采用一体化燃煤添加剂的燃烧中固硫作用研究

针对五个不同煤种 ,研制出与之相匹配的催化燃烧及固硫一体化添加剂 ,采用高温定硫仪对其燃烧固硫效果进行了评价 ,考察了温度、Ca S摩尔比等影响因素 ,并着重讨论了一体化添加剂中催化燃烧组分的协同固硫作用。结果表明 ,一体化添加剂中的金属催化组分对CaO固硫具有较大的协同促进作用 ,固硫作用适宜的Ca S摩尔比因而可适当降低 ,一体化添加剂在燃烧固硫方面比传统单一组分固硫剂更具优越性 ,从而使催化燃烧和燃烧固硫两个过程有机地结合在一起。     

CaO固硫反应机理研究的新进展

CaO固硫反应的机理研究一直是高温钙基固硫的难点，最近研究认为CaO固硫反应分为两个阶段：前期为表面化学反应阶段，后期为产物层扩散控制阶段。前期反应生成的CaSO4不仅堵塞了CaO颗粒之间的微孔，也逐渐包覆了CaO颗粒，致使后阶段固硫反应转化率明显降低。传统上认为是SO2和O2通过CaSO4产物层向内扩散与CaO进行反应，依此机理提出了核收缩模型和等效粒子模型。新的研究结果认为，固硫反应后期的产物层扩散控制阶段，主要发生的反应是Ca2+通过产物层CaSO4扩散至表面与SO2和O2进行反应，而与传统的机理不同。本文主要介绍了两种实验技术在CaO固硫机理研究中的应用，并在实验现象基础上，对固硫机理提出了新认识。最后对在CaO中添加了不同添加剂能明显提高固硫率的试验数据作了新的机理解释。     

CaO固硫过程中Ca~(2+)在CaSO_4产物层内扩散的研究

应用标记实验技术 ,研究CaO固硫反应过程中产物层扩散控制阶段的反应机理 .利用扫描电镜和反射式光学显微镜 ,对压制烧结并带有Pt标记的CaO样品在固硫反应前后的形貌变化观察 ,结果表明 :经过较长时间的固硫反应后 ,在Pt标记层外表面形成一层覆盖物 ,XRD分析结果证明该覆盖物是CaSO4.利用电化学综合测试仪测量了CaO及CaSO4在高温下的电导率 ,结果表明在 10 0 0℃时CaSO4的电导率达到了 10 -3 数量级 ,说明在高温下CaSO4内Ca2 + 有较高的离子迁移特性 .根据标记实验、电导率测试的结果和CaO掺杂体系的固硫动力学数据的分析认为 :CaO固硫反应在后期的扩散层控制阶段的主要反应是Ca2 + 通过CaSO4产物层扩散至CaSO4外表面与SO2 和O2 进行反应 ,生成CaSO4,而不是SO2 和O2 气体通过CaSO4产物层向内扩散 ,在颗粒内部与CaO发生固硫反应 .     

催化剂对CaO固硫反应活性的影响研究

用热天平研究了在CaO中添加不同催化剂对固硫反应进程及固硫反应转化率的影响,并采用等效粒子模型处理实验数据,计算了固硫反应两个阶段(表面化学反应控制阶段及产物层扩散控制阶段)的动力学参数。实验表明不同的催化剂对CaO固硫的影响效果和机制不同：催化剂KNO3,NaNO3使表面化学反应活化能和产物层扩散控制阶段反应活化能降低,但同时也使表面化学反应指前因子和扩散系数指前因子降低;而催化剂Fe2O,V2O5增大了表面化学活化能和产物层扩散控制阶段反应活化能,但同时也增大了表面化学反应指前因子和扩散系数指前因子。并发现几种催化剂对活化能和指前因子的影响都具有耦合性,因此单以表面化学反应活化能或产物层扩散控制阶段反应活化能来判断固硫反应活性是不够全面的,应计算出具体温度下的反应速率常数和产物层扩散系数值,才能准确地反映固硫反应的活性。     

高温环境下灰中矿物质对长广煤燃烧固硫行为的影响

针对煤粉炉及层燃炉中煤灰固硫特性,以高温固硫物相硫铝酸钙为固硫产物,对掺混不同比例煤灰的三种煤和添加设定比例CaO和Al2O3后煤的高温固硫特性进行了分析。结合XRD晶相分析和SEM表面形态分析发现,相对低比例煤灰而言,高比例煤灰更能提高煤的固硫率,渣样中硫铝酸钙含量明显增多。煤中添加CaO和Al2O3添加剂后,1300℃下的固硫率为24%,此时产物中有固硫物相硫铝酸钙生成。     

