燃煤飞灰中矿物质对烟气中As、Se、Pb形态分布影响的热力学研究

基于热力学平衡的原理,研究了燃煤烟气中As、Se、Pb三种重金属与飞灰中主要矿物质CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO的反应。结果表明,As在1600 K时与CaO反应开始生成Ca₃(AsO₄)₂,且随着CaO含量的增大,Ca₃(AsO₄)₂的温度区间变窄,说明CaO对煤中As的挥发有抑制作用;As与Al₂O₃在1700 K时开始反应,随着温度降低最后全部以AlAsO₄的形式存在; As与Fe₂O₃反应生成FeAsO₄;As与MgO在600-1500 K以Mg₃(AsO₄)₂(s)形式存在,低于600 K时转化为As₂O₅(s)。...     

金属氧化物吸附剂干法脱除气相As2O3实验研究

利用自制As₂O₃连续发生装置,在固定床反应器上研究了金属氧化物CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃对煤燃烧高温烟气中气相砷的吸附特性。600~900 ℃温度的吸附实验结果表明,金属氧化物CaO、Fe₂O₃吸附剂对气相As₂O₃的吸附以化学吸附为主,随着吸附温度的升高,吸附量与吸附效率逐渐减小;3种金属氧化物的气相固砷能力依次为Fe₂O₃ >CaO >Al₂O₃;研究了气相砷浓度对吸附剂固砷量的影响特性,当气相砷体积浓度在4.5×10^-6~13.5×10^-6变化时,不会有吸附饱和的现象发生,当吸附剂种类一定时,吸附效率仅与吸附温度有关,对于不同气相砷浓度保持相同的吸附温度可以获得相同的吸附效率。     

准东煤灰化过程中的矿物演变及矿物添加剂对其灰熔融特性的影响

利用低温灰化、高温灰化和X射线衍射物相分析相结合的方法对准东煤中矿物质在加热过程中的演变规律进行了研究。结果表明,准东煤中原始矿物质以方解石、高岭石为主,随着燃烧温度的升高,煤灰中矿物质最终生成了铁橄榄石、硅酸钙等。此外,向准东煤中掺加不同比例的高岭土和刚玉混合添加剂,发现随着SiO₂/Al₂O₃比值的降低,煤中生成了钙矾石、钙铝榴石等高熔点物质,准东煤的灰熔点逐步升高。     

添加剂对高碱煤钠迁移和灰分烧结温度的影响

选取三种不同的添加剂（高岭土、SiO₂和Al₂O₃）,研究它们对高碱准东煤钠迁移和灰分烧结温度的影响,并且添加比例为1%-5%。结果表明,三种添加剂的钠捕集效率依次为：高岭土 > SiO₂ > Al₂O₃。钠捕集效率随着添加比例的增加而升高,但受温度影响比较复杂。高岭土的钠捕集效率在600-1000℃先增加后减小,并在900℃达到最大值,其余两种随温度的升高均减小。准东煤灰的烧结温度为803℃,添加高岭土后,烧结温度随添加比例的增加先降低后上升。当添加比例为3%时,因为钙长石和钙黄长石的低温共熔反应而达到最小值。SiO₂的添加比例为5%时,由于透辉石的生成和SiO₂本身的"骨架"作用,烧结温度迅速升高到879℃。Al₂O₃对烧结温度的影响最小。     

