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ZSM-5/Ni Foam催化剂对生物质气化焦油裂解行为及机制研究

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太阳能学报 2024年第1期45卷 351-357页

作者：刘蔚波许丹王佳兴张书平熊源泉东南大学能源与环境学院南京210096 南京理工大学能源与动力工程学院南京210094

为了克服生物质气化过程中的焦油产生问题,以泡沫镍(Ni Foam)为镍源和载体、ZSM-5分子筛为活性添加物质,采用浸渍法制得ZSM-5/Ni Foam催化剂并在两段式固定床反应系统进行生物质焦油催化裂解实验。结果表明:三维骨架结构的Ni Foam上负... 详细信息

为了克服生物质气化过程中的焦油产生问题,以泡沫镍(Ni Foam)为镍源和载体、ZSM-5分子筛为活性添加物质,采用浸渍法制得ZSM-5/Ni Foam催化剂并在两段式固定床反应系统进行生物质焦油催化裂解实验。结果表明:三维骨架结构的Ni Foam上负载具有酸性活性位点的ZSM-5,不仅可增加焦油与催化剂活性位点的接触面积,还可减缓催化过程中积碳的形成,从而获得更高的催化性能,800℃下焦油转化率达到90.2%,使得ZSM-5/Ni Foam具有良好的催化活性及循环稳定性。同时,也揭示出ZSM-5/Ni Foam的催化机制。

关键词：生物质气化焦油复合催化剂催化裂解

氮气和含氧气氛下玉米秸秆热解气化产气规律研究

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农业机械学报 2024年第5期55卷 379-385页

作者：姚锡文周浩东齐鹏远任海芳许开立营口理工学院辽宁省菱镁矿高值利用工程研究中心营口115014 东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

为了探究秸秆类生物质在热解和气化过程中的产气规律,以我国东北地区典型的玉米秸秆为原料,基于自行建立的管式炉生物质热解气化实验装置,系统研究了玉米秸秆在氮气气氛下热解和在含氧气氛下气化过程中CO、H_(2)、CO_(2)、CH_(4)和C_(n)... 详细信息

为了探究秸秆类生物质在热解和气化过程中的产气规律,以我国东北地区典型的玉米秸秆为原料,基于自行建立的管式炉生物质热解气化实验装置,系统研究了玉米秸秆在氮气气氛下热解和在含氧气氛下气化过程中CO、H_(2)、CO_(2)、CH_(4)和C_(n)H_(m)等小分子生物质燃气成分的释放特性,对比分析了不同热解温度和气化温度对不同燃气组分释放规律及其产率的影响。实验结果表明:玉米秸秆热解过程中最先释放的小分子气相产物是CO和CO_(2);当温度升高时生物质燃气中逐渐出现CH4和H2,且随着热解温度升高,CO的产率峰值最先出现且峰值出现在升温阶段,而CO_(2)、CH_(4)和H_(2)的产率峰值几乎同时出现在恒温阶段;热解温度升高,玉米秸秆热解产生的CO体积分数几乎没有变化,而CO_(2)的占比则随着温度的升高而降低;在400~500℃之间CH_(4)体积分数随着热解温度的升高而增加,在500℃以后,基本稳定在13%。在O_(2)体积分数为8%、N_(2)体积分数为92%的含氧气氛下,随着气化温度的升高,玉米秸秆气化产生CO_(2)气体的体积分数呈先增加后降低的趋势,而CO的体积分数随着温度的升高而增大,这说明高温气化条件下更有利于CO的释放,而低温条件下有利于CO_(2)的产生。

关键词：生物质玉米秸秆热解气化生物质燃气

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循环流化床高碱煤气化技术研发及应用进展

化工进展 2024年第5期43卷 2254-2278页

作者：张海霞朱治平张思源中国科学院工程热物理研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室北京100190 中国科学院过程工程研究所介科学与工程全国重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

系统回顾了循环流化床高碱煤气化技术的研发及应用历程,重点概况了在高碱煤基础理化特性、气化反应特性及碱金属的迁移特性、防结渣技术研究及循环流化床高碱煤气化工程应用四个方面的进展与成果。梳理了高碱煤的煤质特征、碱金属的赋... 详细信息

