热态半焦和冷态半焦催化裂解煤焦油研究

对比研究了热态半焦(原位热解半焦)和冷态半焦(热解后温度降至常温的半焦)对煤焦油的催化裂解特性。结果表明,相同条件下,热态煤半焦比冷态煤半焦具有更高的催化裂解焦油能力。当裂解温度为1 100 ℃,热解气体在热态半焦层中的停留时间为1.2 s时,催化裂解后燃气中焦油含量可降至100 mg/m³。BET分析结果表明,热态半焦比冷态半焦具有更大的比表面积和更发达的微孔结构。同时,在不可避免经历相对明显的高温过程中,冷态半焦的碳微晶结构有序度增加,进而导致其活性有所降低。随着气体停留时间的延长或催化裂解温度的提高,燃气中焦油含量迅速降低,但热态半焦与冷态半焦催化裂解焦油的活性差异也变小。半焦催化裂解焦油后,活性明显降低,但使这种半焦与水蒸气发生部分气化反应后,其活性基本得到恢复。     

微型流化床与热重测定煤焦-CO2气化反应动力学的对比研究

对微型流化床反应分析仪(MFBRA)和热重分析仪(TGA)测定煤焦与CO₂的等温气化反应动力学进行了比较.在最小化气体扩散影响的条件下,半焦在MFBRA中的气化反应速率比TGA中大,且在转化率为0.15时有最大值.缩核模型能很好地描述半焦的气化行为.在760~1 000 ℃,半焦气化分两个阶段:在低温段,利用MFBRA和TGA求取的反应活化能基本相同,验证了MFBRA在求取反应动力学数据方面的有效性和可靠性;在高温段,MFBRA测定的反应活化能较大,说明其受扩散的抑制作用较小.相同温度下通过MFBRA求取的效率因子明显较大,这同其较快的反应速率相一致.上述差异充分说明了反应器类型对测试的(表观)反应动力学有显著影响.     

加压热重分析仪快速升温方法的研究

利用研制的移动式电阻加热炉、并与固定式电阻加热炉及红外加热炉比较,开发了一种快速升温、恒温稳定性好、能够适用于加压热重分析仪(PTGA)的快速升温技术(升温速率>200℃/min).结果表明:红外加热虽然升温速率最大,但在恒温段的热稳定性较差,移动式电阻加热兼具升温速率大和恒温段热稳定性好的优点,不锈钢模拟反应器的升温速率可达216℃/min.采用移动式电阻加热快速升温方式,在不同加热终温(500℃—900℃)、不同压力(0.5—3.0MPa)及不同通气量(0.1—2.0L/min)的条件下,加压反应器内的压力波动非常小,说明移动式电阻加热快速升温方式应用于加压热重分析仪是可能的.     

不同煤燃烧方式降低NOx排放比较及解耦燃烧应用

采用两段反应器研究了三种煤在不同燃烧方式下抑制NO_x生成的效果。结果表明,煤的热解气和部分气化生成气再燃均能较好的抑制NO_x生成,抑制效果优于空气分级燃烧,解耦燃烧方式抑制NO_x生成的效果最显著,相对于传统燃烧其NO_x排放降低了32%以上。煤种对各种燃烧方式降低NO_x的程度有明显影响,煤中单位氮含量的燃料比(固定碳/挥发分)越小,煤的热解气和部分气化生成气再燃以及解耦燃烧方式下NO_x的排放量越低。在煤部分气化生成气再燃烧方式中,部分氧化气化段通氧量不同,降低NO_x排放的效果也不同,在氧气体积分数为8%~10%时的NO_x生成量最低。基于解耦燃烧技术原理,研制了1.4 MW解耦燃烧工业锅炉,在燃烧同一煤种时,解耦燃烧锅炉和传统立式锅炉相比,烟气中NO_x排放量降低了32.9%。     

基于流化床热解的中药渣两段气化基础研究

以中药渣为原料,研究了流化床热解和固定床半焦催化/重整焦油及半焦气化的特性,特别是对固定床重整前后焦油中组分的变化进行了分析。结果表明,随着热解气体在固定床半焦中停留时间从0 s延长到0.95 s,焦油中-OH、C-H、C-O、C=O和C=C官能团的含量显著减少,芳香类物质含量明显增加;向固定床中加入水蒸气后,焦油中芳香类、C-O和羟基-OH官能团的含量增加;而加入氧气后,焦油中羟基-OH、C-H、羰基C=O、C=C和C-O官能团物质含量变化不大,但芳烃类物质明显增多。虽然向固定床中加入水蒸气或氧气均能降低焦油含量,但水蒸气的作用稍弱,两者联合对焦油脱除和半焦气化效果更好,生成的燃气中基本不含焦油。     

