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煤热解过程分析与工艺调控方法

化工学报 2017年第10期68卷 3693-3707页

作者：陈兆辉高士秋许光文中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 清华大学化学工程系北京100084

通过煤热解技术获取紧缺的油气资源是低阶煤清洁利用的有效途径之一。针对煤热解工艺存在焦油产率与品质难以控制以及焦油中粉尘含量高等关键技术问题,从煤的热解反应机理出发,详细探讨了热解挥发分二次反应的种类和发生条件以及影响热... 详细信息

通过煤热解技术获取紧缺的油气资源是低阶煤清洁利用的有效途径之一。针对煤热解工艺存在焦油产率与品质难以控制以及焦油中粉尘含量高等关键技术问题,从煤的热解反应机理出发,详细探讨了热解挥发分二次反应的种类和发生条件以及影响热解过程的主要因素,结合煤热解技术应用,总结了逆向传热与传质所导致的挥发分气相二次反应是焦油产率下降的主要原因;同时,分析了热解过程中煤颗粒破碎机理以及煤热解过程中粉尘的主要来源。在前人研究结果的基础上,提出控制热解挥发分的流动方向从高温区向低温区流动、热解耦合气化以及耦合原位的焦油提质与除尘等方法可以调控煤热解过程,抑制重质焦油生成、提高焦油中轻质组分含量以及减少焦油中的含尘量,从而实现煤的定向热解。

关键词：煤热解二次反应焦油提质除尘调控传热气化

Sb改性对Mn-Ce/TiO_(2)低温SCR催化剂性能的影响

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中国电机工程学报 2022年第12期42卷 4487-4497页

作者：闫东杰郭通陈兆辉玉亚陕西省环境工程重点实验室(西安建筑科技大学) 陕西省西安市710055

采用浸渍法分别制备Mn/TiO_(2)、Mn-Ce/TiO_(2)、Mn-CeSb/TiO_(2) 3种催化剂,考察了3种催化剂在低温90~220℃之间的活性和选择性,并利用BET (Brunauer-Emmett-Teller,BET)比表面积分析、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、X光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、H2-程序升温还原(H2-temperature-programmed reduction,H2-TPR)和NH3-程序升温脱附(NH3-temperatureprogrammed desorption,NH3-TPD)对3种不同的催化剂样品进行了表征,分析影响选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)活性的原因。当Sb/Mn=0.2时,Mn-Ce-Sb/TiO_(2)催化剂具有最佳活性,NOx转化率在120℃时达到94%,150℃时的NOx去除率达到98%,锑的掺杂同样提高了Mn-Ce/TiO_(2)催化剂的氮气选择性。BET和XRD表征结果发现Sb改性增大催化剂的比表面积,降低锰氧化物的结晶度,TPD和TPR发现Sb改性使得低温下的氧化还原能力增强,但对酸性位点没有大的影响。XPS结果表明锑的掺杂可以提高Mn-Ce-Sb40.2/TiO 2催化剂表面的吸附氧和Ce^(+)/Ce^(3+),这使得Ce^(4+)和Ce^(3+)之间的氧气储存和释放增强,同时化学吸附氧含量的增高,使得催化剂表面的氧迁移率提高,可以更好的促进NO转化为NO_(2)通过“快速SCR反应”提高反应活性。还检测到Sb的引入可以提高Mn^(4+)的含量,这同样使得NO去除率提高。探究Sb掺杂对催化剂抗硫性实验发现引入Sb后可以提高催化剂在低温下对SO_(2)的耐受性,150℃下反应8h其NOx转化率从98%降到81%,而且在停止通入SO_(2)后活性可恢复到97%。

关键词：低温选择性催化还原 Sb改性 Mn-Ce/TiO_(2) 抗硫性

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低温选择性催化还原脱硝Mn-Ce/TiO2催化剂的Pb中毒与再生研究

