棕榈壳焦CO2气化过程中反应性及结构特性研究

850℃下,利用管式炉制备了不同转化率的棕榈壳CO₂气化焦,通过热重分析仪研究了气化焦的CO₂气化反应性,采用比表面积分析、拉曼光谱、X射线荧光光谱和扫描电镜-能谱等分析手段,考察了气化焦孔隙结构、碳组成、矿物元素含量与分布随转化率的变化。结果表明,在CO₂气化过程中,随着转化率的提高,棕榈壳气化焦固定碳的含量逐渐降低,有序化碳的相对含量为0.30~0.33,对气化过程起到一定的抑制作用;灰分含量逐渐增加,但气化反应指数R_s呈现先降低后升高的过程。转化率小于23%时,R_s与气化焦比表面积的变化趋势一致;23%< 转化率< 31%时,R_s基本不变;31%< 转化率< 68%时,比表面积随转化率线性增加,R_s取决于孔隙比表面积、矿物元素催化2个因素的协同作用,当转化率> 56 %时,该催化作用变得明显,同时碳的有序化程度开始降低;转化率> 68%时,R_s主要受矿物元素的催化作用控制。     

内在矿物对高灰褐煤CO_2气化的影响研究

利用分选结合逐级酸洗的方法制备出不同灰含量和矿物组成的褐煤煤样,使用沉降管反应器(DTR)和热重分析仪(TGA)研究内在矿物在1 000-1 200℃对褐煤CO_2气化的影响。结果表明,内在矿物对褐煤CO_2气化具有促进作用,且促进机制具有温度敏感性。低温时(1 000℃),内在矿物可通过增加初生半焦微晶结构的无序度,间接提高气化碳转化率。高温时(1 100-1 200℃),内在矿物通过催化煤焦气化,直接促进气化碳转化率的上升。碱性指数不适用于表征本研究的褐煤内在矿物的催化作用。Ca是内在矿物中影响整体催化能力的主要成分,而且羧酸盐形式的Ca是其中的活性组分。不同的催化机制是导致煤焦中钙的催化活性因其化学形式而异的根本原因。羧酸盐形式的Ca可降低煤焦气化反应的活化能,而CaO则提高反应的表观频率因子。     

气流超微粉碎对马铃薯淀粉颗粒形貌及理化性质的影响

为探讨气流超微粉碎对马铃薯淀粉颗粒形貌及理化性质的影响,以马铃薯淀粉为原料,利用流化床气流粉碎机在不同分级转速条件下制备超微粉,采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、X射线衍射仪、快速黏度分析仪、差示扫描量热仪等研究气流超微粉碎对马铃薯淀粉颗粒形貌、颗粒大小及分布、晶体结构、糊化特性、热力学特性、溶解度、膨胀度和冻融稳定性等性质的影响。结果表明,马铃薯淀粉经气流超微粉碎后,淀粉颗粒表面粗糙且有棱角和裂纹,颗粒形状变的不规则,粒度减小且尺寸分布不均,在分级转速3000r/min时颗粒平均粒径由39.75μm减小至13.38μm;粉碎后淀粉粉体松装密度和振实密度降低,压缩度增大;粉碎没有改变淀粉的晶体结构,但结晶度降低;粉碎降低了淀粉糊的衰减黏度和回生黏度,淀粉的热糊及冷糊稳定性较好,降低了淀粉糊化温度和热吸收焓,提高了淀粉溶解度和膨胀度,改变了淀粉冻融稳定性。研究结果为淀粉干法物理改性技术研究和马铃薯淀粉深加工与高值化利用提供理论依据及参考。     

气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布关系研究

气化过程中,不同粒度颗粒的受热破裂方式、挥发分脱除行为、焦-熔渣相互作用等具有显著差异,导致所产生的不同尺寸的煤气化细渣具有不同的结构特征和反应特性,通过研究气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布的关系可为溯源气化炉内细渣形成机制及入炉煤粒度优化提供重要依据。为此,本研究选用宁夏宁东典型GSP煤气化工艺细渣为原料,通过烘干、破碎、筛分处理,获取了粒度分别为<0.125、0.125–0.250、>0.250 mm的三种样品,分别称为小、中、大粒级样品,借助氮气吸附-脱附法、XRD、Raman光谱、TGA等表征分析手段对其理化结构及燃烧活性进行了研究。结果表明,不同粒级气化细渣在组成、结构及反应活性方面有显著差异,三种粒级样品在渣中所占比例分别22%、46%、32%,均含有大量的球状颗粒与不规则颗粒。其中,中粒级气化细渣气化程度最小,残炭含量最高,达19%,石墨化程度最低,仅为30%,比表面积最大,达87.8 m2/g,在不同的升温速率下综合燃烧特性指数最优,大粒级气化细渣以上性质则与其完全相反。显然,气化较充分的煤粉趋向于形成大粒级的气化细渣,气化程度较低的煤粉更易形成中粒级...     