固体添加剂对垃圾掺烧污泥焚烧飞灰高温过程中重金属挥发特性的影响

在研究垃圾与污泥掺烧后焚烧飞灰中重金属浸出特征的基础上,重点研究了飞灰在1 000 ℃条件下高温处置过程中重金属(Cu、Zn 、Pb、Cd)随不同停留时间的挥发特性及添加剂(CaO、Al₂O₃、SiO₂、高岭土、粉煤灰)对重金属转化与挥发特性的影响。研究结果表明,飞灰中重金属Zn、Pb、Mn含量较高,Ni的含量较低,而毒性较大的Cd达到29.4 mg/kg。浸出液中七种金属都满足危险废物鉴别标准(GB5085.3-1996),并且重金属的浸出浓度受浸取时间及浸取液pH值影响较大。在同样的高温处置条件下,焚烧飞灰中不同重金属的挥发特性有较大的差别。其中,Pb表现出易挥发的特性,其挥发率超过80%,而Cu挥发性较小,其挥发率小于30%。综合来看,飞灰中重金属的挥发性大小依次为Pb>Cd>Zn>Cu。飞灰中添加Al₂O₃和高岭土可以抑制Cd的挥发,添加Al₂O₃后Pb的挥发率有所减少,添加SiO₂、CaO、高岭土、粉煤灰均使Zn的挥发率降低,而对Cu的挥发率没有抑制作用,这与飞灰中高Cl含量及各痕量元素化合物对固体添加剂活性位选择性的竞争吸附有关。     

负载型铂催化剂中的载体效应

本文用程序升温热脱附法和氢氧滴定法研究了SiO₂、SiO₂·Al₂O₃、Al₂O₃、SiO₂·SnO₂和Al₂O₃·SnO₂等和Pt的相互作用,表明Pt和载体作用强弱的顺序为:Al₂O₃>SiO₂·Al₂O₃>SiO₂;发现SnO₂具有强化SiO₂和Al₂O₃载体效应的作用;提出Pt和载体相互作用较强部位可能是Pt和缺氧氧化物所形成的表面络合物--Pt-[Al₂O_x]和Pt-[SnO_x]。     

榆林煤水蒸气气化条件下钾的迁移行为研究

本研究利用固定床反应装置、原子吸收光谱、X射线衍射法(XRD)考察负载碳酸钾的榆林煤(ZA-K)、负载碳酸钾的榆林脱灰煤(ZA-THK)、负载碳酸钾的模拟灰(采用SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃四种氧化物配置)气化反应后的钾迁移行为,采用傅里叶红外光谱、拉曼光谱,探究ZA-K及ZA-THK在热解过程中的结构演变对钾迁移行为的影响;实验结果表明,温度越高,气化反应残渣中水溶性钾回收效率越低;三次水洗可以回收总水溶性钾的94.06%-98.80%;不溶性钾的生成是因为钾与煤灰中硅铝生成钾的硅铝酸盐物相;ZA-THK比ZA-K中的钾在气化反应过程中更容易挥发,在700-850℃下,ZA-THK中的钾挥发比ZA-K高出10.28%-44.92%。主要原因是ZA-K中的灰分会将负载的钾固定在煤灰中;也是酸洗脱灰使煤的芳香聚合度降低,煤中出现更多的小环芳香结构(2-8环)。     

污泥焚烧中铅的形态转化及脱除的热力学平衡研究

利用热力学平衡模型预测了污泥焚烧过程中铅的形态转化和迁移规律, 并采用系统吉布斯自由能最小的原理对Al₂O₃, SiO₂, TiO₂和CaO 4种吸附剂吸附污泥燃烧中铅的效果进行了模拟计算. 探讨了痕量元素Pb与S, Cl的相互作用及S和Cl的存在对吸附剂与Pb反应的影响. 研究结果表明, 污泥焚烧中Pb的形态转化受到S, Cl及矿物质的影响较大. 有S存在情况下, Pb在低温条件下主要以固态PbSO₄存在, 温度较高时以气态PbO存在; Cl较易和Pb结合形成低沸点的金属氯化物而导致Pb的挥发, 并且Cl含量的增加会加速Pb的挥发. 4种吸附剂对污泥焚烧中Pb都有一定的脱除能力, 其中Al₂O₃可以在较宽温度范围对Pb进行捕集, 而CaO对Pb的化学吸附能力较差. 由于S, Cl与Pb有更强的反应性, 因此S, Cl的存在对吸附剂与铅的反应有抑制作用, 使有效吸附的温度范围变窄, 吸附效率降低, 甚至失去脱除Pb的能力, 并且Cl的影响大于S.     