镉胁迫下生物质炭对蔬菜生长特性的影响

采用盆栽试验,研究了施用生物质炭对外加镉污染土壤上小白菜生长性状和根系耐性指数的影响。结果表明,重金属镉加入时,抑制了小白菜根系的生长,随着镉污染浓度的增加,抑制趋势显著。但随着生物质炭浓度的增加,植物根长并没有因镉污染浓度的变化而显著变化,根长生长趋于稳定。镉污染对小白菜叶的生长有胁迫作用,无论是否有重金属污染,生物质炭对小白菜株高和叶宽的指标都有不同程度的促进作用。在施加生物质炭并且受镉污染的小白菜的根系耐性指数＞1.0。     

连续水热氧化苯酚生产小分子有机酸

以甲酸和乙酸为目标产物,利用自行研发的连续水热反应装置开展了苯酚水热氧化资源化试验研究.结果表明,加入碱显著地促进了甲酸和乙酸的生成,但过量的碱降低了甲酸和乙酸的产率;甲酸和乙酸产率均随反应温度、供氧率、反应时间先增加后减少;在温度300℃、NaOH质量浓度1.0mol.L-1、供氧率70%、反应时间为60s时甲酸和乙酸产率分别达到最高值9.5%和11.2%.基于产物识别探讨了小分子有机酸特别是甲酸和乙酸的生成路径.     

含氧/蒸汽气氛中煤高温分解产物分布及反应性

在流化床反应器中考察了含氧/水蒸气气氛中煤在850 ℃下的热解特性,包括产物分布特性及生成的半焦与焦油的反应性,研究了温度、过量空气比(Equivalence ratio: ER)和水蒸气/煤比(S/C, 质量比)的影响。结果表明,随热解温度、ER和S/C质量比的增加,气体产率增加,而半焦和焦油产率减少。O₂的加入使CO₂、CO含量明显增加,H₂含量降低。O₂和水蒸气的加入使半焦的比表面积显著增加,半焦气化活性增强,但半焦在900 ℃和 ER 为0.22的条件下出现轻微石墨化,降低了其气化活性。同时,反应气氛中含有O₂和水蒸气对焦油的性质有显著影响,与单纯的N₂气氛相比,O₂和水蒸气的存在使热解焦油中单环芳烃、酮类、酚类、脂肪烃都明显减少,这对于焦油的进一步裂解及重整更加有利。     

添加不同塑料与污泥混合热解对生物炭中重金属的影响

利用高温管式炉开展城市污泥（SS）与四种塑料（PE、PP、PS和PVC）混合热解实验,分别得到四种生物炭（SSC_PE、SSC_PP、SSC_PS和SSC_PVC）,研究了生物炭中重金属（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb）含量、残余率、BCR形态和TCLP浸出毒性特征,并开展潜在生态风险评估。结果表明,添加不同塑料与污泥混合热解能够降低除Cd以外重金属的残余率。与污泥单独热解所得生物炭（SSC）相比,添加PE、PP和PS能够促进生物炭中的重金属向相对稳定态（F3+F4）转化,实现固化稳定;添加PVC仅对生物炭中Cr和As有固化稳定作用,对其他重金属有明显活化作用。四种生物炭中的重金属浸出量低于GB5085.3-2007浸出毒性鉴别标准规定的限值,生态风险均明显地降低至轻微风险水平,表明添加PE、PP、PS和PVC与污泥混合热解所得生物炭的应用不会带来新的环境风险,这为污泥与废塑料协同处置工艺提供了良好的理论支撑。     

臭氧及臭氧-双氧水处理高盐高有机物水热液对比

以焚烧飞灰与污泥协同水热产生的水热液作为研究对象，分别采用臭氧、臭氧-双氧水对其进行处理，对比研究不同处理条件对水热液的处理效果，分析高含盐量对臭氧、臭氧-双氧水处理水热液的影响。结果表明：与单独臭氧处理相比，臭氧-双氧水处理可显著降低水热液中有机污染物的UV254、3D荧光峰值；臭氧-双氧水协同处理促进了化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)和氨氮(NH₄-N)的去除效果，去除率分别提高了15.69%和10.09%。水热液的色度由2000倍显著降低到800倍。水热液相中较高的含盐量一定程度上抑制了臭氧对有机物的降解，双氧水的加入缓解了盐离子的抑制效应。