O2 /CO2 气氛中低氧浓度下煤粉和煤焦的NO生成规律

在石英固定床反应器上,分别考察了O 2 /CO 2 和O 2 /N 2 浓度比对山西褐煤挥发分氮和煤焦氮向NO转化的影响以及CO浓度对煤焦的NO生成特性的影响。结果表明：O 2 浓度为15%时,O 2 /CO 2 气氛中煤粉的NO释放峰值下降且峰值出现时间提前,而煤焦的NO生成规律受气氛变化的影响较小;随O 2 浓度的升高,NO累积量先升高后降低;O 2 /N 2 气氛下NO累积量逐渐升高;O 2 /CO 2 气氛对于抑制煤粉的NO排放具有较好的效果,并且随O 2 浓度的升高,O 2 /CO 2 气氛对煤焦的NO抑制效果逐渐升高;在O 2 /N 2 气氛下随O 2 浓度的升高,煤焦氮的贡献率逐渐升高,O 2 /CO 2 气氛中煤焦的贡献率始终大于O 2 /N 2 气氛下;O 2 /CO 2 气氛中,加入1.5%的CO后,NO的累积量相对未加入CO时降低了14.1%。     

烟煤的CO、CO2和O2竞争吸附特性研究

为明晰煤与CO、CO₂、O₂之间的吸附规律,研究CO与CO₂、O₂在煤中的竞争关系,以钱家营烟煤为研究对象,基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)的试验结果,通过定量分析和分子单元参数构建的方法,构建钱家营烟煤分子晶胞结构(C1160H860O80N20),为验证构建模型的准确性,利用量子化学计算模拟分子的红外光谱,计算结果与试验结果基本吻合。在此基础上,采用巨正则蒙特卡罗和分子动力学方法,研究压力(0～16 MPa)、温度(20～60℃)对煤吸附CO、CO₂、O₂的影响。研究结果表明：拟合的等温吸附曲线符合Langmuir方程,在相同压力下,温度越高,CO、CO₂、O₂吸附能力越弱,在相同温度下,煤层埋深压力与吸附量之间呈正相关趋势,单一气体CO、CO₂和O₂的吸附量为CO₂>O₂>CO,且CO₂     

煤低温氧化CO与CO2的同位素指标研究

煤自燃火灾是矿井生产过程中的重大灾害之一,对矿井安全生产存在巨大威胁;煤自燃是一个复杂的氧化过程,要经历不同的氧化阶段,故要建立相应指标来判断不同的煤氧反应阶段。利用程序升温-气相色谱联用实验,分析了长焰煤自燃氧化过程中标志气体随温度变化规律,依据升温氧化实验数据,将煤自燃划分为4个阶段;以φ(CO)/φ(CO₂)和第三火灾系数R₃作为辅助指标,对煤氧反应阶段进行划分;同时通过检测低体积分数CO、CO₂中氧同位素的丰度值,得到气体产物中δ¹⁸O(氧同位素值)随温度变化的规律,并以δ¹⁸O为指标,根据δ¹⁸O变化规律将煤自燃划分4个阶段。     

O2/CO2气氛下煤焦恒温燃烧NOx释放特性

利用恒温热重-燃烧污染物在线测量系统,研究了O2/CO2气氛下,温度与反应气氛等对煤焦燃烧过程中NO与NO2释放规律的影响。结果表明:温度升高能显著缩短NOx析出时间,提高NO释放速度,降低NO2释放总量,并通过反应动力学参数的变化对该现象进行了解释;提高氧气浓度会导致NO瞬时释放量增加,同时有利于NO向NO2的氧化反应;水蒸气的存在造成CO2与H2O发生协同气化作用,导致煤焦燃烧过程因素更加复杂,一定浓度范围的水蒸气有助于促进NO与NO2的释放;空气气氛下NO瞬时释放量明显高于富氧气氛下,但NO2释放特性差别不大。     