CO_2气氛下生物焦气化反应动力学参数的实验研究:I.活化能

利用热重分析仪在750!1 000℃对四种生物质进行了CO2等温气化实验。结果表明,各生物质焦的气化反应性随气化温度的升高而增加。用碳转化率为20%时的瞬时气化反应速率r0.2对反应速率r进行无量纲化,发现在实验温度范围内,各焦炭的无量纲气化反应速率-碳转化率曲线均存在两种变化趋势。利用等转化率法求取了四种生物焦在碳转化率达到20%后的气化反应活化能,发现同一种焦炭的气化反应活化能受碳转化率的影响较小,而不同种类焦炭的活化能主要受到焦中无机矿物成分的影响。各焦炭的活化能与焦中碱金属含量与固定碳含量的比值WC/WFC存在近似的线性关系:E=233.9-1 005.7×(WC/WFC)。若忽略催化效应的影响,焦炭本征气化反应的活化能趋于某一定值,约为234 kJ/mol。     

CO2气氛下生物焦气化反应动力学参数的实验研究：Ⅰ.活化能

利用热重分析仪在750~1 000 ℃对四种生物质进行了CO₂等温气化实验。结果表明,各生物质焦的气化反应性随气化温度的升高而增加。用碳转化率为20%时的瞬时气化反应速率r_0.2对反应速率r进行无量纲化,发现在实验温度范围内,各焦炭的无量纲气化反应速率-碳转化率曲线均存在两种变化趋势。利用等转化率法求取了四种生物焦在碳转化率达到20%后的气化反应活化能,发现同一种焦炭的气化反应活化能受碳转化率的影响较小,而不同种类焦炭的活化能主要受到焦中无机矿物成分的影响。各焦炭的活化能与焦中碱金属含量与固定碳含量的比值W_C/W_FC存在近似的线性关系：E=233.9-1 005.7×（W_C/W_FC）。若忽略催化效应的影响,焦炭本征气化反应的活化能趋于某一定值,约为234 kJ/mol。     

循环流化床富氧气化实验研究

在循环流化床富氧气化实验台上,通过调节水蒸气流量使气化温度基本稳定在910℃,研究了不同氧气浓度及气化当量比对煤气组分、产气率、冷煤气效率及碳转化率的影响。结果表明,氧气浓度从25%增加至40%时,N2体积分数从48.82%降低至33.83%,H2从21.47%不断增加至27.59%,CH4基本不变;受水蒸气流量影响,氧气浓度高于35%时,CO体积分数降低,CO2体积分数增加;氧气浓度40%时的煤气热值为空气气化煤气热值的1.84倍,产气率随氧气浓度增加从2.35 m3/kg降至2.13 m3/kg,冷煤气效率和碳转化率不断增大;当气化当量比从0.20增加至0.29时,N2体积分数先降低后升高,H2体积分数从24.01%增加到25.46%后基本保持不变,CO和CH4持续减小,CO2不断增加,产气率由1.94 m3/kg升高到2.29 m3/kg;受水蒸气和气化当量比综合影响,冷煤气效率先增大后减小,碳转化率持续增加。     

分级过程对LiFePO4/C电池性能的影响

本文采用磷酸铁工艺路线制备碳包覆的磷酸铁锂（LiFePO₄/C）复合正极材料,系统考察气流粉碎分级过程对LiFePO₄/C正极材料及全电池性能的影响. 研究表明：分级前磷酸铁锂颗粒粒度较大,中值粒径为17.37μm,呈规整球形形貌,具有较高的振实密度和碳含量;分级后球形被打碎,振实减小. 全电池测试结果显示：分级过程对全电池的容量、交流内阻、直流内阻、功率密度的影响较小;但分级前电芯的低温放电容量保持率和550周的高温循环保持率分别60.1%和87.5%,明显优于分级后的49.5%和84.7%. 分级前碳层能均匀包覆在磷酸铁锂表面形成均匀导电网络,而分级过程将磷酸铁锂的碳层有一定的剥离和破坏导致性能下降.     