系统回顾了循环流化床高碱煤气化技术的研发及应用历程,重点概况了在高碱煤基础理化特性、气化反应特性及碱金属的迁移特性、防结渣技术研究及循环流化床高碱煤气化工程应用四个方面的进展与成果。梳理了高碱煤的煤质特征、碱金属的赋存形态和含量、前处理方法对碱金属含量测定的影响,以及高碱煤的燃烧和成灰特性。总结了煤种、反应进程、气化温度、氧碳摩尔比、反应气氛等对高碱煤气化性能指标和气化灰结渣特性的影响。阐述了配煤、添加剂及更换床料等方法对预防高碱煤气化结渣的作用和反应机理,采用刚玉做床料实现了循环流化床高碱煤气化中试装置稳定运行。评述了循环流化床高碱煤气化技术的自主创新以及在工业燃气、合成气领域的成功应用。最后,从建立高碱煤气化用煤数据库、开发纯用高碱煤的气化技术、开发高效脱碱及原位耦合利用革新技术、探索高碱煤与其他物料协同利用技术并制备高性能材料四个方面展望了未来高碱煤气化技术的发展方向。

关键词：高碱煤循环流化床气化钠迁移结渣

生物质添加对脱油沥青气化的影响及动力学研究

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煤炭转化 2024年第3期47卷 103-112页

作者：田朕韩洋代正华周峰王辅臣华东理工大学资源与环境工程学院上海煤气化工程技术研究中心上海200237 新疆大学化工学院乌鲁木齐830046 中国石化镇海炼化分公司氢能制造部浙江宁波315207

应用气化技术将脱油沥青(DOA)转化为合成气是一种环保、高效提升脱油沥青附加值的方法。但脱油沥青气化反应活性较低且气化炭黑生成量大,而生物质中的碱金属元素可以有效催化化石燃料的气化反应,故选用稻草秸秆(RS)与脱油沥青共气化以... 详细信息

应用气化技术将脱油沥青(DOA)转化为合成气是一种环保、高效提升脱油沥青附加值的方法。但脱油沥青气化反应活性较低且气化炭黑生成量大,而生物质中的碱金属元素可以有效催化化石燃料的气化反应,故选用稻草秸秆(RS)与脱油沥青共气化以提升脱油沥青的气化反应速率。采用常压热重分析仪(TGA)考察了DOA和RS在不同掺混比(m_(DOA):m_(RS)分别为9:1,8:2,7:3,1:1,3:7)下共气化的反应特性,并与DOA单独气化的反应特性进行了对比。采用SEM-EDS对共气化产物进行微观形貌和元素分布表征,选择Coats-Redfern法配合Malek最概然机理函数计算共气化动力学相关参数及动力学方程。结果表明:RS主要通过灰分中含有的钾元素催化气化反应,共气化过程中钾由RS转移到DOA表面,在DOA表面通过扩张孔隙形成了新的孔隙,增加了气化反应活性位点;当DOA与RS的掺混比为3:7时,共气化的协同作用最明显,与DOA单独气化相比,活化能降低约94.7 kJ/mol。

关键词：脱油沥青生物质气化协同效应动力学

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汽车拆解废弃物固定床空气气化特性

环境工程学报 2024年第1期18卷 253-260页

作者：陈志文张晨光杨航陈兆佳董卫果赵明清华大学环境学院北京100084 清华苏州环境创新研究院苏州215163

中国作为全球最大的汽车市场,报废汽车拆解破碎残渣已成为备受关注的“城市矿山”。在自制的固定床气化实验装置上,以汽车拆解废弃物为原料,考察了空气当量比、反应温度对合成气品质及气化指标的影响。结果表明:在0~0.3范围内,随着空气... 详细信息