Fe203中的晶格氧用于甲烷在熔融盐中的催化燃烧(Ⅰ)催化剂的制备及性能表征

制备了新鲜的Fe2O3甲烷燃烧催化剂,利用XRD、SEM和TG等分析手段对催化剂的性能进行了表征.并在质量比为1:1的Na2CO3和K2CO3熔融盐中研究了Fe2O3中的晶格氧对甲烷的催化燃烧性能.TG分析表明,Fe2O3与CH4的反应分为两个阶段,第一个阶段从550℃开始,700℃结束,这一阶段里Fe2O3主要被还原成了Fe3O4,第二个阶段从800℃开始,Fe3O4被还原成了FeO和Fe;新生成的铁和低价铁氧化物与空气反应的TG曲线只出现一个增重阶段,从350℃开始质量开始显著增加,最后又重新生成了Fe2O3.在熔融碳酸盐体系进行的切换反应表明,在熔融盐中Fe2O3中的晶格氧能有效地对甲烷的燃烧过程进行催化,并且失去晶格氧的Fe2O3能与空气反应重新恢复其晶格氧,并且整个反应过程放出的热被储存在熔融盐热载体中,这更有利于甲烷的完全燃烧或部分氧化制合成气.因此,控制合适的反应条件,利用Fe2O3作为催化剂在熔融盐体系里使甲烷完全燃烧或部分氧化制合成气是可能的.     

催化剂对CaO固硫反应动力学的影响

提高CaO的固硫率是对煤炭燃烧污染防治的研究热点。本研究探索用催化剂提高CaO固硫率的可行性及其对固硫反应动力学的影响。用热天平测试了在CaO中添加不同催化剂的固硫反应的进程,并采用等效粒子模型处理实验数据,计算了表面化学反应控制阶段及产物层扩散控制阶段的动力学参数。实验表明,CaO固硫反应初期为表面化学反应控制阶段,后期转为产物层扩散控制阶段。以碱金属的盐类为催化剂,它们均能使固硫反应前期的化学反应控制阶段的反应活化能下降,并按Li,Na,K,Cs的顺序依次递减,而碱金属盐的负离子主要影响产物层扩散阶段的固硫反应。     

添加剂对燃煤电石渣固硫的促进作用

在煤的燃烧过程中采用钙基固硫技术脱除SO2等气体污染物,是实现煤高效清洁燃烧的有效措施之一。传统钙基固硫剂价格低廉,但普遍存在固硫剂利用率低,固硫反应速率与硫析出速率不一致,以及高温下形成的固硫产物易于分解等缺点。研究表明,在钙基固硫剂中掺入微量添加剂可以有效提高钙基固硫剂的固硫率。添加剂主要起两大作用,一是对煤的燃烧过程有助燃和促进作用,提高钙基利用率;二是在燃烧过程中形成耐热稳定的物相或熔融物相包裹固硫物相,从而抑制固硫物相的分解,阻止SO2的排放。     

Ni的引入对Cu/γ-Al_2O_3催化剂上含硫低浓度甲烷燃烧特性的影响

采用共浸渍法制备了不同Ni含量的Cu/γ-Al2O3催化剂,在固定床反应器上考察了该催化剂在含硫(SO2,0.01%,体积分数)气氛中对低浓度甲烷(3%)的催化燃烧活性及抗硫中毒稳定性。结果表明,SO2会使Cu/γ-Al2O3催化剂发生硫中毒,Ni的加入可增强其抗硫性能,而且随着Ni含量的增加,其抗硫性改善效果越明显。在Ni含量为10%的Cu/γ-Al2O3催化剂上反应10 h后,甲烷转化率仍可保持在96%以上。SEM、XRD和TPD表征结果显示,Ni的加入促使Cu/γ-Al2O3催化剂表面生成NiAl2O4尖晶石相,提高了催化剂的稳定性。随着Ni含量的增加,催化剂表面Lewis酸性降低,吸附SO2的能力减弱,可延缓催化剂硫中毒,同时也缩短了CO2分子在催化剂表面的停留时间,从而提高了甲烷催化燃烧效率。     

热重法研究煤燃烧添加剂的催化助燃效果及作用机理

用热重法研究了一种煤燃烧添加剂对南票煤和阜新矸石的催化助燃效果,结果表明,在煤样和矸石中加入添加剂后,都能加快燃烧速率,但对煤样的助燃效果更加明显。与此同时,研究了该添加剂对石墨燃烧反应动力学的影响,发现添加剂降低了石墨燃烧反应的活化能,加快了反应速率,从而产生助燃效果;揭示了添加剂的助燃作用机理。     

