CH_4/CO_2反应对微细腔内CH_4/H_2O镍基催化重整反应的影响

本文针对微细腔内在Ni/α-Al_2O_3催化作用下,存在CH_4/CO_2反应时,数值研究了在不同的水碳比,不同的进口甲烷质量组分Rm,不同的进口流量与微细腔壁温下甲烷/水蒸气催化重整反应特性.结果发现,微细腔中存在CH_4/CO_2反应时,CH_4/H_2O催化重整反应中CO_2和CO的产生变化情况比其它反应机理下有较大的变化.随着水碳比增大,H_2和CO_2质量分数有所增大,而CO质量分数先增加后又明显地降低,并出现CO_2质量分数从小于CO质量分数变化到大于CO质量分数;增大Rm,能使反应更充分的发生,反应物的转化率,生成物的质量分数都有提高,并随着Rm的增加,生成产物中CO_2质量分数大于CO的质量分数时对应的水碳比临界值减小,在Rm为O.05、0.1、0.15时,对应的水碳比临界值分别为2.0、1.8和1.6;而混合物进口质量流量增加,反应物的转化率、生成物的产物含量都有不同程度的降低;但壁面温度的增加,反应速率有较大提高,能较明显提高反应物转化率.     

CaSO_4对煤热解影响的实验研究

本文采用管式炉研究了CaSO_4对神华脱灰煤热解产物产率和煤气成分的影响。研究发现,CaSO_4对神华脱灰煤热解的影响主要在较高温度条件下体现。CaSO_4会与热解产物中的C、CO发生反应生成CaS和CO_2,生成的CO_2对H_2、CH_4、C_2-C_3的产生有抑制作用。虽然小部分CO会与CaSO_4反应,但是CO_2的增加对半焦气化反应的促进作用使得CO的产率还是有所增加。CaSO_4还会与H_2反应导致H_2产率降低、热解水产率升高。     

CO_2和H_2O对合成气层流燃烧速度的影响

利用高速纹影摄像方法结合定容燃烧弹研究了CO_2和H_2O稀释对CO/H_2/air混合气层流燃烧速度的影响,获得了不同当量比、稀释气和CO/H_2比例下合成气的层流燃烧速度。结果表明,CO_2与H_2O对合成气层流燃烧速度的影响有显著差异。总体上来说,CO_2具有更强的稀释效果。从化学反应的角度出发,CO_2与H_2O对合成气的燃烧化学反应有着截然相反的效果,CO_2抑制燃烧化学反应,而H_2O起到促进燃烧化学反应的作用。     

水蒸气对IT-SOFC/GT混合动力系统性能的影响

以木片气化气为燃料,分析了IT-SOFC/GT混合动力系统运行性能,研究了水蒸气量的改变对重整器重整特性、燃料电池电化学特性以及混合系统热力学性能的影响。结果表明:在设计工况下,混合动力系统的发电效率高达59.24%,具有较好的系统性能。水蒸气增加,反应温度降低,导致CH_4重整反应平衡常数降低,不利于CH_4向H_2转化;CO水气变换反应平衡常数随温度降低而增加,有利于CO转化,但综合产氢量减少。燃料电池的电极和欧姆极化随水蒸气的增加而增加,能斯特电势减少,电池的输出功率和发电效率减少。混合系统的输出功率和发电效率均随水蒸气量的增加而减少,发电效率从61%降到56.91%。但从重整器、电池堆以及整个系统的安全运行方面考虑,保持较高的水蒸气量非常重要。     

CH_4/H_2O/CO_2在β-SiO_2(100)面吸附的第一性原理研究

多孔介质中的吸附直接影响页岩气赋存、运移.基于密度泛函理论从量子力学角度研究CH_4/H_2O/CO_2在页岩储层主体矿物成分SiO_2上的吸附构型和吸附特性,计算并分析了吸附能与态密度等特征.研究表明:CH_4、H_2O和CO_2在β-SiO_2(100)面的吸附能分布在-0.2 eV～-0.1eV区间内,为物理吸附;最小吸附能大小依次为:CH_4 H_2O CO_2,即,CO_2的吸附能力最强,H_2O次之,CH_4最弱;各吸附质处于吸附能最大与最小时的键长键角变化均小于1%,最大吸附能对应的吸附质键长键角变化率均大于吸附能最小时的,吸附质的物理结构变化微弱表明其所受作用力微弱;基底处于最稳定吸附位时态密度基本重合,表明各吸附质与β-SiO_2表面相互作用相似且差异较小;CH_4、H_2O、CO_2的态密度均出现不同程度偏移,且CO_2在能量更低的区域具有态密度分布,更易优先吸附.     

