返混对气-固反应特性测试和活化能表征的影响

采用冷态研究和高温反应相结合的方法,探究了气-固反应过程中返混对反应特性和动力学的影响。首先利用脉冲示踪法考察微型流化床内的气体停留时间分布规律和气体返混特性,揭示床内径D、表观气速U_g、介质颗粒粒径d_p对床内气体返混程度的影响,并分析气体流动偏离平推流的程度,得到其最大程度接近平推流的操作范围。进而,选取活性焦燃烧这一典型气-固反应,分析微型流化床反应分析仪中不同程度的返混状态下等温燃烧的反应行为和活化能演变,再现了D、U_g、d_p对反应测试结果的影响,即：随着床径减小及表观气速和介质颗粒粒径的增大,反应器内产物气体经历的返混程度减小,使得产物气体近平推流的输出并被即时检测,获得更好揭示反应本质特性的反应活化能。活化能数值随返混程度的减少而增大,且更易达到稳定反应状态。     

低温烟气脱硝催化剂适用条件与动力学

随着国家对大气污染物排放要求的进一步提高,中低温脱硝催化剂也将迎来更大的市场和挑战。为进一步明确低温脱硝催化剂的应用特性,在不同温度、烟气流速、催化剂长度和水蒸气含量下对已产业化的蜂窝催化剂的脱硝活性进行了系统考察,获得该中低温脱硝催化剂的适用区间与动力学参数。实验表明,在温度高于160℃条件下,通过调变气速与催化剂长度可以实现理论氨氮比的脱硝率;且在考察水蒸气对脱硝活性的影响时,发现脱硝率随着水蒸气含量的增加而逐步降低,在低温条件下降低更加显著,最大降幅达30%;依据2 ~ 4 m/s气速下的脱硝率与停留时间的关系,拟合脱硝反应活化能为22.7 kJ/mol,属于典型的气体外表面扩散控制,可为低温脱硝催化剂选型提供重要参考;180000 m³/h烟气量的脱硝示范验证了该催化剂在180℃下脱硝率超过90%,显示了优良的工业应用和推广前景。     

神木烟煤与桦甸油页岩的共热解特性

采用热重分析仪和固定床反应器研究了神木烟煤和桦甸油页岩的混合共热解特性及协同作用机制. 结果表明,神木煤与桦甸油页岩混合共热解的失重率高于计算值,表明二者在热解和挥发分逸出过程中存在相互作用,促进了挥发分释放,减少了半焦生成. 煤与油页岩的协同作用可增加热解油收率、降低半焦和水收率. 油页岩与煤质量比为1:1时,所得油收率最高,为9.84%,比计算值提高8.8%. 共热解有助于提高轻质油含量和收率,油页岩与煤质量比为1:4时,轻质油含量超过80%,收率约为7.5%,比计算值分别提高了8%和11.2%,表明添加少量油页岩可明显提高热解油品质. 共热解过程中油页岩产生的富氢组分及自由基能抑制煤热解产生的芳香族化合物的聚合反应,促进芳烃向产物油转化,提高热解油的收率和品质.     

白酒糟双床解耦燃烧模拟实验研究

采用实验与Aspen Plus模拟相结合的方法,以白酒糟作为富氮高含水生物质残渣的典型代表,研究了生物质残渣双床解耦燃烧的必要性与可行性. 结果表明,高水分白酒糟在普通流化床中存在点火时间长、燃烧稳定性差及NO浓度排放高(>800 mg/m3)的缺点,而采用双床解耦燃烧可减少点火时间,提高燃烧稳定性并降低NO排放浓度50%以上. 模拟结果显示,55%含水率的白酒糟可在双床系统中实现自热燃烧. 以石英砂为床料,在500~900℃的流化床燃烧实验中证实了经工业发酵的纤维素更易燃烧,且未发现白酒糟灰的烧结现象.     