金属Sr、Fe掺杂对LaCoO3催化氧化碳烟及抗硫性能影响

利用柠檬酸-EDTA(乙二胺四乙酸)配位法制备了La1-xSrxCo1-yFeyO3催化剂,展现出较好的催化氧化碳烟(soot)活性和抗硫性能。通过X射线衍射(XRD)、傅利叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、H2-程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和SO2程序升温脱附(SO2-TPD)等研究了Sr、Fe掺杂对催化剂物理化学性质及抗硫能力影响。当Sr掺杂LaCoO3时有利于形成较多的表面吸附氧(O2^-、O^-)和氧空位,且低温氧化还原性能亦有较大改善,提高了催化氧化碳烟活性,其Ti(起燃温度)和Tm(最大碳烟燃烧速率温度)分别为284和347℃。当催化剂同时掺杂Sr、Fe时,其低温氧化还原性能进一步改善,并形成较多Fe^4+离子,有利于提高催化氧化碳烟活性。催化剂SO2中毒失活主要来源于Co^2+/Co^3+和表面吸附氧的硫酸化(SO3^2-、SO4^2-)。XPS和SO2-TPD结果表明,LaSrCoFeO3抗硫性主要来源于Fe^3+与SO2结合形成的硫酸盐物种,降低了SO2对活性组分表面吸附氧和Fe^4+毒化。TPO(程序升温氧化)结果表明,硫化后的LaSrCoFeO3-S仍具有较好的催化氧化碳烟活性,其Tm仅为361℃,表明Sr、Fe同时掺杂具有较好的低温催化氧化碳烟活性和良好的抗硫性能。     

CuO/Al2O3吸附SO2后氢再生及一体化回收硫磺

考察了添加Na助剂对CuO/Al2O3 的H2再生过程、硫磺产量及后续脱SO2过程活性的影响。结果表明,400℃再生温度下Na助剂添加后,CuO/Al2O3吸附剂的H2再生循环过程的硫磺产量及后续脱SO2过程硫容均变为添加前的1.3倍。Na助剂的添加明显增大吸附剂上载体Al2O3的硫化程度;且在Cu相和Na相共同存在情况下,吸附剂上生成的部分物质Al2(SO4)3在400℃以下即可被还原再生,从而明显提高了H2再生过程的硫磺产量和后续脱SO2硫容。     

金属盐对O2/CO2煤粉混燃钙基脱硫反应的影响

利用添加剂调制改性的方法，考察了以碳酸钠为代表的金属盐对石灰石微观结构的影响，得出调制改性优化了石灰石的物理结构，并在离子比γ为15∶1的加入量效果最佳。在此基础上，借助定硫仪比较了O2-CO2气氛下调制前后石灰石对燃煤SO2释放的影响，并对燃烧产物进行灰熔点分析及灰成分的XRD测试。实验结果表明，在不影响煤粉燃烧结渣特性的前提下，改性后的石灰石可以更有效地抑制SO2的排放，固硫效果在1 000 ℃时达到最佳。     

Catalytic oxidation of CS_2 over atmospheric particles and oxide catalysts

The catalytic oxidization of CS2 over atmospheric particles and some oxide catalysts was explored through FT-IR, MS and a fixed-bed stainless steel reactor. The results show that atmospheric particles and some oxide catalysts exhibited considerable oxidizing activities for CS2 at ambient temperature. The reaction products are mainly COS and elemental sulfur, even CO2 on some catalysts. Among the catalysts, CaO has the strongest catalytic activity for oxidizing CS2. Fe2O3 is weaker than CaO. The catalytic activity for AI2O3 reduces considerably compared with the former two catalysts, and SiO2 the weakest. Atmospheric particle samples' catalytic activity is between Fe2O3's and AI2O3's. The atmospheric particle sample collected mainly consists of Ca(AI2Si2O8) · 4H2O, which is also the main component of cement. COS, the main product, is formed by the catalytic oxidization of CS2 with adsorbed "molecular" oxygen over the catalysts' surfaces. The concentration of adsorbed oxygen over catalysts' surfaces may be th     

添加煤灰及混合氧化物对石油焦CO2高温气化反应的影响

以化学组成相近的燃烧煤灰、气化煤灰和混合氧化物为添加剂,分别通过干混法和湿混法加入石油焦中,并借助热重分析仪在1200-1400 ℃下进行CO₂气化实验,研究高温下煤灰掺混方式、含量及物相组成对石油焦CO₂气化的影响,并使用混合氧化物替代实际煤灰研究其对石油焦的高温气化催化作用。结果表明,石油焦气化反应速率随煤灰添加量的增加而提升;气化温度为1200、1300 ℃时,使用干混法和气化煤灰对石油焦的气化促进作用较弱;但气化温度为1400 ℃时,改变煤灰和石油焦的掺混方式及其中活性金属存在方式,对石油焦气化反应几乎没有影响。这是高温下煤灰熔融,导致液态熔体与石油焦表面接触良好、活性金属自由度高以及传质阻力增加共同作用的结果。此时混合氧化物的催化指数与混合物中铁钙含量具有线性关系,即添加高铁钙含量的煤灰可以促进石油焦CO₂气化反应。     