有氧烘焙对生物质气化及碱金属迁移转化特性的影响

本工作研究了有氧烘焙对玉米秸秆组成成分、烘焙产率、化学结构及微观结构等理化特性及气化特性的影响,同时考察了玉米秸秆烘焙及气化过程中碱金属的迁移转化规律。结果表明,烘焙可有效提高玉米秸秆中固定碳含量,降低H/C、O/C。相较于惰性烘焙,有氧烘焙具有更好的提质效果,结合H/C、O/C、质量产率和能量产率发现,氧气体积分数为6%时较合适。烘焙玉米秸秆气化气中CO含量、气体产率及热值随烘焙气氛中氧气含量的增加呈先上升后下降的趋势,在氧气体积分数为6%时气化品质相对较好,此时气体组分中CO体积分数为14.73%、气体产率达到1.09 L/g、气体热值达到4.93 MJ/m³。烘焙过程中碱金属在玉米秸秆中富集,并促进部分水溶态钾向醋酸铵溶态钾转化,有助于气化过程中生成更多不溶态钾,且有氧烘焙促进作用更明显。研究结果可为生物质有氧烘焙提质及气化产气的技术推广提供基础数据及技术支持。     

城市生活垃圾气化过程中气化剂和温度的影响

在间歇式固定床气化反应炉(φ40×750)中,考察了不同气化剂和反应温度对经预处理后的城市生活垃圾焦气化反应的影响。试验发现,当温度为900℃,用空气混合蒸汽为气化剂时,所得燃气热值为4.15MJ/m~3,气化强度为105kg/m~2·h,以空气为气化剂时,热值稍低,只有3.06MJ/m~3,气化强度仅为94kg/m~2·h;单纯用蒸汽气化时燃气热值最高可达8.89MJ/m~3。另外,气化剂量对气化反应有影响。在相同气化剂时,提高反应温度能强化气化过程,热值、产气量均有所提高。如以空气混合蒸汽为气化剂时,燃气热值和气化强度从850℃的3.22MJ/m~3和131kg/m~2·h提高到950℃的5.19MJ/m~3和166kg/m~2·h。     

基于煤加氢气化半焦制备Ni/碳基复合吸波材料及组成优化

利用煤加氢气化半焦作载体、其中的炭作还原剂与介电组分,采用硝酸镍溶液浸渍结合碳热还原工艺制备Ni/碳基复合微波吸收材料;研究磁性组分Ni负载量对复合物微观结构与性能的影响作用及相关机制。结果表明,通过改变复合物的碳含量、碳的石墨化程度以及引入界面与缺陷,调整Ni的负载量可以方便地调控复合物的电磁参数,从而实现良好的阻抗匹配。在碳热还原温度为700℃时,Ni负载量为20%的复合物显示了最优的微波吸收性能。在涂层厚度为2.5 mm条件下,其最低反射损耗可达-42.6 dB,相应的有效带宽为4.1 GHz;而在2 mm涂层厚度条件下,其有效带宽可达5.6 GHz。复合物中起主导作用的微波吸收机制是介电损耗,主要源于石墨化炭引起的漏导损耗及界面与缺陷引起的极化驰豫损耗。     

气流床粉煤气化的Gibbs自由能最小化模拟

用Gibbs自由能最小化方法对粉煤气化过程进行了热力学平衡分析。对一混合煤种,在3.0 MPa和气化温度限制在1 200 ℃～1 450 ℃时,研究了氧-煤比、蒸气-煤比对气化炉出口气体组成、温度和有效气产率的影响,并由此确定了可行的操作域是氧-煤比545m3/t～605 m3/t、蒸气-煤比为152.64 kg/t～313.92 kg/t及其对应的工艺指标。从操作域中选择有代表性的工艺条件为氧-煤比578 m3/t、蒸气-煤比为187 kg/t,对应的气化炉出口温度1 358 ℃,CO+H2干基体积分数为91.5%,有效气产率为2.123(CO+H2)m3/kg。同时,研究了碳转化率和热损失对气化工艺指标的影响,其影响是显著的。     

