本类似，在800 ℃产生的NH3量最多，后随温度的进一步升高而下降；煤及其焦的水蒸气气化随反应温度的升高将会产生大量的NH3，且在考察的温度区间没有下降的拐点；在煤水蒸气气化过程中，煤中的挥发分不仅能形成HCN而且对NH3的形成起重要作用；煤气化产生HCN的量随气化温度的升高而增加，与气化剂的选择无关。     

氢气和合成气下生物质高压液化过程的实验研究

在小型高压反应釜中以四氢萘为溶剂,氢气和合成气为液化反应气,通过对不同液化条件下所得液化产物的收率及性质分析,考察了不同液化条件（反应温度、反应时间、反应气压力）对锯屑高压液化行为的影响;同时在相同液化条件下,通过液化产物收率和性质的分析,考察了气氛对锯屑高压液化行为的影响,探讨了用合成气代替氢气进行液化的可行性。结果表明,在氢气和合成气气氛下,随着反应温度的升高、反应时间的延长或反应压力的提高,液化油的收率都是增加的,但各种条件对液化油收率的影响程度不同。温度影响最大,时间影响次之,而液化气压力的影响最小。其他液化条件完全相同的情况下,氢气和合成气下所得产物的收率及性质相近,用合成气代替氢气液化具有可行性。在此条件下优化的液化反应条件为,以四氢萘为溶剂,反应温度为300℃,气体压力为2MPa,反应时间为30min,转化率为75.1%,液化油收率高达48.4%。     

生物质炭燃烧特性与动力学分析

利用小型固定床反应器对棉杆和木屑进行了炭化制焦实验,利用热重分析仪对制得的生物质炭进行氧化实验.基于综合反应速率方程推导了生物质炭氧化过程气固反应机理,并对热重实验结果进行拟合计算.实验结果表明,随着制焦炭化温度的升高,生物质炭的着火温度和燃尽温度升高,燃烧特性指数S减小;棉杆炭综合燃烧性能优于木屑炭.棉杆炭在低温段和高温段燃烧的反应机理不同,低温段燃烧反应的机理是片状内扩散反应机理,高温段燃烧反应的机理是球形界面化学反应机理.木屑炭的反应机理是球形界面化学反应机理.拟合计算求得的活化能并不能反映出生物质炭进行燃烧反应的难易程度.     

聚氯乙烯燃烧特性及HCl的生成机理

采用热重法对聚氯乙烯（ＰＶＣ）的燃烧过程进行了研究,探讨阳聚氯乙烯燃烧科技司,并由它们的微分热重曲线计算出的反应动力学参数及影响反应常数的因素进行了研究。同时,考察了恒速升温和快速升温过程ＨＣＩ的生成特性。结果表明,ＰＶＣ的燃烧机理是由三个过程决定的,可用三个一级反应表示。ＰＶＣ的燃烧过程的第一阶段为脱氯阶段。第二阶段的活化能和指前因子明显低于第一和一阶段。此阶段为挥发分释放阶段。升温速率的增加导     

煤与混合废塑料共热解固体产物中氯的赋存形态及在燃烧时的释放特性

通过红外光谱、热重 质谱及燃烧 水解实验，研究了煤与废塑料共热解固体产物中氯的赋存形态及在燃烧过程中氯的释放特性。结果表明，温度低于600℃热解的半焦中存在有机氯化合物；600℃以上热解的半焦（或焦炭）中氯主要以无机盐类存在。燃烧过程中氯的释放率与燃烧温度，煤与废塑料共热解的温度以及共热解时废塑料的加入量有关。燃烧温度越高，氯的释放率越大，900℃燃烧时，氯的释放率都在94%以上；在同一温度燃烧时，热解温度越高，氯的释放率越低。400℃热解的半焦最高释放率达99.86%，而1000℃热解的焦炭的最高释放率为94.35%。     