中国作为全球最大的汽车市场,报废汽车拆解破碎残渣已成为备受关注的“城市矿山”。在自制的固定床气化实验装置上,以汽车拆解废弃物为原料,考察了空气当量比、反应温度对合成气品质及气化指标的影响。结果表明:在0~0.3范围内,随着空气当量比的增大,合成气中可燃气组分产率先增大后减小、气化效率先升高后降低、碳转化率逐渐增大;在700-900℃温度范围内,随着温度的提高,合成气中可燃气体组分产率增大、气化效率和碳转化率均逐渐增大;当空气当量比为0.2、气化温度为900℃时,气化效率最高。对900℃气化实验结果进行质量和能量平衡分析,结果表明:该系统质量平衡误差仅为5%,满足质量平衡要求;能量回收率和能耗比分别为55.39%和2.28,汽车拆解废弃物气化具有系统热自持和为其他用能工艺过程提供能源的潜力。

关键词：汽车拆解废物气化空气当量比温度质量平衡能量平衡

CO_(2)和H_(2)O气化反应对富氧气氛煤热解和焦炭燃烧影响进展

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洁净煤技术 2024年第6期30卷 105-113页

作者：雷鸣田溪洪迪坤张倩张磊华北电力大学动力工程系河北保定071003 河北省低碳高效发电技术重点实验室河北保定071003

富氧燃烧技术作为一种具有广阔前景的燃煤电站CO_(2)减排技术,对实现可持续发展的能源目标具有重要意义。由于CO_(2)和H_(2)O物理性质和气化反应的影响,煤在富氧气氛中的转化过程可能明显异于空气气氛。通过分析已有文献发现,CO_(2)对... 详细信息

富氧燃烧技术作为一种具有广阔前景的燃煤电站CO_(2)减排技术,对实现可持续发展的能源目标具有重要意义。由于CO_(2)和H_(2)O物理性质和气化反应的影响,煤在富氧气氛中的转化过程可能明显异于空气气氛。通过分析已有文献发现,CO_(2)对煤热解过程中挥发分的析出率和焦炭的物理结构和化学性质有一定影响,但较少学者关注CO_(2)和H_(2)O混合气体物性的作用。在煤或焦炭燃烧过程中,CO_(2)的高比热和低氧扩散速率对燃烧反应有明显抑制作用,但可能是由于H_(2)O浓度差异的原因,目前对CO_(2)和H_(2)O混合气体物性在燃烧过程中的影响机制还有争议,尤其是缺少加压下的数据。对于气化反应的影响,目前研究表明,CO_(2)单气化和CO_(2)/H_(2)O共气化提高了煤热解时挥发分轻质气体的产率,但焦炭产率却有所降低,而压力增加强化了这一影响。此外,气化作用下的煤焦可能由于表面积增加而提高了反应活性,其表面官能团结构也因气化而发生改变。关于煤或焦炭燃烧反应,目前普遍认为CO_(2)气化在温度较高和氧气浓度较低时可促进燃料碳消耗,H_(2)O的加入则进一步加速了这一过程。随着环境压力的升高,CO_(2)气化反应在燃料碳消耗中占比逐渐增大,但对于加压下CO_(2)/H_(2)O共气化的影响鲜有涉及。本研究总结了富氧气氛中CO_(2)和H_(2)O气化作用下的煤热解和焦炭燃烧行为,为今后富氧燃烧技术的发展提供了理论参考。

关键词：富氧燃烧煤粉 CO_(2) H_(2)O 气化焦炭碳消耗

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LNG开架式气化器传热强化的研究进展

化工进展 2024年

作者：王美杰韦刘轲贾保印蓝兴英高金森石孝刚中国石油大学(北京)重质油全国重点实验室中国寰球工程有限公司

天然气具有清洁低碳、热值高、高效灵活等优点，对促进中国新型能源结构转型具有重要意义。LNG接收站承担着天然气的储存与计量外输任务，其中气化器作为LNG接收站的关键设备近年来受到广泛关注，目前国内外学者通过实验和模拟的方式围... 详细信息

天然气具有清洁低碳、热值高、高效灵活等优点，对促进中国新型能源结构转型具有重要意义。LNG接收站承担着天然气的储存与计量外输任务，其中气化器作为LNG接收站的关键设备近年来受到广泛关注，目前国内外学者通过实验和模拟的方式围绕气化器的结构与换热性能开展了相关研究并取得了一定成果，但是关于强化换热的措施有待创新和突破。本文综述了LNG接收站中常用气化器的运作方式及换热机理，分析各气化器的适用条件，重点介绍海水超级开架式气化器内部流动及传热过程的物理机制，总结出各运行参数、设计结构及结冰状况对气化性能的影响，提出强化传热的措施和研究方向，为气化器的结构与过程优化提供一定参考建议。