梧桐木与烟煤混烧的灰分特性分析

通过SEM/EDS分析、X射线衍射分析和灰熔融性实验对梧桐木与烟煤混烧适宜的灰化温度、灰化时间以及混煤灰的灰分特性进行了研究。研究表明,适宜的灰化时间为2 h,灰化温度则根据不同的梧桐木配比分别选取650、700和800 ℃。随着梧桐木配比的升高,混烧灰中SiO₂和Al₂O₃的含量逐渐降低,而K₂O、CaO和MgO的含量逐渐升高,Na₂O和Fe₂O₃含量的变化,整体维持在较低的水平。当梧桐木配比为30%时,混烧灰中出现钙长石的晶相;当配比为50%时,混烧灰中出现钠长石的晶相,同时莫来石晶相消失,且随着温度的升高混煤灰中结晶相的强度减弱。梧桐木灰中高含量的碱性氧化物与硅铝氧化物所生成的低熔点硅铝酸盐是导致梧桐木混煤灰熔点降低的直接原因。     

玉米秸秆与塑料PE共气化过程中碱金属迁移行为的研究

选取一定混合比例的玉米秸秆与塑料PE制成混合燃料,采用固定床实验台,通过改变反应温度,并结合化学热力学平衡分析、X射线衍射及扫描电子显微电镜能谱分析技术对共气化过程中碱金属的迁移行为进行研究。结果表明,气化气中碱金属以气态组元KCl、K₂Cl₂、NaCl形式存在。混合燃料中掺入塑料PE后,C、H含量增加,H使得共气化反应中更容易与Cl反应生成HCl,而非KCl,同时C更容易与K结合,导致K的释放率低于单独玉米秸秆气化,但使Na释放率增加。灰中碱金属化合物以KCl、NaCl、K₂SO₄、KAlSi₃O₈、KAlSiO₄、NaAlSi₃O₈、NaAlSiO₄为主,气化温度高于800℃后灰中K、Na、Cl更易沉积于微孔边缘。     

长治煤与生物质混合灰熔融特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪和FactSage软件相结合对生物质（花生壳、稻壳）与高灰熔点长治煤混合灰的熔融特性及其熔融机制进行了研究。结果表明,两种生物质灰都可以降低长治煤的灰熔融温度,花生壳灰助熔效果优于稻壳灰,这主要与它们的化学组成和赋存形态有关。低熔点长石类矿物（钙长石、钠长石）和白榴石的生成是花生壳与长治煤混合灰熔融温度降低的主要原因;长石类矿物的生成及其与SiO₂结合生成的低温共熔物引起稻壳与长治煤混合灰熔融温度降低。热力学计算表明,在碱性氧化物Na₂O、CaO、K₂O存在时,SiO₂和Al₂O₃优先与其反应生成低熔点硅铝酸盐,一定程度上抑制了高熔点莫来石矿物的生成,从而起到助熔作用。混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个阶段,两类矿物熔融顺序：含钾矿物先于含钙矿物。     

糠醛渣对气化煤灰熔融特性影响的研究

本研究选择一种典型糠醛渣和两种硅铝比(Si/Al)不同的气化煤,考察配入糠醛渣对两种气化煤灰熔融温度的影响,利用X射线衍射仪(XRD)分析了不同温度下灰渣的矿物质变化规律,采用热力学计算软件FactSage计算了平衡状态下的物相变化。研究结果表明,随着糠醛渣配比的增加,两种气化煤灰的熔融温度均呈现先增加后降低的趋势,其中,高硅铝比的气化煤灰增加趋势更显著。配入糠醛渣后气化灰渣难熔相由钙长石(CaAl₂Si₂O₈)变为白榴石(KAlSi₂O₆),白榴石(KAlSi₂O₆)在1300℃仍以固相形式存在,导致灰熔融温度升高。硅铝比高的气化煤灰的SiO₂相对含量高,其与糠醛渣中的K₂O反应生成更多高熔点的白榴石(KAlSi₂O₆),导致其熔融温度升高趋势更显著。随着糠醛渣配比的继续增加,共气化灰渣中K₂O含量增加,灰渣中形成低熔点的钾...     

