烧结矿应用于化学链燃烧的反应特性

本文通过热重实验研究了烧结矿作为载氧体的H2还原反应特性,将其与通过溶解法制备的Fe2 O3/Al2 O3载氧体进行了氧化还原反应性比较,在500~1250℃范围内研究了温度对于烧结矿还原反应过程的影响,在950℃下进行了30次循环反应实验,采用四种模型进行了反应动力学分析.结果表明,烧结矿的H2还原转化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循环反应性能.在500~950℃范围内,随温度升高还原反应速率及最终转化率都显著增加;而当温度高于1100℃时,在反应后期还原反应速率和最终转化率有下降的趋势.在500~950℃范围内,对烧结矿的还原过程第一反应阶段( Fe2 O3-Fe3 O4/FeO,还原转化率<25%)可采用二阶反应模型( M2)拟合,得到表观活化能为E=36.018 kJ·mol-1,指前因子为A0=1.053×10-2 s-1;第二反应阶段(Fe3O4/FeO-Fe,还原转化率>25%)采用收缩核模型(M4)拟合,得到的表观活化能为E=51.176 kJ·mol-1,指前因子为A0=1.066×10-2 s-1.     

化学链燃烧中赤铁矿氧载体的本征反应动力学研究

本文对一种化学链燃烧所用赤铁矿氧载体进行了本征还原反应动力学研究。氧载体颗粒的比表面积及孔径分布测试显示此种氧载体的孔隙率为0.031,表明此种氧载体结构致密,孔隙结构不发达。热重反应器上进行的程序升温还原实验结果显示氧载体的还原反应分阶段进行,并确定第一还原阶段的温度测试窗口为400~650°C。在排除了氧载体颗粒内外扩散的影响后,批次流化床实验分析确定反应的本征活化能为138.55 k J/mol,指前因子为6.8×1013s-1。通过对内外扩散因素的分析,加深了对此种氧载体颗粒与CO的宏观反应特性的认识。本研究结论与前人关于缩核模型、外扩散控制以及较小的表观活化能的研究结论具有良好的相容性。     

基于化学链制氧的加热炉富氧燃烧系统构建及分析

基于化学链制氧原理构架了加热炉富氧燃烧系统,以解决富氧燃烧氧气来源问题.通过对Co₃O₄氧解耦特性的研究,分析构建系统的可行性.结果表明:Co₃O₄释氧反应平衡氧的体积分数随温度升高而急剧增大,当反应温度为900℃时,平衡氧的体积分数为29.6%;烟气中CO₂,H₂O等成分不会对Co₃O₄释氧过程产生影响;随Co₃O₄与烟气物质量的比的增大,烟气中氧气的体积分数逐渐增大,当物质量的比为1∶1时,950℃下氧气的体积分数可达24.5%;考虑实际生产过程,产量为32t/h的蓄热式轧钢加热炉,富氧率为4%时,Co₃O₄填充量为3.4t.     

浅谈铜基载氧体与可燃固体废弃物化学链燃烧特性实践探讨

随着人类数量的爆炸式增长,城市进程也随之加快,物质生活的丰富使得生活垃圾大量产生,如何处理这些城市垃圾,成了目前城市环境建设的重要问题.Cu80Si950是一种理想型载氧体,这种通过机械混合法产生的铜基载氧体具有高转化率、高强度、高循环稳定性的特点.文章对固体废弃物热解处理以及化学链燃烧处理等常见处理方式进行了介绍和分析,并以Cu80Si950为研究对象,对铜基载氧体与可燃性固体垃圾进行化学链燃烧特性的试验研究.     

铁基载氧体化学链燃烧还原过程的数学模型

为了研究铁基载氧体的反应特性,基于未反应缩核模型建立了移动床内铁基载氧体颗粒还原过程的一维数学模型.模型中考虑了铁基载氧体与H2、CO的多级还原反应,气体组分体积分数模拟值与实验值的平均误差为6.9％,总还原度的平均误差为11.2％.研究表明:铁基载氧体在移动床反应器内最终还原度约为23％,主要进行的反应是第一级和第二级还原反应,第一级和第二级还原度分别为95％和40％;提高反应器内温度、选择合适的载氧体粒径及气固比有助于增加反应的深度,提高合成气及铁基载氧体的利用率,载氧体粒径建议取1 ～2mm.     

基于铁基载氧体的燃煤加压化学链燃烧循环反应特性

在煤加压化学链燃烧试验装置上,以巴西CVRD铁矿石为载氧体,徐州煤为燃料,进行了煤加压化学链燃烧还原/氧化循环反应试验研究.试验结果表明:随还原/氧化循环次数增加,载氧体反应能力有所增加,载氧体及碳的转化率基本保持稳定;提高反应压力,CO2的捕获效率增加,载氧体还原程度加深,载氧体以及燃料的转化率增加.对载氧体进行表征分析结果表明,随循环次数增加,载氧体颗粒比表面积及孔容积逐渐增加.高压下载氧体颗粒的平均孔径减少,且没有明显发现Fe基载氧体与煤灰相互作用形成复杂的化合物导致载氧体不可逆失活.SEM分析表明,随着循环反应进行,载氧体表面变为疏松多孔状结构,没有发现载氧体颗粒的团聚、烧结现象.试验结果表明该铁矿石载氧体可以应用于煤加压化学链燃烧.     

