低阶煤半焦利用热重在O2/CO2、O2/N2和O2/Ar气氛下燃烧特性研究

利用热重研究了两种中国西北典型低阶煤半焦的燃烧特性。探究了不同气氛（O₂/CO₂、O₂/N₂和O₂/Ar）和不同氧气浓度对其燃烧特性的影响。实验结果表明,无论是反应气氛还是氧气浓度都会对低阶煤半焦的燃烧产生影响。相比于N₂和Ar,CO₂明显有利于燃烧反应进行：当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/Ar时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了63.7和68.8℃;而当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/N₂时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了135.9和129.6℃。在研究范围内,氧气浓度的提高也能明显提高半焦的燃烧性能。与此同时,半焦燃烧特性的动力学分析表明,随着氧气浓度提高,两种半焦燃烧反应的表观活化能E和指前因子A均呈增大趋势。通过对E和A两者关系的分析结果表明,半焦富氧燃烧的活化能和指前因子存在动力学补偿效应。     

藻类生物质在O2/CO2气氛下燃烧的SO2排放特性

为探究O_2/CO_2气氛下藻类生物质燃烧SO_2排放特性,对三种典型的藻类生物质进行了实验研究,着重分析了温度和氧气浓度对燃烧过程中SO_2排放特性的影响,结果显示总体上,在O_2/CO_2气氛下燃烧,三种藻类生物质SO_2的初始排放峰值和总的释放量均随着温度和氧气浓度的升高而升高。然而值得注意的是,在相同的氧气浓度下与空气气氛相比,SO_2生成量均得到了有效的降低,小球藻、浒苔和马尾藻的降低幅度分别为58%、47%、86%。     

次烟煤与半焦富氧混燃特性热重分析（英文）

低阶煤与煤制半焦混燃对解决中国半焦过剩的问题具有重要意义。通过热重分析研究了准东次烟煤与烟煤半焦的富氧混燃特性。与空气气氛相比,富氧燃烧将着火温度和燃尽温度分别提高了10和40℃。氧气浓度提高到30%可以大幅补偿富氧条件下燃烧参数的轻微降低并获得更好的共燃性能。利用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)、Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)和Starink法计算活化能,活化能随质量转化率的变化可分为两个不同阶段,次烟煤、混合燃料和半焦的平均活化能分别为49.31、50.82和59.00 kg/mol。计算了焓变、吉布斯自由能变和熵变等热力学参数,相互作用指数表明在共燃过程中两种燃料发生了明显的相互作用,动力学和热力学计算结果表明30%的半焦参比促进了共燃。同时,X射线荧光光谱（XRF）和灰熔融分析表明与半焦掺烧能降低次烟煤灰的结渣倾向。     

O2/CO2气氛下煤焦燃烧实验研究

在热重分析仪上进行了不同气氛下徐州烟煤及其煤焦的燃烧实验,分析了O₂浓度、CO₂浓度和颗粒粒径等参数对其燃烧特性的影响;并对其进行了燃烧动力学分析。结果表明,气氛对煤和煤焦开始脱挥发分的时间影响不明显,但对其燃烧速率和燃尽时间影响很大;高浓度CO₂使煤焦的燃尽时间延长。气氛没有改变煤焦的燃烧反应动力学机理。O₂浓度提高、CO₂浓度降低和煤粉细化均可改善燃料的燃烧特性,但对煤焦的改善程度比对烟煤的小。扫描电镜（SEM）结果显示,同等O₂浓度下O₂/CO₂气氛较空气气氛煤灰表面孔隙结构更丰富。     

贫煤O_2/CO_2气氛下燃烧时内在矿物质对SO_2和NO_x排放特性的影响

利用管式炉反应器在550-1 000℃对长治贫煤和脱矿物质煤分别在空气和O_2/CO_2气氛进行了燃烧实验。利用XRF、XRD等分析手段,对煤样的基本性能进行了分析表征,并采用热分析仪(TG-DTG)以及傅里叶红外气体分析仪(AntarisIGS)对贫煤燃烧过程中的燃烧特性和SO_2和NO_x释放规律进行了研究。结果表明,与原煤相比,脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度有所降低;O_2/CO_2气氛下,原煤和脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度都升高,说明当O_2浓度为20%时,空气气氛比O_2/CO_2气氛更易于着火和燃烬。此外,与长治原煤相比,脱矿物质煤在相同条件下燃烧时SO_2的释放量明显提高,而NO_x的释放量却有所降低。O_2/CO_2气氛下原煤燃烧时SO_2浓度比空气气氛下的要高,而脱矿物质煤燃烧时释放的SO_2浓度明显比空气气氛下的低;O_2/CO_2气氛下原煤和脱矿物质煤燃烧时释放的NOx浓度比空气气氛下燃烧时释放的NO_x浓度要低。     