预硫化处理对Ce-TiO2催化剂NH3-SCR反应活性影响及其反应机理研究

通过对Ce-TiO2催化剂进行SO2+O2气氛下的不同时间的预硫化处理并用于NH3-SCR反应,研究了Ce-TiO2催化剂物化特性随预硫化时间的演变规律,以及预硫化对中低温活性及NH3-SCR反应路径的影响。结果表明Ce-TiO2催化剂表面氧化铈的硫酸化相当迅速,在预硫化处理0.5h后,几乎所有的表面氧化铈都被硫酸盐化形成硫酸铈,随着硫酸化时间的增加到1h和1.5h,Ce-TiO2催化剂上沉积的硫缓慢增加。活性测试表明预硫化后的催化剂对SCR活性的抑制作用随着反应温度的提高而减弱,结合NO-DRIFT、NH3-DRIFT等多种原位表征,结果表明预硫化后低温NH3-SCR活性大幅降低是由于生成硫酸铈后催化剂氧化还原能力大幅削弱,E-R反应路径严重受阻。随着反应温度的升高,SCR活性逐渐不受硫酸铈沉积的影响,一方面,氧化还原性能的提高导致E-R反应路径逐渐恢复;另一方面,硫酸铈的生成促进了NO的活化,增强了L-H反应路径,两者共同导致了预硫化后较高的中温NH3-SCR活性。     

过渡金属氧化物催化剂上NH3 分解Claus反应机理研究

运用浸渍法制备了七种过渡金属氧化物催化剂.对于NH3 分解反应均可获得很高的NH3转化率;对于NH3分解Claus反应则可以获得较高的SO2转化率和单质硫选择性.通过比较发现Co3O4-TiO2和Fe2O3-TiO2催化剂的低温活性比较高.经过XRD表征发现,在NH3分解Claus反应中,催化剂的活性相可能是过渡金属硫化物.结合活性评价和XRD表征结果提出了NH3分解Claus反应的机理.     

SO2在多组分悬浮液中的吸收反应特性

The emission of sulfur dioxide in flue gases is an important problem in industry involving combustion of coal. The wet scrubbing process using lime/limestone slurry as the scrubbing medium is currently the dominant technology for the flue gas desulfurization. Due to the presence of numerous ionic and neutral species in the slurry, the chemical reactions involved in the slurry upon absorption of sulfur dioxide are complex. In this paper, a method of measuring the sulfur dioxide absorption in multi-component suspensions was developed and the characteristics of sulfur dioxide absorption were investigated. The results show that different additives chosed in the experiment can improve the ability of SO2 absorption. As to the same additive, the improvement effect is differ with different concentration. For the magnesium hydroxide additive, its optimum concentration is 1×10-4 mol/L. Experiment results suggested that dissolved sulfur dioxide reacts mainly with the magnesium sulfite ion pair which is responsible for the increased absorption rate of SO2. However, when CO2-3 or SO24- anions are present in the solution, the catalytic effect of magnesium hydroxide precipitate on sulfur dioxide absorption reduces. According to the experiments, absorbents with better performance can be optimized to be applied in semi-dry or wet FGD process to raise SO2 removal efficiency.     

煤灰及各种矿物质对SO2排放特性的影响

利用TG-DTG采用低加热速率实验研究了煤阶、脱灰及煤中主要矿物质成分对煤燃烧过程中SO2排放特性的影响,并对矿物质成分的影响机理进行了讨论。结果表明,煤中硫质量分数的高低对烟气中SO2的排放有明显影响,排放水平与硫质量分数不成比例;煤中硫向SO2转化率与煤阶之间没有明显的关联;脱灰能较小程度地促进SO2的生成,抚顺煤主要矿物质成分中Na、K、Mg以及Ca等碱金属与碱土金属明显抑制SO2的排放,同时纳米级的TiO2也减少烟气中SO2体积分数,这些成分对SO2抑制作用的顺序为MgNa≈K>Ca>Mg>Ti的次序加速焦炭的氧化;Si和Al属于惰性成分,对煤中硫的迁徙以及煤的燃烧特性没有显著影响。