基于赤铁矿的生物质化学链燃烧过程中氮氧化物的释放特性

在单批次进料固定床上,基于赤铁矿载氧体,研究了还原反应阶段反应温度和水蒸气量对谷壳的氮氧化物释放特性的影响。研究表明,碳转化率随反应温度升高而增加,但随水蒸气量呈先增加后下降,并在水蒸气量为1.0 g/min时达到最大值。在实验条件下,还原阶段未检测到NO₂。随着反应温度由750 ℃升高到900 ℃,NO的生成率增加,而N₂O的生成率先增加后降低,在850 ℃时达到最大值。水蒸气量由0.5 g/min升高到2.0 g/min,N₂O和NO的生成率均增加,且NO增加速率高于N₂O。在反应后的载氧体中,检测到KAlSi₃O₈存在,表明载氧体与生物质中的K元素发生反应。     

微波加热与常规加热方式下甲苯的裂解实验研究

为了减少生物质焦油含量,探索达到最优焦油脱除效果的操作条件,在固定床反应器上,考察了微波加热(MH)与常规加热(EH)方式下温度、反应气氛、停留时间对焦油模型化合物甲苯裂解的影响及气固产物特性。实验结果表明,甲苯转化率随裂解温度升高而升高;700℃下N2、水蒸气、CO2气氛下微波加热甲苯转化率为92.7%、97.8%、93.9%,常规加热条件下为59.2%、59.7%、59.4%;停留时间对甲苯裂解影响较小。甲苯裂解主要气体产物为H2,两种加热方式下H2选择性有较大差异,600℃~800℃微波加热比常规加热均高出约15%。甲苯裂解的主要固体产物为碳,常规加热下均为无定型裂解碳,微波加热下有少数特殊碳形态生成,电镜扫描发现为碳纳米管。另外,生物质焦的XRD分析表明,微波加热裂解甲苯的过程中存在"热点效应"。     

氧化反应对胜利褐煤水蒸气气化反应的促进作用Ⅰ:宏观反应特性研究

在φ80×3 000mm耐高温不锈钢管气流床反应器中,以150-180μm胜利褐煤为气化原料,考察了800和900℃时添加氧气前后褐煤转化率的变化,研究了氧化反应对水蒸气气化反应影响的宏观特征。结果表明,添加氧气后褐煤转化率明显大于O_2和H_2O气氛下褐煤转化率之和,即向水蒸气气氛添加氧气后褐煤转化率的增幅大于氧气氧化作用导致的褐煤转化率的增幅,随着H_2O含量增大以及温度的升高此现象愈加明显。该协同作用主要是氧化反应对水蒸气气化反应的促进作用造成的。利用φ40×200 mm石英圆筒流化床反应器进行了类似的实验,也发现了该协同作用。同时,借鉴收缩核模型并结合气流床气化实验条件推导了水蒸气气化宏观动力学方程,得到的速率方程(Z-(1-x))~(1/3)=(tβk_(H_2O)/Rρ_C)φ_(H_2O)=K_(H_2Oφ_(H_2O))与实验值吻合较好,添加氧气后水蒸气气化反应速率和水蒸气气化反应表观速率常数K_(H_2O)明显增大,这是氧气对水蒸气气化反应促进作用的动力学特征。     

合成气气氛下褐煤与生物质共液化残渣的燃烧特性

利用热重研究了不同液化条件(溶剂、温度、气氛、水分)下褐煤与生物质共液化所得残渣的燃烧特性。通过比较共液化残渣燃烧的三个特征温度,着火点、燃烧峰温和燃尽温度,对比分析了液化条件对残渣燃烧特性的影响及其原因,同时研究了残渣燃烧的动力学。结果表明,四氢萘为溶剂所得残渣的燃烧特性好于甲苯为溶剂的;360℃下所得液化残渣燃烧反应性好于420℃下的;合成气气氛下所得液化残渣燃烧反应性好于氢气气氛下的;液化过程加入水后,所得残渣的燃烧反应性降低。不同液化条件下所得残渣的加氢程度和收率不同,使残渣具有不同的H/C原子比、比表面积和灰分,从而对残渣的燃烧特性产生影响。残渣的燃烧特性符合三段二级反应,大部分残渣三段活化能遵循"高-低-高"的变化规律。