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燃料化学学报 2021年第1期49卷 113-120页

作者：闫东杰郭通玉亚陈兆辉西安建筑科技大学环境与市政工程学院陕西省环境工程重点实验室陕西西安710055

考察了Pb对Mn-Ce/TiO2低温选择性催化还原(SCR)脱硝活性的影响,并对Pb中毒的催化剂进行了再生;结合氮吸附、SEM、XRD、FT-IR、H2-TPR和NH3-TPD等表征结果,研究了Mn-Ce/TiO2催化剂Pb中毒和再生活性恢复的原因。结果表明,Pb对Mn-Ce/TiO2... 详细信息

考察了Pb对Mn-Ce/TiO2低温选择性催化还原(SCR)脱硝活性的影响,并对Pb中毒的催化剂进行了再生;结合氮吸附、SEM、XRD、FT-IR、H2-TPR和NH3-TPD等表征结果,研究了Mn-Ce/TiO2催化剂Pb中毒和再生活性恢复的原因。结果表明,Pb对Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性有明显的抑制作用;当Pb的含量为11%时,Mn-Ce/TiO2催化剂在180℃下的脱硝效率从原来100%下降至44%。Pb在Mn-Ce/TiO2中的掺杂使得催化剂的比表面积以及活性组分Mn^4+和Ce^3+的含量降低,影响了氧化还原循环反应(Mn^4++Ce^3+↔Mn^3++Ce^4+)的进行;此外,Pb的加入破坏了催化剂的酸性位点,阻碍了催化剂对NH3的吸附和活化。经硝酸再生后的Mn-Ce/TiO2催化剂的脱硝活性几乎完全恢复,在80-150℃下其脱硝活性甚至超过新鲜未中毒的催化剂,其原因主要在于硝酸再生能恢复催化剂的氧化还原能力、增大比表面积、并形成新的酸位点。

关键词：低温选择性催化还原脱硝 Mn-Ce/TiO2 Pb中毒再生

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氧还原生成过氧化氢体系中高效碳材料的合成

氧还原生成过氧化氢体系中高效碳材料的合成

作者：陈兆辉中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

通过燃料电池中的氧还原反应高效电催化生产过氧化氢(HO),具有可以就地生产低浓度HO溶液的优点,极大程度地降低HO合成、储存和运输的成本。对于该体系而言,目前主要集中于高效廉价催化剂的开发,而常用的铂碳催化剂存在贵金属价格高昂、... 详细信息

通过燃料电池中的氧还原反应高效电催化生产过氧化氢(HO),具有可以就地生产低浓度HO溶液的优点,极大程度地降低HO合成、储存和运输的成本。对于该体系而言,目前主要集中于高效廉价催化剂的开发,而常用的铂碳催化剂存在贵金属价格高昂、易失活等缺点。减压渣油作为一种石油精馏产品其性质粘稠、富集硫氮镍钒,使用难度大,但同时减压渣油价格低廉,储量丰富,且具备高温流动性、高碳含量和高芳烃含量的优势,可以用于合成氧还原体系中的高效催化剂。因此,本文以减压渣油作为碳源,结合高温碳化和模板法制备不同类型的碳材料催化剂(如碳纤维、中空碳立方体),并对其氧还原反应制备过氧化氢性能进行研究,深入理解碳材料结构与反应性能的构-效关系,相关研究结果为减压渣油制备碳催化剂的合成、设计和应用具有一定的借鉴意义。首先,以减压渣油为原料,采用一锅法将含有Fe(NO)、CTAB、F127的混合渣油制成长度超过100nm、直径20nm左右碳纤维材料,并通过改变焙烧温度、原料配比等参数,结合催化表征技术阐明了合成参数对碳纤维材料结构的影响机制。结果表明,800C下制备的样品选择性最高接近60%,且形貌最为规整,可以在保证反应性能的同时保证较低的反应温度和能耗。制备的材料在碱性条件下可以具备较高的导电性,其ORR反应中起始电位为0.8133V,极限电流密度为3.75 m A cm,其含有重金属杂质的影响可能会抑制材料性能表现。其次,发展了中空碳立方材料的制备方法。利用Na Cl为硬模板,在CTAB表面活性剂的辅助下在晶体颗粒表面液相不断沉积形成碳膜,经过高温碳化和水洗去除Na Cl模板剂后,成功制得高度对称的空心碳立方体材料。结合TEM、SEM等结果表明,特殊中空结构的碳立方尺寸为100～300 nm,平均壁厚为10 nm,长宽比近似1:1。值得注意的是,该材料中Na、Fe等金属元素可以忽略不计,说明减压渣油中的重金属元素没有融入到碳骨架中,只有部分轻组分发挥了合成作用。同时,其高石墨化程度使其具有较强的导电性和稳定性,表面的含氧、硫、氮官能团共同作用协调影响材料电化学性能。除此之外,该材料在碱性溶液中0.4～0.6V电势范围内拥有较为稳定且相对较高的氧还原选择性(80%)。最后,以成功制备的碳纤维和中空碳立方材料为基础,通过添加含氮化合物、氢氧化钾活化和硝酸氧化等手段,调变元素含量、材料形貌和表面官能团,进一步强化了催化剂的过氧化氢选择性。最终,总结了不同制备方法对选择性影响的规律,测试样品的最大选择性可以达到83%,电子转移数低至2.32,表现出良好的氧还原性能。以中空碳立方复合材料为粉末催化剂扩散层和催化层,制备了气体扩散电极,1M KOH电解质中附加-0.7V(0.385 V ***)电位条件下1h可以合成50mg/L浓度的HO溶液。