甲烷二氧化碳重整热化学储能实验研究

实验研究固定床反应器内CH_4-CO_2重整热化学储能过程,揭示加热温度、反应物流量及CH_4/CO_2摩尔比等参数对热化学储能过程的影响机制。实验结果显示:反应器内部轴向与径向均存在较大温度差;提高加热温度能够提高甲烷转化率和化学储能效率,但反应温度升高会导致反应器轴向温差变大,对反应器稳定运行不利;随着反应物流速的增大,甲烷转化率降低,化学储能效率先增后减存在极大值;提高CO_2含量有利于提高甲烷转化率,但会导致化学储能效率的降低。     

铁矿石载氧体生物质化学链气化实验研究

本文以铁矿石为载氧体,在小型流化床上分别考察了载氧体存在、气化温度和O/C摩尔比三个因素对生物质化学链气化过程的影响。试验表明,载氧体的加入提高了碳转化率,却略微降低了合成气产率。气化温度升高,碳转化率和合成气产率相应增大,CO和H_2产率升高,而CO_2和CH_4产率则呈单调递减的趋势。随着O/C摩尔比的升高,碳转化率变大,但所供给的氧量有所提升,导致了合成气产率的下降。     

二甲醚/氧气/氩气低压层流预混燃烧研究

利用同步辐射真空紫外单光子电离结合分子束质谱技术,对当量比φ=1.5的低压预混层流二甲醚火焰进行了实验研究。通过测量光电离质谱和光电离效率曲线,探测到了二甲醚/氧气/氩气的燃烧产物和火焰中间物,包括不稳定的分子和自由基。通过测量离子信号的空间分布曲线,计算了二甲醚/氧气/氩气火焰的主要物种C_2H_6O、O_2、Ar、H_2、H_2O、CO和CO_2的摩尔分数曲线,以及主要中间物种如CH_2O、C_2H_2、C_2H_4、CH_3OH、C_2H_2O、C_2H_4O、CH_3、CH_4、HCO、C_3H_3和C_3H_4的摩尔分数曲线,并分析了主要中间物种的产生和消耗过程。     

CO_2加氢合成低碳烯烃反应热力学分析

本文使用Gibbs自由能最小化法和熵最大化法对考虑催化剂效应下的CO_2加氢合成低碳烯烃反应进行了热力学分析,系统研究了反应温度、压力、进料气摩尔比和不同的化学和工业手段对平衡状态的影响。结果表明,CO_2加氢合成低碳烯烃符合"两步合成机制"的反应机理,CO_2平衡转化率随温度增大先减少后增大。向合成气中添加CO能提高烯烃的选择性,同时,与不考虑催化剂效应的结果不同,除去反应中生成的。H_2O可提高烯烃的选择性与产量。使用熵最大法对平衡温度的计算显示,反应压力不影响反应体系的平衡温度,但过高的进料气氢碳比会增加反应的放热量,适当增高进料气温度可在一定程度上降低平衡温度,防止反应器过热形成热点。     

微细腔内变组分CH_4/O_2/H_2O自热重整积碳特性

针对微动力装置中重整腔内催化剂表面容易积碳,重整反应需要大量能量等问题,在重整腔入口引入氧气,使甲烷发生部分氧化反应为催化重整提供热量。本文采用数值方法研究了微细腔中CH_4/O_2/H_2O镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析CH_4/O_2/H_2O混合物组分对甲烷自热重整反应及积碳的影响。结果表明:在混合物组分CH_4/O_2/H_2O摩尔比为1:0.2:2时,甲烷自热反应放热量刚好能满足甲烷重整反应的需求,氢气质量分数较高为3.32%,积碳浓度较低为1.19×10~(-6) kmol/m~2。     

高温高压下硝基甲烷快速反应的光谱研究

 利用多台单色仪、光电系统及高速数据采集系统，成功地研究了硝基甲烷和氧混合物点火后快速反应的光谱。实验观察到CH₃O、CH、CH₂O、OH、CHO、CO、CO₂、H₂O、NO、NO₂等中间产物及最终产物的辐射。时间分辨的光谱测量发现：在爆炸激波管中，硝基甲烷快速反应的机理明显不同于硝基甲烷热分解和冲击引爆时的结果。     

大气压非平衡等离子体甲烷干法重整零维数值模拟

大气压非平衡等离子体由于其独特的非平衡特性,可为甲烷和二氧化碳稳定温室气体分子活化和重整提供非热平衡和活化环境.本文采用了零维等离子体化学反应动力学模型,考虑了详细的CH₄/CO₂等离子体化学反应集,重点研究了反应气体CH₄/CO₂摩尔分数(5%—95%)对大气压非平衡等离子体甲烷干法重整制合成气和重要含氧化合物的影响.首先,给出了进料气体不同体积比时电子密度和温度随时间的演化规律,结果表明初始甲烷摩尔分数的提高有利于获得较高的电子密度和电子温度.随后,讨论了主要自由基和离子数密度在不同的甲烷摩尔分数下随着时间的变化规律,并给出了反应气体的转化率、合成气体和重要含氧化合物的选择性.此外,还明确了合成气和含氧化合物主要生成和损耗的化学反应路径,发现甲基和羟基是合成含氧化合物的关键中间体.最后,归纳总结给出了主要等离子体粒子之间的总体等离子体化学反应流程图.     