氧气对褐煤水蒸气气化半焦的活化及机理

以胜利褐煤为原料,利用一段流化床/固定床石英反应器,进行N_2/O_2/H_2O/H_2O+O_2气氛的褐煤热解/气化实验。采用BET、Raman、FT-IR、微波消解ICP-AES、TGA等技术表征半焦。研究氧气添加对气化反应以及半焦结构和反应性的影响,解析了氧气对气化半焦的活化机理。结果表明,氧气添加可以改变半焦结构,活化半焦,从而促进转化率、H_2产率和CO_2产率的提高。氧气对气化半焦的活化作用主要包括两个方面,一是芳核与氧气发生氧化分解反应,破坏了芳环大π键,形成了新的官能团,从而促进了反应(C+H_2O→H_2+CO)的发生;二是随反应的进行,芳香大环(≥6)结构解聚为芳香小环(3-5)结构,同时氧原子进入芳核,形成缺陷位C-O-C,从而导致半焦微晶结构的缺陷程度提高、缩聚程度降低,进而导致半焦反应性和表面吸附作用提高,促进反应(CO+H_2O→H_2+CO_2)的发生。     

增压O_2/CO_2气氛下煤燃烧特性实验研究

增压O2/CO2燃烧是一种可高效分离回收CO2的新兴燃烧技术,其燃烧机理与常压空气、常压O2/CO2燃烧存在较大差异。在加压热重分析仪上研究了增压条件下总压、氧浓度、气氛及粒径等反应参数对美国烟煤和淮北无烟煤燃烧特性的影响,确定了煤的着火温度,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,增压O2/CO2气氛下,随着压力或氧浓度的增加,DTG曲线向低温区移动,煤样整体燃烧速率加快。压力提升、氧浓度增加及煤粉细化均可改善O2/CO2气氛下煤样的着火特性。常压O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应;增压O2/CO2气氛下,低温区属于0.5级反应,而高温区属于1.5级反应。     

用气相色谱法研究煤与半焦的特性 Ⅲ.半焦与水蒸汽和二氧化碳的反应活性

应用脉冲进样的微型反应器与色谱系统联用技术,对前两报在N_2、H_2气氛下、于620—850℃热解制成的半焦进行了水蒸汽和CO_2反应活性的研究。半焦与水蒸汽和CO_2的反应活性顺序与所用原煤的变质程度有很好的相关性,即褐煤>烟煤>贫煤。在同一气化温度下,反应活性均是有规律地随制备半焦的热解温度增高而降低,且一般与微孔变化规律相吻合。对同一半焦,活性随气化温度增加而增加。同时测得了这三种煤的半焦与水蒸气反应的表观活化能(E_(H_2O))约为63kJ/mol。褐煤半焦与CO_2反应的表观活化能(E_(CO_2))约为121kJ/mol。并探讨了半焦与水蒸汽反应过程中初次产物的生成机理。     

微型流化床反应分析仪中原位/非原位煤焦气化动力学研究

利用新开发的微型流化床反应分析仪(micro-fluidized bed reaction analysis, MFBRA) 考察了义马烟煤半焦的原位以及两种非原位半焦气化行为并测定了其动力学参数,其中,原位半焦气化是指煤热解温度和气氛与半焦气化过程一致,非原位半焦1气化是指煤在Ar气氛下热解,热态条件下直接在CO₂气氛下气化;非原位半焦2气化是指煤在Ar气氛下热解,冷却收集后再在CO₂气氛下气化。研究发现,原位半焦具有最大的比表面积和最小的平均孔径,石墨化程度最弱,且对CO₂的化学吸附能力最强,表面活性位点最多。在最小化气体扩散的实验条件下,原位半焦气化反应的反应速率明显比非原位半焦气化反应快,且求取的活化能数据较小。实验揭示了原位半焦和非原位半焦结构和反应性的差异,也证明了MFBRA对原位等温气化反应的适用性。     

ZrO_2/TiO_2载体协同作用下Fe_2O_3(104)与CO化学链燃烧特性

在表面形貌控制增强铁基载氧体Fe_2O_3(104)化学链燃烧反应活性研究的基础上,进一步研究了TiO_2,ZrO_2载体协同作用下Fe_2O_3(104)与CO化学链燃烧的反应特性.采用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和比表面积(BET)等方法对所制备的载氧体Fe_2O_3(104)/TiO_2和Fe_2O_3(104)/ZrO_2进行表征.研究了700,800和900℃下载氧体与CO化学链燃烧反应特性.结果表明,不同载体对Fe_2O_3(104)与CO发生化学链燃烧反应活性的影响程度不同,ZrO_2作为载体明显促进Fe_2O_3(104)与CO的反应速率.动力学分析结果显示,Fe_2O_3(104)/TiO_2与CO反应模型属于一级反应,反应活化能为153.6 k J/mol;Fe_2O_3(104)/ZrO_2与CO反应模型属于抽缩球体模型,反应活化能为118.9 k J/mol.     