关键词：减压渣油过氧化氢选择性氧还原反应碳材料

肺门法指导强直性脊柱炎后凸畸形截骨矫形对脊柱-骨盆参数影响

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肺门法指导强直性脊柱炎后凸畸形截骨矫形对脊柱-骨盆参数影响

作者：陈兆辉暨南大学

学位级别：硕士

目的:通过对AS后凸畸形患者矫形手术前后的脊柱-骨盆影像学参数及生活质量评分对比,探求肺门法用于指导截骨矫形手术方案应用的疗效及对脊柱骨盆参数的影响,并探究患者脊柱-骨盆参数对患者生活质量的影响,为截骨矫形手术方案设计提供更... 详细信息

目的:通过对AS后凸畸形患者矫形手术前后的脊柱-骨盆影像学参数及生活质量评分对比,探求肺门法用于指导截骨矫形手术方案应用的疗效及对脊柱骨盆参数的影响,并探究患者脊柱-骨盆参数对患者生活质量的影响,为截骨矫形手术方案设计提供更多参考。方法:回顾性分析在2014年1月至2017年12月期间在暨南大学附属第一医院骨科被诊断为强直性脊柱炎伴后凸畸形并运用肺门法指导后路截骨矫形手术治疗,且有完整随访资料记录的患者临床资料。根据患者术前及术后12月以上随访时的脊柱全长X片,测量相关脊柱-骨盆影像学参数。记录患者矫形前及矫形后12个月以上SRS-22评分、ODI功能障碍评分、静息心率、活动能力评分（Active capacity score,ACS）、功能性消化不良生存质量表（Qyality of life questionnaire for functional digestive disorders）评分。结果:1.矫形前后的脊柱-骨盆参数PT、SS、GK、TLK、LL、SVA、TPA,均较术前改善（P＜0.05）。术后与术后12月以上随访时的平均TPA,有显著差异（P＜0.05）。2.患者截骨矫形前后的SRS-22评分、ODI功能障碍评分、静息心率、ACS评分,术后均取得明显改善（P＜0.05）。患者矫形前后FDDQL饮食及不适项评分对比差异无统计学意义（P＞0.05）。3.患者术前PT与ODI行走评分（r=0.55,P=0.03）、ODI站立评分（r=0.83,P=0.00）、ODI总评分（r=0.83,P=0.00）存在正相关关系。术前GK与ODI行走评分（r=0.54,P=0.03）、ODI站立评分（r=0.54,P=0.03）、ODI总评分（r=0.65,P=0.01）存在正相关关系。术前SVA与ODI行走评分（r=0.79,P=0.00）、ODI站立评分（r=0.77,P=0.00）、ODI总评分（r=0.51,P=0.04）存在正相关关系。术后PT与ODI评分行走项（r=0.53,P=0.03）、站立项（r=0.60,P=0.01）存在正相关关系。术前TPA与ODI行走评分（r=0.68,P=0.00）、ODI站立评分（r=0.80,P=0.00）、ODI总评分（r=0.51,P=0.04）存在正相关关系。4.患者术前PT与SRS-22评分功能项（r=-0.64,P=0.00）、心理健康项（r=-0.66,P=0.01）存在负相关关系。术前GK与SRS-22自我形象评分（r=-0.68,P=0.00）存在负相关关系。术前SVA与SRS-22评分功能项（r=-0.75,P=0.00）、自我形象项（r=-0.61,P=0.01）、心理健康项（r=-0.75,P=0.00）存在负相关关系。术前TPA与SRS功能评分（r=-0.63,P=0.01）、SRS自我形象评分（r=-0.52,P=0.04）,SRS心理健康评分（r=-0.55,P=0.03）,存在负相关关系。结论:1.对AS后凸畸形患者经肺门法设计截骨矫形术后均可获得良好的影像参数与良好的躯体活动能力评分,基本满足矫形术后患者的平视、站立、端坐及平躺等功能。***、SVA、GK、TPA与AS后凸畸形患者生活质量具有显著相关性,截骨矫形手术对脊柱-骨盆参数的恢复是患者术后较高生活质量的重要保证。

