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基于煤颗粒−结合水复合相的水煤浆导热系数预测模型

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2538-2546页

作者：蒋海锋张华驰赵辉许建良梁钦锋李伟锋刘海峰华东理工大学上海煤气化工程技术研究中心上海200237 华东理工大学国家能源煤气化技术研发中心上海200237 华东理工大学含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程研究中心上海200237 中化泉州石化有限公司福建泉州332501

水煤浆气流床气化是目前大型先进煤气化技术之一,提升水煤浆气化效率有助于推动煤炭清洁高效利用。水煤浆预热技术被认为是提高煤气化能源利用效率的关键技术之一。目前,复杂液固悬浮液导热系数的变化规律和内在机理仍未被完全认识。导... 详细信息

水煤浆气流床气化是目前大型先进煤气化技术之一,提升水煤浆气化效率有助于推动煤炭清洁高效利用。水煤浆预热技术被认为是提高煤气化能源利用效率的关键技术之一。目前,复杂液固悬浮液导热系数的变化规律和内在机理仍未被完全认识。导热系数是介质流动换热的重要基础参数,表征着其在稳态导热过程的导热能力。利用瞬态热线法测定不同温度下相同质量分数水煤浆的导热系数,实验结果表明:温度越高,导热系数越高。在室温下测定不同质量分数下水煤浆的导热系数,实验结果表明可以分为2个阶段:质量分数从51%增大到58%时为下降区,导热系数快速下降,由0.401 W/(m·K)降至0.358 W/(m·K);而质量分数继续增加,从58%到67%时为恒定区,导热系数基本保持在0.358 W/(m·K)。基于实验结果,综合考虑平行模型、麦克斯韦模型、广义自洽模型等复合材料模型,提出煤颗粒−结合水复合的水煤浆导热系数平行预测模型。水煤浆中的水分包含自由水和结合水,结合水会和煤颗粒形成煤颗粒−结合水复合相,将水煤浆视为复合相和自由水相组成的两相复合材料。在下降区,随着煤颗粒质量分数的增加,自由水相减少,复合相不变,水煤浆导热系数快速降低;在恒定区,随着煤颗粒质量分数的进一步增加,复合相中的结合水量减少,但复合相的导热系数基本维持稳定。

关键词：水煤浆质量分数导热系数煤水复合模型结合水

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生物质气流床气化可行性分析与减碳效应

华东理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期50卷 328-334页

作者：陆海峰卞耀郭晓镭代正华刘海峰华东理工大学上海煤气化工程技术研究中心含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程研究中心上海200237

气流床气化是生物质大规模高效转化利用的选择之一。本文首先对生物质气流床气化工艺涉及到的制粉、输送、气化等关键单元进行分析,论证了气流床技术应用于生物质气化的可行性;在此基础上,选用6种典型的农林生物质作为原料,借助Aspen P... 详细信息

气流床气化是生物质大规模高效转化利用的选择之一。本文首先对生物质气流床气化工艺涉及到的制粉、输送、气化等关键单元进行分析,论证了气流床技术应用于生物质气化的可行性;在此基础上,选用6种典型的农林生物质作为原料,借助Aspen Plus化工流程模拟软件开展生物质气流床气化模拟,研究了煤和生物质共气化及生物质单独气化特性,并对以生物质为原料的气化过程进行减碳效应分析。结果表明:生物质气流床气化具备操作可行性;在煤中掺混适量的生物质既能维持较好的气化性能,又能显著降低煤耗等指标,减碳效果明显;与传统的固定床和流化床相比,生物质气流床气化获得的合成气热值约为10 MJ/m^(3),优势明显,可用于替代天然气供暖,既有经济价值又能实现碳减排。

关键词：生物质气流床气化 Aspen Plus流程模拟碳减排可行性分析

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葡萄糖酸钠流加工艺促进红球菌腈水合酶发酵表达

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华东理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：张国辉刘禹轩刘燕枝谢嘉怡栗波张思楠王泽建吴诗勇华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室华东理工大学煤液化气化及高效低碳利用全国重点实验室华东理工大学含碳废弃物资源化利用与碳中和教育部工程研究中心

本研究首先考察了不同浓度的葡萄糖和氯化钴对腈水合酶（NHase）合成的影响，结果表明当葡萄糖浓度为20 g/L、氯化钴浓度为0.05 g/L时，NHase的表达水平得到了显著的提升；其次建立了基于发酵过程尾气质谱仪的过程生理代谢参数采集与分... 详细信息