采用SO2/O2催化氧化法脱除低铜萃余液中的铁锰

以刚果(金)某企业低铜萃余液为研究对象,开展Na₂S₂O₅/O₂催化氧化常温除铁工艺优化研究。着重考察了新型添加剂(BGX)对铁渣过滤性能和沉降性能的影响,pH值对铁、锰沉淀和钴损失的影响。采用扫描电子显微镜-能谱分析仪(SEM/EDS)表征铁渣的微观形貌及元素组成。结果表明：在催化氧化时间6 h、添加剂BGX用量5 g/L时,采用20%CaO作中和剂调节pH值至3.5左右,铁沉淀去除率可超过99.9%,锰沉淀去除率在83%左右,钴夹带损失为0.95%;除铁渣主要以CaSO₄、夹带的铁锰沉淀物和独立的铁锰水合物形态存在;添加剂BGX有利于减少钴的夹带损失并可改善过滤性能。     

Al/MoSi2复合材料的低温氧化行为

通过热重量分析法研究了Al/MoSi2复合材料在400～700 ℃的氧化性能,采用SEM和X射线衍射仪观察与测定了其表面形貌和相组成.结果表明Al/MoSi2复合材料在400,600和70 0 ℃氧化时,质量变化较少,归因于表面形成较连续的3Al3O2·2SiO2保护膜;而它在50 0℃氧化过程中,大量生成挥发性MoO3相,破坏了3Al3O2·     

富氧燃烧环境下CO对煤焦异相还原NO的量子化学研究

为掌握煤焦对NO异相还原反应规律,揭示氧燃烧方式下NOx排放量少的微观机理基于密度泛函理论和过渡态原理,使用DMOL3模块在分子水平上研究了在富氧燃烧条件下CO参与煤焦还原NO的反应过程,并从能量和热力学角度分析CO对煤焦还原NO是否具有促进作用。对每一步基元反应寻找了过渡态,计算得到了每一步反应的焓变和活化能。对每个反应从吉布斯自由能角度分析和能量对比发现,zigzag型煤焦模型相对于armchair型煤焦模型具有更强的吸附能力,CO参与zigzag型煤焦异相还原NO过程为所设计4条反应路径中最容易发生的反应,CO对于zigzag型煤焦还原NO具有促进作用,而对armchair型煤焦则没有促进作用。     

水蒸气/CO2/O2与无烟煤共气化过程研究

为综合利用固体氧化物燃料电池（SOFCs）产生的高温水蒸气及CO2尾气,采用流化床气化装置对水蒸气、O2、CO2气化晋城无烟煤过程进行了研究。结果表明：当气化温度为900 ℃时,增加水蒸气/CO2摩尔比,促进了煤的水蒸气气化反应和水汽变换反应的发生,使气化制得的合成气中H2含量增加,CO含量先增加然后基本保持不变;随着气化剂中O2流量的增加,合成气中CO体积分数先增加后减小,当气化剂中水蒸气、CO2与O2的摩尔比为14∶56∶30时,合成气中有效成分（CO+H2）体积分数达到最大（44.9%）;此外,优化得出赤泥的最佳添加量为8%,其含有的氧化铁等催化成分可以显著提高合成气中有效成分。     

(NH4)2S2O8氧化载金黄铁矿规律及E-pH研究

采用基于硫酸根自由基(SO₄^-·)的高级氧化技术,将(NH₄)₂S₂O₈作为氧化剂氧化预处理黄铁矿。考察了(NH₄)₂S₂O₈和FeSO₄浓度、浸出温度、浸出时间对氧化浸出黄铁矿效果的影响。结果表明,采用热活化(NH₄)₂S₂O₈产生SO₄^-·预处理黄铁矿,在(NH₄)₂S₂O₈浓度0.395 mol/L、浸出温度70℃、浸出时间8 h条件下,黄铁矿浸出率可达73.71%。通过动力学方程拟合,确定该体系浸出黄铁矿可采用收缩核动力学模型描述,浸出黄铁矿过程中反应速率的决定步骤为内扩散速率,其表观活化能为50.57 kJ/mol。通过绘...     

