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废旧轮胎热解吸附强化重整制氢特性及经济性分析

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西安交通大学学报 2024年

作者：沈孟飞宋虎潮邢定一王博刘银河西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安交通大学能源与动力工程学院

为实现废旧轮胎资源化利用，提出一种废旧轮胎热解耦合吸附强化重整制氢工艺。基于吉布斯自由能最小化原理以及能量和质量守恒定律，以CaO为吸附剂构建了废旧轮胎热解耦合吸附强化重整制氢工艺流程，将传统重整与CO2原位吸附相结合。分... 详细信息

为实现废旧轮胎资源化利用，提出一种废旧轮胎热解耦合吸附强化重整制氢工艺。基于吉布斯自由能最小化原理以及能量和质量守恒定律，以CaO为吸附剂构建了废旧轮胎热解耦合吸附强化重整制氢工艺流程，将传统重整与CO2原位吸附相结合。分析考察了重整反应温度、反应压力、水碳物质的量比(nS/nC)、钙碳物质的量比(nCa/nC)等操作参数对工艺热力学性能的影响，并从技术经济性角度分析了该工艺的可行性。研究结果表明：温度和nS/nC的增加都可以提高氢气产率，但是制氢效率会随着重整温度和nS/nC的不断增加而降低；nCa/nC增加可以提高氢气产率及制氢效率，但是当nCa/nC＞1时提升不大。综合考虑，最佳操作参数如下：重整温度为650 ℃、重整压力为1 MPa、nS/nC为3.5、nCa/nC为1，此时氢气产率为0.203 kg·kg-1，制氢效率为57.9%。经济性分析表明，废旧轮胎制氢成本约为10.87元/kg H2，投资回收期为4年，具有较高的经济效益。研究结果为废旧轮胎高值化利用提供了参考价值。

关键词：废旧轮胎热解吸附强化重整制氢经济性分析

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深时源-汇系统要素的常用定量分析方法

地质科技通报 2024年第1期43卷 89-107页

作者：陈星渝张志杰万力袁选俊周川闽成大伟刘银河北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国石油勘探开发研究院北京100083

源-汇系统研究是构造地质学、沉积学和层序地层学的综合,因其整体性、动态化和半定量-定量的特点受到了广泛关注。首先阐述了目前深时(前第四纪)源-汇系统的关键问题是物质平衡的定量表征及搬运过程对沉积物的控制,由于地层记录缺失和... 详细信息

源-汇系统研究是构造地质学、沉积学和层序地层学的综合,因其整体性、动态化和半定量-定量的特点受到了广泛关注。首先阐述了目前深时(前第四纪)源-汇系统的关键问题是物质平衡的定量表征及搬运过程对沉积物的控制,由于地层记录缺失和参数获取困难等原因,研究仍极具挑战。随后综述了深时源-汇系统定量分析方法,可分为地质年代学法、将今论古法和沉积学法。各方法通过获取地貌要素、水力学参数、侵蚀速率、沉积通量等信息,建立“源”“汇”之间的定量关系,进而重建盆地沉积充填演化史。通过系统介绍不同方法的基本原理、相关参数,对比其优越性及局限性,认为地质年代学法应用较广,核心在于物源示踪;将今论古法关键是地质背景的类比及地质参数的选择;沉积学法受多变量控制,需兼顾构造-气候背景及研究尺度。最后对深时源-汇系统定量分析的发展进行了展望,在“将今论古”这一重要思想指导下,需着眼于物源体系、沉积物搬运路径、沉积物分配关系、系统内的各要素及其耦合作用,需注重多时间尺度的定量表征、多学科交叉的动态研究。而相较于大陆边缘源-汇系统,陆相湖盆源-汇系统模式与预测模型有待进一步完善。

关键词：源-汇系统深时定量分析物质平衡沉积通量

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电气化甲烷重整技术研究进展

低碳化学与化工 2024年第4期49卷 1-11页

作者：宋虎潮边浩林啸龙沈孟飞王舒曼刘银河西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO_(2)排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少... 详细信息