典型城市生活垃圾一次性竹筷子水热炭结构与气化反应特性关联机制研究

本研究以MSW的典型成分一次性竹筷子(DBC)为原料,研究水热炭化(HTC)条件对DBC水热炭结构性质与气化反应特性的影响规律。结果表明,HTC提高了DBC的能量品质,水热处理后DBC-230-60的高位热值(HHV)是DBC的1.62倍,H/C和O/C从DBC的1.57和0.76下降到DBC-230-60的1.00和0.33。表征发现,水热炭和水热炭半焦的芳构化程度比DBC原样更高,水热炭的比表面积低于DBC原样,但水热炭半焦的比表面积却高于DBC原样半焦。相比于水热时间,水热温度对水热炭结构和气化反应性的影响更加显著。更高的水热温度增大了水热炭的芳构化程度,降低了水热炭的气化反应性。水热炭的气化反应性比DBC原样更差,主要是因为水热炭半焦芳构化程度增大对气化反应性的消极作用大于孔隙结构丰富的促进作用。     

应用多元线性回归法测定黄河口不同粒径悬浮物中的有机碳含量

悬浮颗粒物(TSS)粒径与颗粒有机碳(POC)含量的关系研究,是河口淡、咸水混合过程中有机碳形态变化及其输送过程和输运通量研究的基础。在沉降法分级的基础上,结合激光粒度仪粒度测定,用多元线性回归分析法处理所得数据,校正了由于沉降分级的粒径交错现象而导致POC测定中小粒径TSS的POC含量偏低、大粒径TSS的POC含量偏高的问题,获得了样品中不同粒径TSS的POC含量。实验发现,黄河口水体中POC含量随TSS粒径的增加显著递减,80%以上的颗粒有机碳集中在<16μm的TSS中,而粒径<32μm的悬浮物承载了95%以上的颗粒有机碳的入海量。     

烟煤-稻草混合焦样共气化过程协同行为机理研究

基于热重分析仪考察了神府烟煤焦、稻草焦和神府烟煤-稻草混合焦样气化反应活性及共气化过程协同行为。并借助电感耦合等离子体发射光谱仪和扫描电子显微镜-能谱仪联用装置探讨了共气化过程活性矿物组分的迁移转化特性,以关联解释共气化协同行为演变。结果表明,与煤焦单独气化相比,稻草焦掺混有利于提高煤焦整体气化反应活性。混合焦样共气化过程协同行为随碳转化率的提高呈先逐渐减弱的抑制作用,达到某一碳转化率(记为转折碳转化率)后呈不断增强的协同促进作用,且转折碳转化率随气化温度升高而提高。神府烟煤-稻草混合焦样共气化过程协同行为演变主要归因于共气化过程活性K和Ca转化特性的共同影响。神府烟煤-稻草混合焦样共气化整体协同行为呈协同促进作用,并随气化温度的升高而减弱。     

不同粒级萤石对氟碳铈矿颗粒分散与凝聚影响

为了探究萤石对氟碳铈矿浮选体系中颗粒分散和凝聚的影响。运用浊度测试、粒度分布测试、Zeta电位分析、DLVO理论计算等表征方法系统地研究了3种不同粒级（-74+47,-47+37,-37+33μm）萤石矿物颗粒在氟碳铈矿浮选溶液（质量比1∶1）中矿物颗粒分散与凝聚行为，研究结果表明：萤石加入后，混合矿样溶液浊度降低，粒度分布介于单矿物粒度分布之间；两矿物的表面电性相反，溶液DLVO理论计算值始终为负。萤石加入氟碳铈矿浮选体系后，颗粒间发生异相凝聚反应，且萤石粒度越小，颗粒间异相凝聚现象越明显。萤石覆盖在氟碳铈矿表面使其与捕收剂和气泡的黏附表面积减小，精矿回收率明显下降。     