基于O2和CO浓度综合划定采空区“三带”

采用束管监测方法,在采空区后溜子处布置探测点,测定指标气体,详细分析了大佛寺40106工作面采空区O2和CO的实际分布情况,指出了采用O2和CO浓度综合划定采空区"三带"的方法,并基于此提出了采用MIN～MAX优化的方式对采空区"三带"进行了划分,并推导计算出了工作面的极限推进速度,有效指导了大佛寺煤矿40106工作面的防灭火工作.     

煤焦边缘模型异相还原NO的Mayer键级变化分析

为掌握煤焦对NO异相还原反应规律,揭示焦炭氮迁移转化的微观机理,选取armchair型含氮煤焦边缘模型和zigzag型煤焦边缘模型作为研究对象,基于密度泛函理论计算各个键的Mayer键级,研究上述各煤焦边缘模型化合物对NO气体异相吸附、还原和解吸的过程。结果表明:NO气体分子以side-on形式与armchair型含氮煤焦边缘模型发生异相还原反应,N—O键的Mayer键级达到最小值0.984 6,受热时N—O键容易发生断裂,最终释放出N2和CO;两个NO气体分子与zigzag型煤焦边缘模型发生异相还原反应,一个NO分子以side-on形式吸附在煤焦边缘模型表面,进而形成一个五元环中间体,此时O4—N5键级为最小值1.002 5,而另一个NO分子会以O-down的模式吸附在C3键位上,反应最终释放N2;Mayer键级理论可以有效地研究分子水平条件下煤焦边缘模型对NO异相还原反应的机理。     

焦炭与原煤混烧和分别燃烧时NO生成的差异性

以3种具有不同煤阶的原煤作为试样,将其热解后制备的焦炭与原煤采用2种方法进行实验：混烧和分别燃烧,在973~1 373 K范围内研究了NO的生成规律.研究发现,焦炭和原煤混烧生成的NO大于其分别燃烧时生成的NO的总和.而且当焦炭占混合物的质量分数为13.04 %时,随着燃烧温度的提高,2种方法所得NO的差异还有增大的趋势.在此温度范围内,当混烧时,焦炭对NO的主要作用表现为对其前驱物的吸附.     

煤中灰成分对CO还原NO反应影响的动力学研究

循环流化床锅炉内以CO为主的还原性气体,在大量灰的催化下对NO具有显著的还原作用。针对NO-CO反应动力学进行实验研究,重点考察了灰的存在及其成分对该反应速率的影响。实验中选取5个典型煤种制取灰样,通过X射线荧光光谱技术分析灰成分,并利用小型固定床实验测量不同温度、不同反应物浓度下的NO还原比例,进而拟合反应动力学参数。结果表明,灰中各主要成分对NO-CO反应的催化活性排序为Fe_2O_3CaO/MgOAl_2O_3SiO_2,且Fe_2O_3的作用显著偏高,而SiO_2和Al_2O_3可以视作惰性成分。利用最小二乘法计算灰中各主要成分影响权重,引入基于灰成分质量份额加权和的指数γash,以修正Arrhenius形式的NO-CO反应动力学公式。该公式的计算结果较好地预测了人为配制灰催化条件下的NO-CO反应动力学参数。     

掺杂金属化合物强化煤焦-NO反应的析因试验研究

为揭示影响煤焦-NO反应的主要因素与NO还原率之间的定量关系，也为研发燃煤锅炉实际运行阶段控制NO排放新技术，采用立式石英固定床反应器，研究掺杂钙基或铁基金属化合物的煤焦对NO异相还原反应的影响。结果表明，钙基、铁基、温度*钙基(交互作用)和温度对煤焦还原NO有显著影响，并且影响的显著性依次增强；基于析因试验设计方法，建立了NO还原率积分值与煤种属性参数、温度、金属化合物添加量的耦合预测模型；温度的升高有利于煤焦还原NO，固定碳含量更高、灰分含量更低的织金无烟煤焦对NO的还原作用强于瓮安烟煤焦的还原作用；在相同温度下，掺杂铁基或钙基金属化合物对不同种类煤焦还原NO的催化效果有区别，但按等比例复合后的铁基钙基化合物催化效果均表现为协同作用。     