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO_(2)排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少甲烷重整过程的CO_(2)排放,消除传统甲烷重整过程的排烟热损失,提升甲烷和可再生电能制氢效率。综述了传统甲烷重整技术、电气化甲烷重整反应器(电阻加热、微波加热、电磁感应加热和等离子体加热)、电气化甲烷重整系统和电气化甲烷重整催化剂的研究进展。电加热不仅可以有效提升反应器功率密度、减小反应器规模,还可以通过与催化剂相互作用,实现催化活性和甲烷转化率的提升。电气化甲烷重整技术为我国能源绿色低碳转型提供了新的途径。

关键词：电气化甲烷重整清洁氢能反应器催化剂

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碳基燃料燃烧的温室气体在线监测实验

实验室科学 2024年第1期27卷 45-48,53页

作者：张锦萍陈昊煊刘银河西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

为加深学生对“双碳”理念和碳基燃料清洁高效利用技术的理解,设计了半焦及烟煤两种燃料燃烧的温室气体在线监测实验。模拟燃煤锅炉工况,搭建燃烧反应系统,采用便携式傅里叶红外气体分析仪研究碳基燃料燃烧的温室气体释放特征。结果表明... 详细信息

为加深学生对“双碳”理念和碳基燃料清洁高效利用技术的理解,设计了半焦及烟煤两种燃料燃烧的温室气体在线监测实验。模拟燃煤锅炉工况,搭建燃烧反应系统,采用便携式傅里叶红外气体分析仪研究碳基燃料燃烧的温室气体释放特征。结果表明,CH_(4)与CO_(2)、N_(2)O的起始和终止释放时间不同,单位质量半焦和烟煤释放出的CO_(2)量均远高于CH_(4)和N_(2)O的释放量;燃烧温度升高,CO_(2)释放量均先升高后降低,CH_(4)和N_(2)O的释放量逐渐降低;1000℃以上燃烧时,半焦释放的CO_(2)较多,CH_(4)较少,两种燃料的N_(2)O释放量都接近0。该综合实验中,教师以学科前沿知识为基奠,引导学生自主实践,旨在于培养学生分析解决问题的能力,提升学生的工程实践综合素质。

关键词：碳基燃料燃烧温室气体在线监测综合实验

超超临界锅炉启停过程中汽水分离器温度场与应力场数值模拟计算

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化工机械 2024年第1期51卷 62-70,105页

作者：边浩刘双白胡娱欧吴昕韩亮崔福博刘银河西安交通大学能源与动力工程学院华北电力科学研究院有限责任公司国家电网公司华北分部

随着可再生能源行业的发展,更多火电机组需要参与调峰运行,这对锅炉的启停速度、运行的灵活性和安全稳定性提出了更高要求。汽水分离器是超超临界机组的核心厚壁承压部件,在启停过程中由于温度场的变化会产生热应力,从而引起应力损伤和... 详细信息

随着可再生能源行业的发展,更多火电机组需要参与调峰运行,这对锅炉的启停速度、运行的灵活性和安全稳定性提出了更高要求。汽水分离器是超超临界机组的核心厚壁承压部件,在启停过程中由于温度场的变化会产生热应力,从而引起应力损伤和疲劳损伤。通过有限元数值模拟对汽水分离器在不同启停过程中温度场与应力场进行了研究,获得了温度、热应力和总应力随时间变化的规律。研究结果表明,启停过程危险点位置始终处于筒身与引入管连接区域,不同启停过程中冷态启动应力幅值最大,为362 MPa。对冷态启动下3种加速方案进行仿真分析表明,不同方案启动结束阶段瞬态总应力无明显差异(365 MPa)。