氧气浓度对劣质煤掺混生活污泥燃烧特性的影响

采用热重分析方法研究了劣质煤掺混生活污泥在氧气浓度20％、30％、50％、70％、90％条件下的燃烧特性和动力学特性.随着氧气浓度的增加,失重率曲线DTG向低温区移动.对着火温度、失重率峰值以及对应温度、燃尽温度、混合物燃烧综合特性指数进行了对比分析,并对固定碳燃烧阶段的表观活化能进行了计算,结果表明,提高氧气浓度能显著改善燃烧条件,表观活化能随着氧气浓度的提高而增大,随掺混比的增加而减小.定义燃烧促进因子C.E.F.(Combustion Enhancement Factor)表征燃料内外部燃烧促进条件,在固定碳燃烧段,燃烧促进因子随氧气浓度增加迅速增大,表明增大氧气浓度对燃烧具有良好促进作用.燃烧促进因子C.E.F.与表观活化能之间具有动力学补偿效应.     

煤及其拔头半焦的燃烧反应特性研究

采用热天平研究了贵州褐煤、三江原煤及其拔头半焦的燃烧行为,考察了粒径和升温速率对样品着火点和燃烧稳定性的影响。减小样品的粒径可显著降低样品的着火点,改善样品的燃烧性能,在粒径100～120目和升温速率25℃/min下,样品的燃烧稳定性最好。根据Coats-Redfern方法求解燃烧反应动力学参数。燃烧反应动力学分析表明,三种样品的热天平燃烧反应均为一级反应,并得到了实验样品的燃烧反应动力学参数,表观活化能E和指前因子A。贵州褐煤的活化能为100.0～163.6 kJ/mol,三江原煤的活化能为73.4～161.2 kJ/mol,三江煤焦的活化能为68.3～178.1 kJ/mol。     

棉秆半焦与载镍橄榄石固-固化学链反应动力学研究

本实验利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了棉秆半焦(CSC)与载镍橄榄石(Ni/olivine)的固-固化学链反应特性,利用模型拟合法在等温条件下对29种模型函数进行拟合计算,从中选取了最优的三种模型,计算出棉秆半焦和载氧体的固-固反应动力学。结果表明,CO和CO_2是CSC与Ni/olivine反应的主要气体产物,固-固反应过程中,先析出CO后再析出CO_2,CSC并不会完全转换成CO_2,产气中CO的浓度比CO_2大;随着反应温度的升高,产气中CO和CO_2的浓度和产率增加。CO、CO_2和CSC利用三种不同模型函数计算出来的活化能平均值分别为27.5、46.4和69.8 kJ/mol。利用热重研究了CSC和Ni/olivine非等温反应特性及动力学,结果表明,CSC和Ni/olivine的反应从750℃开始,在890℃时反应速率达到了峰值,非等温反应活化能为72.05 kJ/mol,这与MFBRA等温动力学活化能基本相似,说明生物质化学链气化过程中,半焦和镍基载氧体的固-固反应较容易发生。     

用气相色谱法测定超纯氢中痕量O_2+Ar、N_2、CO、CH_4和CO_2

用气相色谱法测定了超纯氢中痕量杂质O_2+Ar、N_2、CO、CH_4和CO_2。将TCD和FID与预浓缩技术结合,当浓缩样品量为10升时,检测灵敏度分别达到O_2+Ar为0.2ppbV、N_2为0.4ppbV、CO为0.05ppbV、CH_4为0.2ppbV和CO_2为0.3ppbV。提出用浓缩体积差值法和按峰面积法两种方法计算样品中杂质浓度,前一种方法可消除载气中杂质浓度的影响。     

O2/CO2气氛下CO2和H2O气化反应对煤及煤焦燃烧特性的影响

利用热天平对比研究了大同煤及煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧行为,探讨CO₂和H₂O气化反应对其富氧燃烧特性的影响。结果表明,在5%氧气浓度下,煤粉在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧速率按顺序依次降低。氧气浓度降低到2%,由于CO₂和H₂O气化反应的作用,煤粉在高温区的整体反应速率按顺序依次增大。当氧气浓度为5%时,煤焦在O₂/CO₂中的燃烧速率要低于O₂/N₂中的燃烧速率,但燃烧反应推迟后气化反应的参与使得煤焦在O₂/H₂O/CO₂中的整体反应速率显著升高。当氧气浓度降低到2%后,随着温度的升高,在CO₂气化反应的作用下,煤焦在O₂/CO₂中的整体反应速率逐渐高于O₂/N₂中的燃烧速率。在O₂/H₂O/CO₂中,由于H₂O在共气化中起主要作用,煤焦在O₂/H₂O/CO₂高温区的整体反应速率进一步升高。动力学分析表明,在5%氧浓度时,煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的表观活化能依次升高。随着氧气浓度的降低,在不同反应气氛中的表观活化能均有所下降。     