本研究首先考察了不同浓度的葡萄糖和氯化钴对腈水合酶（NHase）合成的影响，结果表明当葡萄糖浓度为20 g/L、氯化钴浓度为0.05 g/L时，NHase的表达水平得到了显著的提升；其次建立了基于发酵过程尾气质谱仪的过程生理代谢参数采集与分析系统，通过多参数相关性分析剖析了pH是影响红球菌NHase表达的关键因素，从而提出了发酵过程中流加葡萄糖酸钠控制pH的策略。与原来分批发酵工艺相比，优化后的工艺在菌体浓度相同的情况下，总酶活提高了93.71%，比酶活提高了97.28%，糖转化率提高了71.36%。本研究结果为工业生产中提高NHase产量提供了理论指导。

关键词：腈水合酶红球菌多参数相关性分析葡萄糖酸钠

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煤气化过程反应模型研究进展

化工进展 2024年第7期43卷 3593-3612页

作者：丁路王培尧孔令学白进于广锁李文王辅臣华东理工大学洁净煤技术研究所上海200237 华东理工大学含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程研究中心上海200237 中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室山西太原030001

煤炭是我国能源安全的压舱石,煤气化作为煤炭清洁高效利用的核心技术对实现“碳达峰、碳中和”的战略目标具有重要作用。基于动态原位表征揭示煤气化反应机理并建立煤气化模型,对拓展煤炭和生物质等含碳物料作为气化原料的适用性,开发... 详细信息

煤炭是我国能源安全的压舱石,煤气化作为煤炭清洁高效利用的核心技术对实现“碳达峰、碳中和”的战略目标具有重要作用。基于动态原位表征揭示煤气化反应机理并建立煤气化模型,对拓展煤炭和生物质等含碳物料作为气化原料的适用性,开发新型高效的气化技术有重要的理论指导价值。同时,煤灰的流动性质是影响气化炉长周期稳定运行的关键指标。本文详细综述了煤气化过程的动力学模型、热力学模型、床层模型以及煤灰流动性的预测模型,对比了各类模型的优缺点、适用的条件以及描述气化过程的性能,指出了不同方法建立的模型存在的问题,为气化过程的总包反应模型建立提供了理论指导,并针对煤气化过程反应模型未来的研究重点进行了展望。

关键词：煤气化动力学模型热力学床层模型煤灰流动性预测模型

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木屑与低密度聚乙烯两段式共热解制备液体芳烃研究

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燃料化学学报(中英文) 2024年

作者：龚桐荻蔡勤杰张素平华东理工大学华东理工大学生物质能源与材料研究中心华东理工大学含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程研究中心华东理工大学煤液化气化及高效低碳利用全国重点实验室浙江理工大学全省复杂流动与流体工程装备重点实验室

将塑料与生物质进行共热解有望利用塑料的富氢特性改善生物质热解液体产物的品质。本研究设计了两段式的热解过程，以松木木屑和低密度聚乙烯（LDPE）协同转化制备液体芳烃。催化热解过程所得液体产物自然分层为有机相和水相，当使用两... 详细信息

将塑料与生物质进行共热解有望利用塑料的富氢特性改善生物质热解液体产物的品质。本研究设计了两段式的热解过程，以松木木屑和低密度聚乙烯（LDPE）协同转化制备液体芳烃。催化热解过程所得液体产物自然分层为有机相和水相，当使用两段式热解体系时，其有机相产率比传统单段热解提高11.4%。通过木屑与LDPE单独热解与共热解对比，发现木屑与LDPE共热解过程中存在基于氢转移的协同作用，能够促进液体芳烃的形成，且该协同作用在两段式过程中更显著。原料中LDPE所占比例会影响协同效应强度；在木屑和LDPE质量比为1∶1时协同效应最显著，所得有机相产率达到47.2%，其中芳烃含量为93.8%。提高两段温度可以促进木屑和LDPE挥发分的析出并强化芳构化反应，但过高的温度会促进气体生成；当初步热解段温度在600℃，协同转化段温度在500℃时，共热解芳烃产率最高。碱性氧化物MgO可以促进木屑与LDPE的初步热解，使用MgO作为初步热解段催化剂对比ZrO2有机相产率提高5.2%，对协同转化段HZSM-5催化剂通过Ga2O3进行负载能够进一步提升协同转化效果，最终有机相产率达到51.5%，其中芳烃含量达到98.9%。