关键词：超超临界锅炉汽水分离器热应力快速启停数值模拟

CO_(2)/H_(2)O气氛下红沙泉煤中碱(土)金属的分布及其气化反应特性

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燃料化学学报 2022年第6期50卷 674-682页

作者：关昱张彦迪刘银河西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

使用高温气化固定床实验系统开展了CO_(2)/H_(2)O气化条件下,红沙泉煤中碱(土)金属(AAEMs)的分布情况及其对煤焦气化反应活性的影响。结果表明,气化温度低于灰熔点温度时,Na元素在煤焦表面离散分布,不存在明显的团簇富集现象;气化温度... 详细信息

使用高温气化固定床实验系统开展了CO_(2)/H_(2)O气化条件下,红沙泉煤中碱(土)金属(AAEMs)的分布情况及其对煤焦气化反应活性的影响。结果表明,气化温度低于灰熔点温度时,Na元素在煤焦表面离散分布,不存在明显的团簇富集现象;气化温度高于灰熔点温度时,Na元素在煤焦表面表现出轻微的富集现象。气化过程中K元素离散分布在煤焦表面,Ca和Mg元素在煤焦表面的富集现象比较明显,含Ca、Mg类矿物迁移团簇在煤焦表面凹陷处,形成尺寸较大的灰球,Ca、Mg元素在分布上存在一定的依赖性。气化残余焦的表观活化能和指前因子随着碳转化率的增加而增加,煤焦的反应活性变低。

关键词：红沙泉煤气化 CO_(2)/H_(2)O气氛碱(土)金属煤焦

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含铈材料烟气脱汞性能研究进展

洁净煤技术 2022年第8期28卷 69-83页

作者：吕强关昱刘银河西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

控制燃煤锅炉的汞排放是我国减少重金属汞排放的关键,研发高效低成本的脱汞材料对燃煤烟气汞污染控制具有重要意义。铈是丰度最高的稀土元素,其氧化物具有无毒性、低成本等特点,且铈氧化物具有优异的储氧能力和氧化还原反应活性,使其在... 详细信息

控制燃煤锅炉的汞排放是我国减少重金属汞排放的关键,研发高效低成本的脱汞材料对燃煤烟气汞污染控制具有重要意义。铈是丰度最高的稀土元素,其氧化物具有无毒性、低成本等特点,且铈氧化物具有优异的储氧能力和氧化还原反应活性,使其在烟气脱汞领域具有较大的应用潜力。综述了含铈材料在烟气脱汞领域的最新研究进展,分析了含铈材料各种制备方法的特点,并指出其分子模型构建的关键;介绍了含铈材料的脱汞性能,探讨了炭基材料和非炭基材料的发展现状;论述了主要燃煤烟气组分对含铈材料脱汞性能的影响,重点关注了SO_(2)、H_(2)O、NO、HCl、NH_(3)和O_(2)等对单质汞脱除的促进或抑制机理;最后对含铈脱汞材料的研究进行展望。研究表明,浸渍法制备含铈材料简单易得,但活性成分均匀性难以保证,共沉淀法不适用于负载量低的样品,溶胶凝胶法可实现分子水平的均匀混合,模板法、水热法和溶剂热法制得的样品分散性好,火焰法则有待进一步发展,含铈材料分子模型的构建需考虑铈含量、铈分散状态;物理吸附、化学吸附和催化氧化对含铈材料脱汞均有贡献;低浓度SO_(2)有助于汞氧化,但高浓度SO_(2)会在铈氧化物表面与汞竞争吸附;相比其他材料,含铈材料的抗H_(2)O性能更佳;NO可与含铈材料中的氧反应生成NO_(2)促进汞氧化;向含铈材料中添加CuO可缓解NH_(3)对脱汞的不利影响;HCl与O_(2)对脱汞效率的促进程度受铈氧化物含量影响。在已有研究基础上,含铈脱汞材料在商业化应用前仍有以下问题亟待解决:汞与烟气组分在含铈多元金属材料表面的竞争机制或协同脱除机理,含铈材料的环境影响,含铈材料在实际烟气中的脱汞性能,脱汞反应器及脱汞装置的设计及优化,含铈脱汞材料的技术经济性研究。基于现有试验和模拟研究,总结了含铈材料的脱汞性能及烟气组分对单质汞吸附、氧化的影响机制,并提出了未来工作重点,为含铈材料在烟气脱汞领域的发展和应用奠定理论基础。