关键词：强直性脊柱炎后凸畸形矢状面平衡骨盆参数肺门法截骨矫形设计

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严寒地区住宅建筑能耗动态模拟与分析

严寒地区住宅建筑能耗动态模拟与分析

作者：陈兆辉新疆大学

学位级别：硕士

本文以乌鲁木齐地区一栋典型住宅建筑为模型,采用清华大学建筑技术科学系开发的建筑环境设计模拟分析软件——DeST,研究严寒地区住宅建筑动态能耗。乌鲁木齐市地区的气候特点是:寒暑变化明显,昼夜温差较大,是严寒地区的典型。... 详细信息

本文以乌鲁木齐地区一栋典型住宅建筑为模型,采用清华大学建筑技术科学系开发的建筑环境设计模拟分析软件——DeST,研究严寒地区住宅建筑动态能耗。乌鲁木齐市地区的气候特点是:寒暑变化明显,昼夜温差较大,是严寒地区的典型。本文根据乌鲁木齐地区住宅建筑的实际情况建立了一套适合本地区能耗模拟的计算输入参数。本文根据建筑环境模拟软件DeST,对典型建筑在不同条件下的能耗进行动态模拟分析。一方面对住宅建筑节能50%以前和节能50%以后的围护结构进行能耗动态模拟,另一方面对窗户采用保温措施和地下室顶板采用保温措施以后进行能耗模拟。指出建筑物采取了保温措施以后,室内热环境得到了很大的改善,同时建筑能耗也降低了。本文还模拟不同朝向、不同体型系数的住宅建筑的建筑能耗和室内自然室温。提出乌鲁木齐地区的建筑朝向宜采用南北或接近南北。还指出当每层建筑面积和平面布局相同的情况下,随着建筑层数的增加,体型系数逐渐减少,而耗热量指标也在减少。乌鲁木齐地区夏季白天温度较高,夜晚室外温度往往比白天低,早晚温差较大。在夏季夜间正好利用自然通风,利用建筑围护结构夜间自然通风的蓄冷来满足白天建筑供冷需要或减少白天的空调制冷量,达到节能的目的。采用模拟分析软件Dest,模拟乌鲁木齐地区某住宅建筑在采用三种不同的夜间通风模式的条件下,室温变化情况,分析了自然通风对室温的影响。指出白天关窗夜间开窗的通风模式的室内热环境更适于人们居住,不但可以满足舒适度要求,还可以免去夏季开空调,节约能源。最后,还利用DeST程序,模拟住宅建筑间歇采暖热工特性,一方面指出内、外保温方式对采暖总能耗的影响很小;另一方面由于间歇采暖存在蓄热转移效应,在保证室温舒适性的条件下,严寒地区住宅建筑室内间歇采暖的节能效果并不明显。