A型沸石的生成机理

用化学分析和TMC-GC(三甲基硅气相色谱)法定量地研究了凝胶体系(3Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·185H₂O)在A型沸石结晶过程中固、液相组分SiO₂·Al₂O₃及硅酸根离子存在状态的变化;用电子显微镜研究了液相中晶核的生成,证实了A型沸石结晶过程为液相生成机理。     

SCR催化剂的组成对其脱硝性能的影响

在以TiO₂为载体的基础上,考察了活性组分WO₃和V₂O₅的质量分数以及SiO₂和Al₂O₃的加入对SCR催化剂脱硝性能的影响,筛选出的最佳催化剂组成与某商业催化剂的催化活性、制备方法和催化剂组成进行比较。结果表明,SiO₂和Al₂O₃的加入会降低催化剂的脱硝性能,筛选出的最佳催化剂组成为0.5%V₂O₅～10%WO₃/TiO₂;与实验室通过溶胶 凝胶法制备载体然后负载活性组分的制备方法不同,商业催化剂是将粒径均匀的锐钛矿型TiO₂与玻璃纤维（主要成分为SiO₂和Al₂O₃）通过黏合剂混合制备成型的催化剂载体,然后负载活性组分;由于制备方法和催化剂组成等方面的较大差异,0.5%V₂O₅～10%WO₃/TiO₂在低于603K时具有很好的NO脱除率,而商业催化剂在实际烟气温度(603K~663K)范围内,能稳定保持90%以上脱硝率。     

模拟城市生活垃圾热处理过程中Cd与Pb挥发特性研究

以Cd与Pb为研究对象,在流化床反应器上对模拟城市生活垃圾Al₂O₃热处理过程中重金属的动力学挥发特性进行了研究。分析了氧化还原条件、H₂O、HCl、SO₂及基体Al₂O₃对重金属的挥发特性影响。研究结果表明,Cd具有较强的挥发性,尤其是在通入HCl的情况下,而Pb的挥发程度则较低,同时氧浓度的增加会降低重金属的挥发。Al₂O₃颗粒中重金属的物理化学吸附以及重金属的扩散效应则同样在一定程度上抵制了重金属的释放,而SO₂的通入则在一定程度上促进了Cd与Pb的释放。     

Al2O3负载Pt催化剂的合成及其甲醇低温催化燃烧性能研究

采用一步合成法制备了Al₂O₃负载Pt催化剂Pt/Al₂O₃,以甲醇催化燃烧作为目标反应研究了其催化性能,考察了还原剂浓度、表面活性剂用量、表面活性剂浓度和煅烧温度对Pt/Al₂O₃甲醇低温催化燃烧性能的影响。结果表明,当还原剂浓度为0.1 mol/L、表面活性剂(CTAB)用量为8.53 g/g_cat.、表面活性剂浓度为0.1 mol/L、煅烧温度为600℃时,所得催化剂的活性最高,25℃下甲醇催化燃烧的转化率达到52%。而改进一步合成法制备的负载型催化剂Pt/Al₂O₃具有更高的甲醇催化燃烧活性,25℃下甲醇催化燃烧的转化率为84%。     