Density functional theory study of structural stability for gas hydrate

Using the first-principles method based on the density functional theory(DFT),the structures and electronic properties of different gas hydrates(CO_2,CO,CH_4,and H_2) are investigated within the generalized gradient approximation.The structural stability of methane hydrate is studied in this paper.The results show that the carbon dioxide hydrate is more stable than the other three gas hydrates and its binding energy is-2.36 e V,and that the hydrogen hydrate is less stable and the binding energy is-0.36 e V.Water cages experience repulsion from inner gas molecules,which makes the hydrate structure more stable.Comparing the electronic properties of two kinds of water cages,the energy region of the hydrate with methane is low and the peak is close to the left,indicating that the existence of methane increases the stability of the hydrate structure.Comparing the methane molecule in water cages and a single methane molecule,the energy of electron distribution area of the former is low,showing that the filling of methane enhances the stability of hydrate structure.     

甲基过氧化氢的紫外光解反应机理

甲基过氧化氢(CH₃OOH)是大气中一种主要的有机过氧化物,它的生成和去除过程将影响大气自由基的浓度水平。文章利用长光路傅里叶变换红外光谱(LP-FTIR) 原位跟踪技术,实验室模拟研究了CH₃OOH在常温和常压大气条件下的紫外光解反应,发现光解产物为HCHO,HC(O)OH,CH₃OH,CO和CO₂,此外实验中还观测到OH自由基的生成。根据分析结果推测了反应机理,并讨论了其大气化学意义。     

纳米铝对硝基甲烷快速反应的催化研究

在入射激波作用下,利用瞬态光谱测试系统研究了纳米铝对硝基甲烷快速反应的影响,对快速反应过程中产生的NO2、CO、CO2、CH2O、H2O、AlO等主要产物的出现时间和辐射强度进行了测量。研究发现：添加纳米铝(1g)后,硝基甲烷(1ml)点火延迟时间提前了60%;其它产物的出现时间缩短了46%～60%,辐射强度增强了30%～100%;激波速度和反应温度分别提高了1.4和2.2倍。结果表明纳米铝明显加速了硝基甲烷快速反应过程,并使其爆炸效率大大提高。由实验观察到的结果,结合热力学和动力学方面的分析,对纳米铝催化硝基甲烷快速反应的机理进行了探索性的分析。此研究将有助于深入了解新型燃料空气炸药(FAE)反应的微观机理。     

基于AdapChem方法的甲烷预混和非预混燃烧数值计算

采用自适应化学理论AdapChem的方法对两种CH4/空气部分预混、非预混火焰的燃烧过程开展了数值模拟工作.计算得到了两种燃烧工况下,几种重要的主量成分、非主量成分的浓度值;同时对反应放热和HCO之间的潜在关系进行了分析.通过对两种工况下模拟结果的比较,AdapChem方法合理预报了甲烷预混和非预混燃烧过程的各种物理化学特性,并达到了节约计算时间的目的.     

低功率电弧放电辅助甲烷燃烧的实验研究

利用低功率电弧放电辅助甲烷燃烧,研究了在不同甲烷/空气比例的情况下,等离子体对甲烷燃烧的影响。采用发射光谱仪进行光谱诊断,比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰发射光谱的异同,讨论了等离子体辅助燃烧可能发生的过程和机理。比较有/无等离子体辅助甲烷燃烧火焰温度的变化。利用气相色谱和烟气分析仪对甲烷燃烧产物中的CH₄、CO 和O₂ 进行分析。实验结果表明,加等离子体后,火焰的温度升高,尾气中的可燃性成分减少,氧气含量降低,在很大程度上提高了甲烷的燃烧效率;甲烷/空气的比例越低,燃烧效率的提高越明显;甲烷的富燃燃烧极限从16%调高到21%。     

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Different ratios of methane/air in the low power arc discharges assisted methane combustion were studied at atmospheric pressure. Plasma emission spectroscopy was recorded by an optical emission spectrometer. The possible physical and chemical reaction process and mechanisms were discussed. With a plasma in the on or off state, the physical appearances of the methane combustion flame were observed and compared, the temperature of the flame in the main combustion zone was investigated. The gas compositions of CH₄, CO and O₂ were analyzed by the gas chromatography and flue gas analyzer. The results showed that when plasma was in the on state, the temperature of flame increased and the combustion efficiency enhanced in stable combustion due to decrease of CH₄, CO and O₂; the combustion enhancement was more obvious at low ratio of methane/air; the rich combustion limits in terms of the ratio of methane/air was extended from 16% to 21%.     

自发喇曼散射技术对燃烧场的诊断

 介绍了利用Nd:YAG激光的三倍频激发自发振动喇曼散射技术对燃烧场的诊断及相关的实验原理，测量了不同配比条件下的CH₄-air预混火焰内的主要组分(N₂，O₂，H₂O，CH₄)及其相对浓度；并分别用分子浓度测温法和斯托克斯谱与反斯托克斯谱强度比法测量了火焰的温度；还对该技术测温、测浓度的不确定度进行了分析。将该技术应用到对复杂的固体燃剂燃烧场的诊断，取得了燃烧场中几种主要燃烧组分（N₂，H₂CO，CH₄，H₂O）的喇曼光谱，以及这些组分在燃烧过程中的变化信息。