关键词：建筑节能能耗动态模拟住宅建筑自然室温严寒地区建筑能耗

上承式钢管混凝土拱桥桥道系钢混组合梁力学行为研究

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上承式钢管混凝土拱桥桥道系钢混组合梁力学行为研究

作者：陈兆辉重庆交通大学

学位级别：硕士

钢-混组合梁由钢和混凝土两种材料通过剪力键连接而成,两种材料组合后的结构整体性能明显优于二者的简单叠加,在大跨度斜拉桥、钢混组合梁桥以及钢管混凝土拱桥的桥道梁中均有广泛应用。当钢混组合梁应用于上承式钢管混凝土拱桥时,主拱... 详细信息

钢-混组合梁由钢和混凝土两种材料通过剪力键连接而成,两种材料组合后的结构整体性能明显优于二者的简单叠加,在大跨度斜拉桥、钢混组合梁桥以及钢管混凝土拱桥的桥道梁中均有广泛应用。当钢混组合梁应用于上承式钢管混凝土拱桥时,主拱圈受荷载和温度作用时的变形影响到钢混组合梁的受力,这与其他组合梁存在差异。为了深入分析上承式钢管混凝土拱桥桥道系组合梁的力学行为,本文开展了以下研究工作:（1）从受力、构造特点的角度出发,对比上承式钢管混凝土拱桥桥道系钢混组合梁与其他类型桥梁中钢混组合梁的区别,通过换算截面法的计算对比,结合某特大桥初步设计所建立的数值模型,确定了桥道系组合梁弹性阶段基本受力行为。提出以桥道系组合梁负弯矩区段受力控制设计,以弯矩增幅来考虑钢管拱温度变化及收缩徐变对桥道系组合梁的影响。（2）针对钢梁与混凝土板采用柔性剪力连接件产生的交界面水平滑移与竖向掀起,根据荷载-滑移关系及简化轴向受拉理论计算滑移与掀起刚度,通过有限元方法对考虑滑移与掀起的桥道系组合梁进行数值模拟,揭示桥道系组合梁滑移与掀起的分布规律,并通过对比分析研究滑移与掀起对组合梁受力的影响。基于滑移与掀起效应的研究结果,根据桥道系组合梁滑移与掀起分布规律,提出了桥道系组合梁中剪力连接件的合理布置形式。（3）在获取上承式钢管混凝土拱桥桥道系组合梁受力特征后,对其设计进行了相关研究。通过对桥道系连续组合梁采用全连续布置和分联多跨布置、对桥道系组合梁与拱上立柱之间采用固结和支座支承方式、对组合梁截面混凝土板与钢梁采用不同高度比、对组合梁截面工字钢梁翼缘板采用不同宽厚比,进行了受力对比分析,据此提出钢混组合梁应用于上承式钢管混凝土拱桥时的相关设计建议。

关键词：钢管混凝土拱桥上承式拱桥钢混组合梁力学行为滑移与掀起构造设计

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人行悬索桥索塔垂直度偏差限值研究

人行悬索桥索塔垂直度偏差限值研究

作者：陈兆辉福建农林大学

学位级别：硕士

人行悬索桥传力途径明确、环境适应能力强,是山区人行桥和景观桥选型的首选方案。随着乡村振兴战略不断推进,山区人行悬索桥建设数量增多。目前,我国尚无针对人行悬索桥设计、施工、验收规范,在实际工程中主要参照公路悬索桥相关规范标... 详细信息