合成甲醇反应中CO_2和微量O_2的作用以及反应机理的研究

本文采用TPD-MS联用,“原位”X-射线衍射和原位红外光谱等实验技术以及催化反应动力学装置,对合成甲醇反应CO_2和微量O_2的作用进行了深入研究。当CO_2浓度在1.0—8.0%范围内,可使甲醇合成反应速率加快。合成反应中适量O_2的作用是在反应过程中先转变为CO_2或吸附态CO_2,然后反应在含适量CO_2的合成气氛下进行。对CO_2的作用机制得出了明确的结论,并对CO_2存在下的多途径反应机理进行了探讨。根据实验结果和理论分析,提出反应气氛中CO_2浓度在1.3%左右,即可维持高反应速率和催化剂的稳定性,以可降低甲醇中的水含量。此结果对改进合成甲醇工艺有参考价值。     

流化床气化炉半焦细粉的燃烧特性及其动力学研究

利用热天平研究了三种不同变质程度煤流化床气化半焦细粉的燃烧特性,考察了灰分对燃烧行为的影响,同时采用三种不同的动力学计算方法对其燃烧动力学进行了分析。研究结果表明,挥发分的存在能显著降低低阶褐煤半焦细粉的着火点;高温下半焦细粉中矿物质的分解导致其DTG曲线出现较为明显的二次峰。细粉中的灰分对其燃尽性能和综合燃烧反应性都具有一定的抑制作用。动力学分析结果表明,燃烧活化能随转化率的增加而增加;三种常用动力学分析方法中,Vyazovkin对半焦细粉的燃烧拟合效果最好。     

Y_2O_3前驱体热分解过程及动力学研究

用热重-差热分析法对Y_2O_3前驱体Y_2(CO_3)_3和Y_2(C_2O_4)_3水合物热分解过程及动力学进行分析,通过Kissinger法、 Ozawa法和Coast-Redfern法等对实验数据进行处理,得出Y_2(C_2O_4)_3水合物的热分解分四步进行,前两步为脱水过程,后两步为分解过程,四步反应对应的活化能E_c分别为64.24, 59.48, 146.20和112.37 kJ·mol~(-1);指前因子A_c分别为:4.09×10~8, 3.83×10~5, 6.86×10~(10)和6.18×10~5。每一步的机制函数分别是:1-(1-α)~(1/2)=kt, 1-(1-α)~(1/3)=kt,[(1-α)~(-2)-1]/2=kt和[-ln(1-α)]~(1/3)=kt。而Y_2(CO_3)_3在空气中热分解只有两步,第一步脱3个H_2O和1个CO_2分子,第二步脱2个CO_2分子生成Y_2O_3,两步对应的活化能E_c分别为88.29和116. 53 kJ·mol~(-1),指前因子A_c分别为1.5×10~(13)和9.4×10~7。它们的机制函数分别为(1-α)~(-1)-1=kt和[1-(1-α)~(1/3)]~2=kt。前驱体Y_2(CO_3)_3水合物相对来说比Y_2(C_2O_4)_3水合物更易分解生成Y_2O_3,两种前驱体的热分解都是最后一步为控速步骤。     

UV/H_2O_2体系中SF Blue染料的降解动力学

对UV/H2O2处理SFBlue制衣染料溶液的效果及其影响因素和动力学进行了研究。结果表明,UV/H2O2对SFBlue染料废液具有很好的处理效果,且在发生光助氧化降解的同时还伴随着光分解反应。UV/H2O2体系的光助氧化反应和UV体系的光分解反应均为表观一级反应,前者活化能5.17kJ/mol,指前因子0.168min-1,后者活化能16.9kJ/mol,指前因子1.04min-1。染料溶液初始pH为强碱性(pH=12)时染料降解率最大。     

硫酸铵添加剂对生物质富氧混烧过程中氯与氮协同转化特性的影响

在50 kW循环流化床燃烧实验台进行了O_2/CO_2气氛下硫酸铵添加剂对生物质和半焦混烧过程中K/S/Cl迁移和N_2O/NO排放影响实验研究。结果表明,硫酸铵添加剂从提升管喷入后能够明显降低积灰中Cl含量,同时显著降低烟气中NO浓度。此外,硫酸铵添加剂还能够增强碱金属K向底渣和循环灰迁移转化,从而降低积灰中碱金属K含量。实验表明,硫酸铵添加剂的最佳喷入位置在提升管中上部。