一种褐煤煤焦水蒸气和CO2气化活性的对比研究

面向循环流化床褐煤热解-部分气化-残炭燃烧分级转化工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700～950 ℃,以快速热解和慢速热解方式制备煤焦,考察煤焦表面形貌和结构随制焦条件的变化。利用热分析技术研究气化温度、热解温度和热解速率对煤焦水蒸气和CO2气化反应活性的影响。结果表明：煤焦气化反应速率主要受气化温度影响,受热解温度的影响相对较小;煤焦分别与水蒸气和CO2气化的活性有较大差异,差异随着气化温度的升高而减小;与煤焦的水蒸气气化相比,热解条件对煤焦的CO2气化活性影响更大;煤焦水蒸气气化和CO2气化的反应性指数之间的关系可用二次曲线进行描述,在10%～80%碳转化率范围内分布活化能存在良好的线性关系。     

煤无氧升温中CO产生及变化规律的光谱分析

为阐明煤在无氧环境下升温过程中CO的产生及变化规律,利用程序控制升温和时间分辨红外光谱分析方法,在无氧环境下对煤进行程序控制升温,采集并分析了煤无氧升温过程中CO产生及变化规律的时间分辨红外光谱谱图,揭示了煤无氧升温过程中CO的产生和变化规律,建立了描述CO生成量与煤质量分数之间函数关系的方程。结果表明:在30~370℃,由于热解温度不够高,无CO产生;在煤失重最快的370~650℃,CO生成量随温度的升高而逐渐增大,并在641.5℃达到最大值;在650~800℃,由于与CO生成有关的活性官能团逐渐被消耗殆尽,CO生成量随温度升高逐渐减小并最终趋于零。     

煤矿井下CO来源辨识与浓度超限原因研究——以内蒙古串草圪旦煤矿为例

为准确辨识井下CO来源,查明CO异常涌出与浓度超限原因,更好指导煤矿安全生产工作。以内蒙古串草圪旦煤矿为研究实例,统计了该矿井下6103、6104和6106工作面1059个气样组分测试数据,分析了采煤工作面、密闭采空区CO浓度变化特征,确定了井下CO主、次要来源,探讨了地质因素、工程因素对CO浓度超限的影响。研究结果表明:所有统计气样中,CO与O₂浓度具有较好的负相关性,CO浓度超限主要在工作面上隅角、支架、密闭采空区等通风条件较差的位置;CO主要来源于煤炭开采氧化自燃,局部存在煤天然氧化次生CO;开采煤层埋藏浅、小型逆断层发育及煤变质程度低是CO浓度超限的地质原因;工作面长度过大,通风方式不合理是CO浓度超限的工程原因;地质与工程因素共同作用下,煤炭开采氧化自燃CO与天然次生CO叠加涌出,导致在风流速度低的位置CO积聚而引起井下CO浓度超限。     

高瓦斯矿井特大火区治理的新技术

为了研究不同含水率气煤的自燃特性,通过程序升温实验系统,分别对5种煤样进行低温氧化实验。实验结果表明：在低温氧化过程中,不同含水率气煤的自燃特性参数均随温度的升高呈指数变化趋势;煤样的CO与CO₂体积分数、耗氧速率、放热强度均表现出低含水率下大于原煤,高含水率下小于原煤的规律;在加速氧化阶段,原煤的活化能为75.7 kJ/mol,相比之下含水率为5.87%、9.81%、13.81%的煤样活化能分别降低了6.8、25.6、4.6 kJ/mol,而含水率17.85%煤样的活化能却上升了4.1 kJ/mol。研究结果表明：一定范围内水分含量越大,煤样的表观活化能越小,煤的自燃倾向性越高;而过量水分会抑制热量积聚,使煤的活化能变大,自燃倾向性变低。