耦合TiO2直接苛化的黑液半焦与石油焦水蒸气共气化特性研究

以黑液半焦(BLC)-苛化剂(TiO₂)-石油焦(PC)三元混合物(BTP)为研究对象，借助热重分析仪和固定床反应器在850℃进行了恒温水蒸气气化实验，从反应速率、产气特性和残余固体特性等方面探究了耦合TiO₂直接苛化的BLC和PC共气化过程。结果表明，源于m Na₂O·n TiO₂对有机碳气化反应的促进作用，与单独的TiO₂直接苛化BLC气化和PC气化加权平均(BTPtheo)相比，耦合共气化过程表现出显著的协同效应。BTP最大反应速率达到7.0%/min，为BTPtheo的2.9倍；BTP产气中有效气组分(H₂+CO)的含量及其产率分别为81.1%和2059 mL/g，气体热值为9343 kJ/m³，相对于BTPtheo分别提高6.8%、137.3%和5.5%;BTP的碳转化率和能源输出比分别为95.0%和1.13，相比BTP_theo，分别提高61.6%和135.4%。此外，BTP在气化过程中的无机盐损失得到...     

基于元素分析的污泥焚烧处置综合性评估

污泥的无害化处置和资源化利用是目前社会关注的重点,对污泥泥质的综合性评估是污泥处置和利用的前提。采用8个地区的出厂污泥,基于元素分析结果,综合考虑其碳排放量和风险性,对污泥“焚烧+灰渣利用”处置方式进行综合性评估。污泥的工业分析发现地区1、7、8污泥中的干基低位发热量均值分别为11.60 MJ/kg、10.39 MJ/kg和12.04 MJ/kg,有机物含量均值为53.98%、51.23%和54.97%,发热量和有机成分显著较高,发热量和有机成分存在显著正相关关系（p<0.05）。而地区1、2、6污泥的重金属含量较高,8个地区的污泥浸出液中镍、铜、锌所占比例较大,占总体约90%。从碳排放和风险性分析可得,地区1、7、8的碳补偿量分别为958.59 kgCO2/t、909.08 kgCO2/t和963.39 kgCO2/t,碳补偿量较大,总碳排放量较小,但地区1污泥在采用制砖、水泥熟料处置时综合污染指数分别为0.72和0.71,在污染警戒范围（0.7~1.0）。结果表明,地区1、7、8的出厂污泥宜采用“焚烧+灰渣利用”处置方式,但地区1污泥处置时需关注重金属污染风险。污泥的元素分析能为污泥的焚烧处置提供科学性指导。     

生物质与石油焦共气化特性的研究

在内径为50mm,高约950mm的固定床反应器上对生物质与石油焦共气化特性进行了研究。研究了气化模式、石油焦添加比例、添加方式、粒径大小及气化温度对气化效果及焦油量的影响。结果表明,石油焦可以起到催化裂解生物质焦油的作用。随着氧气的体积分数从2%增加到15%时,气体的热值从5.35MJ/m³降低到2.98MJ/m³。在气化温度为700℃时,四种氧气含量下生物质单独气化时焦油产率平均值为6.4%,气体热值为4.31MJ/m³;生物质和石油焦混合气化时焦油产率平均值为2.9%,气体热值为5.19MJ/m³。石油焦的最佳添加比例为1∶1。生物质和石油焦不混掺焦油的产率最大,混掺其次,石油焦提前加入效果最好。随着添加石油焦粒径的增大,石油焦对生物质气化焦油的裂解率逐渐降低。在两种气化模式下,随着气化温度的升高,焦油的产率均逐渐降低。     

气流床气化细渣中残炭的结构特征及燃烧特性研究

气流床气化过程中产生的细渣含碳量很高,目前多以填埋的方式进行处理,将细渣用于循环流化床锅炉掺烧有望为细渣处理提供有利的技术。本研究选用宁东能源化工基地典型气化工艺GE、OMB及GSP产生的气化细渣为研究对象,利用物理吸附仪、激光拉曼及热重分析仪等仪器,系统研究了气化细渣中残炭的结构特征与燃烧特性。结果表明,原始气化细渣中的物质可分为黏结球形颗粒、多孔不规则颗粒与孤立的大球形颗粒,而酸洗后的气化细渣多以疏松细小的颗粒和多孔不规则块状颗粒存在;细渣中残炭的孔径尺寸主要分布在4-8 nm,且比表面积与残炭的活性位点大小顺序均为:GE OMB GSP;GE渣中残炭结构有序度最低,无定形炭结构最多,GSP则相反;GE渣中残炭燃烧速率最快,主要是由于GE渣中残炭有较大的比表面积、较多的无定形炭结构及较高的的活性位点,且GE渣中残炭的综合燃烧指数为5.26×10~(-7)%~2/(min~2·℃~3)。