人行悬索桥传力途径明确、环境适应能力强,是山区人行桥和景观桥选型的首选方案。随着乡村振兴战略不断推进,山区人行悬索桥建设数量增多。目前,我国尚无针对人行悬索桥设计、施工、验收规范,在实际工程中主要参照公路悬索桥相关规范标准。然而人行悬索桥与公路悬索桥相比,无论是设计荷载还是结构构造形式都存在较大差别,因此有必要开展针对山区人行悬索桥的相关标准规范研究。由于人行悬索桥索塔高度相对较低,采用公路桥梁相关规范将增加成本、提高施工难度,本文就人行悬索桥索塔垂直度限值进行理论和数值研究,具体内容如下:首先,在查阅已有悬索桥力学特性、索塔垂直度及稳定性分析研究现状的基础上,以泉州涌溪玻璃人行悬索桥为工程背景,基于APDL编制了主缆找形命令流,建立了全桥及索塔杆系模型、索塔实体模型。其次利用索塔杆系模型,开展索塔稳定性研究。设置五种不同方向的垂直度偏差工况,分别进行线性与非线性稳定性分析,研究不同情况对索塔极限承载力的影响。研究发现该形式索塔横桥向稳定性优于纵桥向稳定性,索塔垂直度偏差最不利工况为纵桥向偏差,最不利加载工况为纵桥向均布风荷载。最后,采用全桥杆系模型,分析索塔垂直度偏差对全桥动静力性能影响。研究发现索塔垂直度偏差对全桥动力性能、主缆线形和主缆轴力影响较小,在内力重分配下,加劲梁及吊杆内力变化集中于索塔附近;索塔垂直度偏差对索塔自身轴力影响较小,但会大幅度增加塔柱底部弯矩值。在计算索塔垂直度偏差对全桥极限承载力影响时,风荷载和人群荷载作用下均是索塔先于其他构件破坏,且随着索塔垂直度偏差的增大,全桥极限承载力也逐渐减小。在以上研究的基础上,采用索塔实体模型逐步增加垂直度偏差程度,以索塔出现裂缝作为控制条件得到垂直度偏差限值。本文研究成果能够为结构形式类似的山区人行悬索桥的设计、验收及今后人行悬索桥规范的制定提供参考。

关键词：人行悬索桥索塔稳定性垂直度限值

联合BEMD和WMM方法实现位场多尺度边界检测

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武汉大学学报（信息科学版） 2022年第4期47卷 533-542页

作者：张双喜刘金钊张品陈兆辉中国地震局第一监测中心天津300180

利用不同尺度下的位场数据进行边界检测可获得相应的多尺度边界信息,其在区域地质构造单元划分、地质填图、矿产资源圈定和结晶基底研究等方面具有广泛应用。通过联合二维经验模态分解(bi-dimensional empirical mode decomposition,BE... 详细信息

利用不同尺度下的位场数据进行边界检测可获得相应的多尺度边界信息,其在区域地质构造单元划分、地质填图、矿产资源圈定和结晶基底研究等方面具有广泛应用。通过联合二维经验模态分解(bi-dimensional empirical mode decomposition,BEMD)和小波模极大值(wavelet modulus maximum,WMM)方法实现位场数据多尺度分解及各尺度异常边界检测,首先,证明了BEMD方法能够实现对位场的多尺度分解,且分解各尺度异常具有实际地质含义;然后,对构建的模型重力异常进行边界检测,结果显示,WMM方法具有良好的抗噪声干扰能力,能够清晰、准确地检测出组合模型体的边界位置、走向及分布范围;最后,将该联合方法用于三峡地区布格重力异常的多尺度分解和各级固有模态函数的边界检测,结合径向对数功率谱曲线对分解各尺度异常进行场源深度估计,得到了三峡地区不同深度层位上的构造或岩体线性分布特征,并对各尺度异常边界检测结果与区域地质构造特征进行了比较分析和解释,验证了该方法的优越性和有效性。

关键词：二维经验模态分解小波模极大值位场多尺度边界检测