基于铁基载氧体串行流化床煤化学链燃烧的滞流化现象

以高纯的Fe2O3为载氧体在1 kW串行流化床反应器上进行了煤化学链燃烧连续实验研究.结果表明:实验前期,载氧体展现出了良好的反应性能,煤气化产物转换率较高,额外氧耗率仅为1.0%～2.4%;实验后期,载氧体颗粒表面的严重烧结导致其孔容和比表面积急剧降低,载氧体的活性降低,各项指标衰减;载氧体氧化过程强放热引起颗粒团聚并结块,导致空气反应器出现滞流化现象,实验无法正常继续,因而有必要对该高纯的铁基载氧体加入惰性材料(SiO2,Al2O3等),以提高其抗烧结能力.     

Fe2O3修饰CaSO4/Ben载氧体化学链燃烧反应特性

分别采用间歇式流化床反应器和热重分析仪进行多次循环实验及反应性能测试,研究了Fe2O3在化学链燃烧过程中对CaSO₄/Ben(膨润土)载氧体的催化作用,并对比Fe₂O₃不同添加量(质量分数)时CaSO₄/Ben载氧体与CO的反应活化能。结果表明,添加Fe₂O₃后CaSO₄/Ben载氧体的比表面积和孔容增加,还原反应速率提高,并使系统内维持较高浓度的CO₂;添加Fe₂O₃可抑制CaSO₄生成CaO和含硫气体的反应,提高CaSO₄/Ben载氧体循环反应的稳定性;Fe₂O₃的最佳添加量为w=15.0%,该添加量下CaSO₄/Ben载氧体与CO反应的活化能由88.72 kJ/mol降低至43.08 kJ/mol,反应活性显著提高。     

基于铁基载氧体的甲烷化学链燃烧数值模拟

基于Gibbs自由能最小化原理,建立了以Fe2O3为载氧体的甲烷化学链燃烧模型,研究了流化床燃料反应器内反应物摩尔比、温度以及操作压力对反应产物分布和载氧体反应活性的影响,并揭示了其反应机理.结果表明:当Fe2O3与CH4反应物摩尔比保持在12左右,反应器温度控制在850～900℃范围时,出口处CO2的摩尔分数达到最大...     

CaSO4的复合载氧体制备及其反应特性

利用浸渍法制备出载氧性能较好及价格低廉的复合型CaSO4载氧体,同时研究其固体燃料化学链燃烧特性.在综合热分析仪中研究复合型载氧体同H2和CO等气体燃料和煤焦固体燃料的反应性能,发现浸渍有微量Fe2O3和NiO的CaSO4复合型栽氧体同气体、固体燃料的反应速率加快,反应时间大大缩短,Fe2O3改善载氧体的反应性能方面优于NiO.SEM照片显示复合型载氧体同固体燃料高温下反应前后颗粒形态发生较大变化,并出现颗粒聚团.XRD分析表明循环反应后浸渍的Ni以Ni3S2形式出现,而浸渍的Fe以Fe3O4化舍物的形式存在,CaSO4的还原产物只有CaS.加入CaCO3颗粒后,大大改善了复合CaSO4栽氧体的循环性能.     

生物质燃烧特性与动力学分析

为丰富农林业生物质利用方式,通过热重分析法研究生物质在不同条件下的燃烧特性及其动力学特性。研究表明,不同生物质燃烧特性明显不同。稻壳经不同温度水洗后综合燃烧特性指数增加,最大燃烧速率提高6.0~7.6 %/min,燃烧活化能高于原样,且在一定范围内水洗温度越高,焦炭燃烧阶段活化能越小;提高升温速率,生物质的着火温度、燃尽温度、残余率、最大燃烧速率及综合燃烧特性指数提高;生物质的燃烧反应遵循一级反应动力学模型,相关系数达0.955以上,挥发分析出燃烧阶段活化能均大于焦炭燃烧阶段。该实验结果可为生物质在火力发电行业应用提供参考。     

农业秸秆燃烧特性及动力学分析

选用华中地区典型的农业秸秆（麦秆、稻秆、棉秆以及林业枝条）为研究对象,在热重／差热综合热分析仪（TG-DTA）上研究它们的燃烧特性,并采用非等温积分法（Coats-Refern）分析秸秆的燃烧动力学特性．研究发现：农业秸秆易着火和燃尽,燃烧过程主要包括挥发分的析出燃烧（200-360℃）和固体焦炭的燃烧（360～500℃）．动力学分析表明：挥发分的析出较容易,所需活化能较小（〈100kJ／mol）,而固体焦炭的燃烧较难,活化能达150kJ／mol以上．对于不同的秸秆,麦秆和稻秆较易着火燃烧,而棉秆和枝条相对难以着火燃烧,这与其物质组成与化学结构的不同有关．     