关键词：燃煤烟气汞污染铈氧化物脱汞技术烟气组分

燃气轮机天然气掺氢燃烧及排放特性数值模拟研究

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西安交通大学学报 2022年第12期56卷 1-11页

作者：耿卅捷潘禾吉田杨欢熊瑶刘银河西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

为了解掺氢对贫预混燃气轮机的性能影响,采用数值模拟的方法研究了某燃气轮机天然气掺氢比(体积分数0~30%)对其燃烧及排放特性的影响,对比了燃料体积流量恒定和热负荷恒定的情况下,掺氢对燃烧温度、NO_(x)、CO和CO_(2)排放的影响规律。... 详细信息

为了解掺氢对贫预混燃气轮机的性能影响,采用数值模拟的方法研究了某燃气轮机天然气掺氢比(体积分数0~30%)对其燃烧及排放特性的影响,对比了燃料体积流量恒定和热负荷恒定的情况下,掺氢对燃烧温度、NO_(x)、CO和CO_(2)排放的影响规律。结果表明,在燃料体积流量恒定的情况下:如果固定燃料当量比,掺氢会降低燃烧室热负荷,并能够降低燃气中CO和CO_(2)浓度,但会导致出口燃气超温和NO_(x)排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_(x)和CO_(2)浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.48。在热负荷恒定的情况下,如果固定燃料当量比,掺氢能够降低燃气中CO和CO_(2)浓度,并导致出口燃气超温和NO_(x)排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_(x)和CO_(2)浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.47。天然气掺氢燃气轮机可以通过稀燃的方式降低燃烧温度,实现低NO_(x)排放,同时降低CO和CO_(2)排放。本研究可为燃气轮机掺氢设计与运行提供参考。

关键词：燃气轮机掺氢燃烧特性排放特性

准东煤在O_(2)/H_(2)O/CO_(2)气氛下脱挥发分过程焦炭结构演化特性研究

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热力发电 2022年第1期51卷 139-149页

作者：刘晓倩刘银河吕强西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

富氧燃烧技术不仅是先进的碳捕集技术,且可通过气化吸热反应降低燃烧温度减少碱金属的析出,缓解燃用准东煤产生的积灰结渣等问题,提高准东煤的利用率。但循环烟气代替空气助燃,氧化反应与气化反应相互作用,会影响煤焦反应活性。为保证... 详细信息

富氧燃烧技术不仅是先进的碳捕集技术,且可通过气化吸热反应降低燃烧温度减少碱金属的析出,缓解燃用准东煤产生的积灰结渣等问题,提高准东煤的利用率。但循环烟气代替空气助燃,氧化反应与气化反应相互作用,会影响煤焦反应活性。为保证在有限反应空间内煤焦的燃烧效率,研究煤焦结构演化规律,对合理组织炉内燃烧、改善煤焦燃烧过程至关重要。在固定床上制焦,采用拉曼和傅里叶红外光谱仪研究煤焦微晶结构和官能团的演化过程。结果表明:O_(2)或CO_(2)单独与煤焦反应时,易生成芳香类碳结构,而H_(2)O与煤反应过程中更易生成脂肪类氢结构;无论在何种气氛下反应,煤焦内部均经历大分子结构的分解、无定形碳结构的生成和逐步石墨化的过程,气氛的改变影响的是有机物分解析出的过程;O_(2)与CO_(2)同时存在时,气化剂体积分数增加先促进芳香结构的解体生成易反应的脂肪链结构;而O_(2)与H_(2)O同时存在时,O_(2)体积分数增加会加速芳香结构的生成,H_(2)O体积分数增加,则反应首先消耗脂肪链结构,然后促进芳香结构解体,生成脂肪链结构。

关键词：准东煤 O_(2)/CO_(2)/H_(2)O/N_(2) 相互作用微晶结构官能团焦炭