微型流化床内混合特性的数值模拟

微型流化床反应分析仪是中国科学院过程工程研究所研制的具有等温微分反应特性,且适合于气固反应分析的新仪器。细微样品与高温流化介质的瞬间混合是该仪器实现等温微分的必要条件。针对如何满足该要求,基于欧拉多流体模型对连接不同进样器的微型反应器本体进行了三维数值模拟,得到了不同喷口结构和位置下的流动图景及混合区浓度的相对标准偏差曲线,定量表征了各种进样器的混合质量。同时采用高速摄像手段获得了冷态实验中颗粒流动的快照,验证了模拟计算结果的可靠性。模拟结果对脉冲射流微量进样器结构的优化提出了如下建议：进样细管应避免采用弯角喷口,弯角结构会导致脉冲进样载流气喷出方向与流化气流相逆,使得细微颗粒试样堆积滞留,影响混合效果。     

氧化铁石墨固相还原非等温反应动力学

准确测试固固反应,如铁矿炭还原反应的动力学在科学研究和实际应用中均具有重要意义。利用热重程序升温的方法研究了氧化铁石墨还原的固固反应特性,在惰性气氛下分别考察了研磨与浸渍混合后焙烧制得的Fe₂O₃/C样品的失重曲线,采用Flynn-Wall-Ozawa公式和Coats-Redfern公式相结合的方法分别求算了两种混合样品的固固反应动力学参数,研究发现氧化铁在炭表面的聚集形态与其活化能变化规律直接相关,且浸渍焙烧法所得样品的活化能符合强吸热反应活化能变化规律。结合固体原位XRD表征与气体产物在线分析手段,发现在初始阶段Fe₂O₃即可与C直接反应生成Fe₃O₄和CO₂。该反应的活化能约为530 kJ·mol^-1,反应机理为二级化学反应模型。     

生物质和煤基活性炭制备过程的活化特性比较

分别以稻壳、木屑及褐煤为原料用水蒸气活化法制备了活性炭,比较了所得活性炭的吸附性能和炭化料的反应活性,探明了造成不同原料活化特性差异的原因。结果表明,活化过程中生物质原料的反应活性优于褐煤,炭化料的活化速率遵循脱灰稻壳>木材炭化料>稻壳炭化料>褐煤炭化料。通过对炭化料进行元素分析、气化反应活性分析、BET、SEM、XRD、FTIR、XPS等物理和化学性质的表征,揭示了不同原料表现出不同活化特性的原因。结果表明,在相同炭化和活化条件下,原料挥发分越高,灰分越低,炭化料有机含氧量越高,则水蒸气的活化速率越快,更容易在短时间内制备出高性能的活性炭。     

活性炭负载金属氧化物常温脱除低浓度NO

在活性炭上负载了金属氧化物用于低浓度NO在常温下的脱除。活性炭在使用之前经过了氧化预处理,经过硝酸氧化处理后,活性炭表面的羰基和硝基数量均增加,对NO的脱除能力显著提高。在硝酸处理后的活性炭上负载了金属氧化物,其中Ce和Co负载的样品对NO的脱除效果最佳,与未负载的样品相比脱除量提高了约8倍。进一步研究发现被脱除的NO最终以金属硝酸盐的形式存在,说明NO在通过催化氧化吸附剂层时首先被氧化生成NO2,之后NO2与负载的金属氧化物反应生成了金属硝酸盐。     

加强筋结构对离子膜内场分布特性的影响

为研究加强筋结构对离子膜内场分布特性的影响,采用多孔介质渗流模型、稀物质传递及二次电流分布模型,对电场条件下含加强筋的离子膜内物质迁移过程进行了数值模拟,得到了物质在膜内的对流速度、浓度及电流密度分布,考察了加强筋形状、间距及成网方式对场分布特性的影响。利用拍照法和图像处理技术对电解后膜表面离子浓度进行了测量,实验结果与模拟结果吻合良好。结果表明,在加强筋所围成的空隙中心处对流速度最大;越靠近加强筋,速度越低,浓度和电流密度越大;采用正交型加强筋,膜内具有较高的对流速度和电流密度;加强筋间距越大,电流密度越低,分布越均匀;采用椭圆形长轴迎流的加强筋时,膜内具有最高的电流密度,但其电流密度分布最不均匀。     

基于甲烷化反应的π型离心式反应器的模拟及冷态研究

为了考察气体穿过反应器床层的压降,设计了π型离心甲烷化反应器。以有机玻璃为材质,搭建了π型离心甲烷化反应器的冷态试验装置,并且采用CFD软件对π型离心反应器的流场进行模拟计算。研究表明,实验结果验证了模拟结果是可靠的;气体在π型离心反应器中分布均匀;随着操作气速的增加,反应器压降增大;随着空隙率减小,反应器压降增大。此外,考察了粉尘浓度对反应器压降的影响,随着时间增加,反应器压降的稳定性不受影响。