SiO2和Al2O3负载的Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能差异

CH₄与CO₂干重整反应对于环境保护和天然气资源的合理利用具有重要意义。SiO₂和Al₂O₃是适用于甲烷干重整反应的两种典型的催化剂载体。为了阐明这两种载体对催化剂性能的影响,本研究采用等体积浸渍法制备了Ni/Al₂O₃和Ni/SiO₂催化剂,并利用BET、TEM、H₂-TPR、XRD、TG和Raman等技术对还原和反应后的催化剂进行了表征。结果表明,由于载体的性质不同,Ni基催化剂在甲烷干重整中的催化性能也不同。Ni/SiO₂催化剂的初始活性较高,但由于其金属-载体相互作用较弱,催化稳定性较差,在800℃下反应15h其催化活性急剧下降;较弱的金属-载体相互作用使得Ni/SiO₂催化剂上的Ni颗粒较大,有利于积炭前驱物种的生成,导致催化剂快速失活。而对于Ni/Al₂O₃催化剂,金属-载体相互作用较强,Ni颗粒较小,但由于Ni与Al₂O₃生成了NiAl_xO_y物种,有效活性位减少,其催化活性相对较低,但催化稳定性较好,干重整反应进行50h其活性保持稳定;Ni与Al₂O₃之间较强的相互作用有利于形成小且稳定的Ni粒子,能减少积炭,因而具有优异的催化稳定性。     

模拟烟气气氛下矿物元素组分对砷的吸附特性研究

利用气相砷吸附反应实验装置,研究了300-900℃条件下CaO、Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、K₂SO₄及钙铁混合吸附剂在模拟烟气气氛下的As₂O₃（g）吸附特性。结果表明,在五种单元素吸附剂中,CaO的吸附能力最强,K₂SO₄最弱;随着温度升高,CaO的吸附量先增加,在700℃时略微下降后又增加,Fe₂O₃的吸附量先增加后减少,MgO、Al₂O₃、K₂SO₄的吸附量一直增加;三种比例的钙铁混合吸附剂的吸附效果的实验值相比计算值至少提高了92%,Ca：Fe比为3：1时,吸附效果最好,达到7.91 mg/g。混合后烧结反应导致表面结构改变是吸附效果提升的重要原因。     

Cu修饰的Fe2O3/Al2O3氧载体的循环反应稳定性研究

采用冷冻干燥法制备了经Cu修饰（10%）的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体。利用热重分析仪分别在850、900和950 ℃等温环境下,使氧载体交替接触还原气体和氧化气体,来模拟氧载体在化学链燃烧中的循环过程。结果表明,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体在850和900 ℃下的等温循环过程中反应性能都很稳定,在950 ℃时的循环反应前期有微量烧结,但在循环后期反应性能也很稳定。随着反应温度的升高,氧载体氧化速率增大,还原速率和载氧率先减小后增大。与未经修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体相比较,在900 ℃下作等温循环实验,经Cu修饰的Fe₂O₃/Al₂O₃氧载体具有较高的载氧能力和还原速率,但氧化速率较低;两者都具有较好的循环稳定性。     

CaO/MgO和CaO/Ca9Al6O18同时捕集CO2/SO2的循环吸收特性

以葡萄糖酸钙与葡萄糖酸镁及L-乳酸铝为前驱物,湿法制得了四种CaO/MgO和CaO/Ca₉Al₆O₁₈吸收剂,并进行了同时捕集CO₂/SO₂的实验。考察了吸收剂种类、质量配比、SO₂浓度及煅烧温度等对吸收剂吸收性能的影响。结果表明,CaO/MgO(质量比为75%/25%)吸收剂和CaO/Ca₉Al₆O₁₈(质量比为75%/25%)吸收剂分别保持了最好的吸收CO₂能力和最好的循环稳定性。SO₂严重阻碍了吸收剂对CO₂的捕集。SO₂浓度越高,吸收剂吸收CO₂能力下降的越快,但同时吸收SO₂的转化率也越高。数次循环后,总的Ca利用率开始上升,且SO₂浓度越高,上升趋势越明显。煅烧温度对CaO/MgO吸收剂和CaO/Ca₉Al₆O₁₈吸收剂循环吸收特性的影响略有不同。