关键词：天然气气化器气化强化传热结冰状况

煤化工水处理污泥对准东次烟煤热解、燃烧和气化性能的影响

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煤炭转化 2024年

作者：刘竞杰马亚亚张书培杨晓勤莫文龙任铁真魏贤勇樊星山东科技大学化学与生物工程学院新疆宜化化工有限公司煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室中国矿业大学化工学院省部共建碳基能源资源化学与利用国家重点实验室煤炭清洁转化与化工过程新疆维吾尔自治区重点实验室新疆大学化工学院

解析煤化工水处理污泥(YS)的组成结构、微观形貌及官能团种类，探究不同实验氛围下其对准东次烟煤(ZSBC)热反应性能的影响，对于合理处置此类污泥并实现其资源化利用具有较大现实意义。结果表明：ZSBC较YS富含固定碳和挥发分，而YS中的... 详细信息

解析煤化工水处理污泥(YS)的组成结构、微观形貌及官能团种类，探究不同实验氛围下其对准东次烟煤(ZSBC)热反应性能的影响，对于合理处置此类污泥并实现其资源化利用具有较大现实意义。结果表明：ZSBC较YS富含固定碳和挥发分，而YS中的灰分含量较高且主要组成为含P，Ca和Fe等的化合物。YS的官能团较ZSBC种类更加丰富，且YS样品中主要为脂肪族化合物，而ZSBC中含有大量的芳香族化合物。惰性气氛下，YS的掺杂可以在降低快速热解阶段ZSBC活化能的同时增加指前因子，加快Y1Z9在405 ℃～485 ℃的反应进程。氧化性气氛下，YS的掺杂可使ZSBC的着火点从475 ℃下降到443 ℃，综合燃烧特性指数(S)、燃烧稳定性指数(D)以及燃烧特性因子(CCF)都得到增加。通过降低反应的活化能，促进Y1Z9在380 ℃～550 ℃阶段的燃烧反应。而在二氧化碳气氛下，Y1Z9的平均初始反应性指数(Ri)、反应性指数(Rf)和平均终止反应指数(Rs)均低于ZSBC，说明YS的掺杂会延缓ZSBC的气化反应进程。本研究以期提供污泥在不同反应气氛下的对比研究，为污泥在合适气氛下的有效利用提供理论指导。

关键词：水处理污泥准东次烟煤热解燃烧 CO 气化 Coats-Redfern模型

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水煤浆煤气化细渣水流分级提炭分质

化工学报 2024年

作者：高晨明张乾魏洋张宝霖王奇李向阳李乐薛斌黄伟太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室国能新疆化工有限公司

针对传统浮选存在药剂消耗量大，分质效率低等问题，采用无需添加药剂，通过叶轮搅拌和上升水流作用分选的新型水流分级装置，考察了直接水流分级、先筛分再逐级分级以及宽粒级水流分级对水煤浆煤气化细渣的提炭分质特性。结果显示，水... 详细信息

针对传统浮选存在药剂消耗量大，分质效率低等问题，采用无需添加药剂，通过叶轮搅拌和上升水流作用分选的新型水流分级装置，考察了直接水流分级、先筛分再逐级分级以及宽粒级水流分级对水煤浆煤气化细渣的提炭分质特性。结果显示，水流分级的浮渣收率随叶轮转速、水流速增加而增加，浮渣烧失量则先呈增加后降低趋势。相较于直接水流分级，对气化渣先筛分再水流分级可避免灰渣细颗粒 (＜0.074 mm)中炭灰难以有效分离问题，从而显著提升其提炭效率。采用宽粒级 (＞0.074 mm)筛分，再对水流分级条件优化，可实现提取浮渣烧失量达84.44%，可燃体回收率达65.85%，综合效率达43.39%。本研究表明通过预筛分再水流分级，可实现煤气化渣的高效提炭分质。

关键词：气化气化细渣分离浮选水流分级