污泥的焚烧特性和化学动力学分析

讨论了在热重天平上对污水污泥所做的热重分析试验结果,根据热重分析发现污泥的焚烧过程由5个阶段组成,即水分的挥发,挥发份的低温挥发,中温挥发,高温挥发以及焦炭的燃烧．根据热重分析结果求得不同阶段的反应化学动力学参数．为了对污泥熔融过程中灰渣的结构变化进行研究,进行了污泥焚烧试验,对污泥的焚烧产物进行了电镜扫描和能量发散光谱分析．     

一种综合热分析方法在反应动力学研究中的应用

以热分析理论为依据，摒弃了以往仅用一种热分析法进行反应动力学研究和近似假设─—炸药的热分解反应机理ｆ（α）＝（１—α）ｎ所带来的弊病，采取４种热分析方法（等温积分法、等温微分法、非等温微分法、非等温积分法）相结合的方法，编制了计算程序，首先判断反应机理，然后求取动力学参数，用所编程序对ＰＹＸ炸药的反应动力学进行了研究，用非等温法判断了ＰＹＸ炸药的反应机理，并求得动力学参数，所求参数与Ｋｉｓｓｉｎｇｅｒ法求得的结果十分接近．     

具有CO2分离的煤气化化学链置换燃烧初步研究

利用Fe2O3,Fe3O4作为载氧体,通过气化、化学链置换燃烧和联合循环等技术,实现燃煤发电的高效和CO2分离.假设煤气完全反应,建立了化学链置换燃烧空气反应器和燃料反应器的质量平衡和能量平衡数学模型,对置换燃烧系统特性进行仿真计算,研究了载氧体还原比率、循环倍率、煤气成分等参数对化学链置换燃烧性能的影响.结果表明:还原比率的升高将增加所需载氧体量,使空气反应器出口空气作功能力下降;循环倍率的提高将使空气反应器空气作功能力下降;而煤气中CH4体积分数升高,热值增加,空气反应器空气作功能力则随之增加.     

生物质裂解焦油的燃烧特性及动力学模型

采用热重分析法对生物质裂解焦油的燃烧过程进行了研究 ,探讨了生物质油的燃烧特性及升温速率对燃烧温度的影响 ,并根据微分热重曲线 ,建立动力学模型 ,计算燃烧反应的动力学参数。结果表明 ,生物质油的燃烧过程可分成 3段 ,其动力学模型可用 3个一级反应表示     

Fe/CaO载氧体作用下生物质化学链气化研究

生物质化学链气化技术是一种高效的生物质能源利用技术,其过程中载氧体能够起到载氧、载热和催化的作用。为了提高载氧体的氧化还原特性,同时提高生物质气化得到合成气的产率,研究了机械混合法和浸渍法制备的Fe/CaO载氧体在生物质化学链气化过程中的作用。制备了不同Fe负载量的Fe/CaO载氧体,对其进行了XRD、CO₂-TPD和H₂-TPR表征以分析其物理化学性能。随着Fe负载量的增大,载氧体的还原性增强,同时CO₂吸收性减弱。在固定床装置上对其反应性能进行了实验研究,结果表明在反应温度为850 ℃时,随着Fe负载量增大,气体转化率逐渐增大,CO2和CO的产气量逐渐增大,H₂的产气量减少。当Fe负载量为40%得到的载氧体能够得到最大合成气产量453.4 mL,H₂和CO的产气量分别为146.6 mL和306.8 mL。     

化学链燃烧钴基载氧体炉内脱汞机理研究

煤化学链燃烧炉内脱汞对降低煤燃烧单质汞的排放有重要意义,但是汞在载氧体作用下的氧化机制尚不明确。本文采用Co3O4载氧体在固定床反应器中进行脱汞实验,并在线检测反应器出口Hg0浓度。通过热力学计算揭示Hg0的催化氧化机制。实验结果表明,HCl与Co3O4的异相反应和HCl与Hg0的均相反应对Hg0脱除效率贡献都很大。随...     

化学链高温空分制氧性能评价

采用Aspen Plus软件对高温空分制氧流程进行模拟研究并做出评价.基于热力学平衡原理,对不同金属氧化物载体(Mn3O4-Mn2O3和CoO-Co3O4)、不同反应温度下的平衡氧分压进行计算,得到了Mn3O4-Mn2O3和CoO-Co3O4体系氧平衡分压与温度的关系;在计算平衡氧分压的基础上,确定了制氧所需的空气量与水量/CO2量;构建了制氧流程,并进行了模拟计算.结果表明,在2种载氧体Mn3O4-Mn2O3和CoO-Co3O4中,载氧体Mn3O4-Mn2O3制氧性能较好;化学链高温空分制取纯氧能耗为0.353 kW.h/kg,与传统制氧能耗经验数据0.246 kW.h/kg相比并不具有明显的优势;化学链高温空分制取O2和CO2混合气体能耗为0.151 kW.h/kg(氧气体积分数为14.3%),与传统制氧能耗经验数据0.246 kW.h/kg相比,具有节能潜力.