关键词：木屑低密度聚乙烯两段式热解转化芳烃

花生秸秆热解挥发分在HZSM-5负载Ga催化剂上的裂解特性

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低碳化学与化工 2024年第4期49卷 63-70,89页

作者：孙雷胡睿王杰华东理工大学能源化工系含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程中心上海200237 万国数据服务有限公司上海200120

生物质热解能够将木质纤维素类生物质转化为生物油,但粗油含氧量高、热值低。利用负载Ga的HZSM-5催化剂对生物质热解挥发分进行催化裂解,可以促进生物油的选择性脱氧和芳构化,实现生物油提质。分别采用离子交换法和水热法制备了两种负... 详细信息

生物质热解能够将木质纤维素类生物质转化为生物油,但粗油含氧量高、热值低。利用负载Ga的HZSM-5催化剂对生物质热解挥发分进行催化裂解,可以促进生物油的选择性脱氧和芳构化,实现生物油提质。分别采用离子交换法和水热法制备了两种负载Ga的HZSM-5催化剂(Ga-H5-E和Ga-H5-H),采用两段式固定床反应器进行了花生秸秆热解在线联合热解挥发分催化裂解实验。花生秸秆在反应器下段以10℃/min的加热速率从室温升温至700℃,其间逸出的挥发分通过保持在600℃的上段催化剂层进行催化裂解。结果表明,相比无负载的HZSM-5,Ga-H5-E和Ga-H5-H使BTX(苯、甲苯和二甲苯)产率分别提高了77%和93%,其中甲苯和二甲苯的增加尤为明显。采用热重分析仪、电感耦合等离子发射光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、比表面积分析仪和化学吸附仪等对催化剂进行了表征分析。结果表明,两种Ga负载催化剂的积炭产率显著低于原催化剂(HZSM-5);Ga负载使催化剂强酸位显著增多,有利于增加脱氧反应的催化活性中心;相比于Ga-H5-E,Ga-H5-H含有容积较大的介孔和较小的平均孔径,而且更多Ga浸入了颗粒内部,这些差异可能促进乙烯和丙烯在介孔内发生芳香化反应,从而提高了单环芳香烃产量。

关键词：生物质挥发分催化裂解生物油提质 HZSM-5负载Ga 单环芳烃

预分选汽车破碎残余物热解特性及其动力学分析

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环境工程学报 2023年第11期17卷 3647-3659页

作者：谭金鹏李伟锋陈雪莉华东理工大学含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程研究中心上海200237

我国每年产生的汽车破碎残余物(automobile shredder residue,ASR)数量巨大,亟需无害化处理和资源化利用。固废热解过程因产生的二次污染物少,且产品利用价值高,逐渐成为研究的热点。针对某报废汽车生产线产生的5种典型预分选ASR物料,... 详细信息

我国每年产生的汽车破碎残余物(automobile shredder residue,ASR)数量巨大,亟需无害化处理和资源化利用。固废热解过程因产生的二次污染物少,且产品利用价值高,逐渐成为研究的热点。针对某报废汽车生产线产生的5种典型预分选ASR物料,在固定床反应器中考察了温度(500~900℃)和物料种类对ASR热解三相产物组成、热解焦微观结构及重金属分布规律的影响,通过热重(TG)分析ASR从常温到900℃热失重过程,并采用分布式活化能(DAEM)法计算其热解动力学。结果表明,ASR热解主要发生于200~500℃范围内,热解反应活化能为17.39~195.21 kJ·mol^(-1)。提高热解温度,ASR样品可产生更多热解气,且H_(2)、CO和CH_(4)等成分占比增加,焦油产生量减少,同时促进焦油二次裂解以及组分向苯环化转化。红外和拉曼光谱分析表明,热解温度升高,热解焦中主要发生-OH、-CH_(3)、-C=C-以及-COOH等分子基团的脱除,不同ASR热解焦ID1/IG值在3.77~6.57内,石墨化程度增大,热解焦中重金属分布受温度和物料种类影响显著。本研究结果可为开发ASR热解技术提供参考。

关键词：汽车破碎残余物预分选热解特性热分析动力学重金属

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污泥对高灰熔融温度煤灰熔融特性调控机制

洁净煤技术 2023年第7期29卷 198-208页

作者：李萌陈雪莉李风海许建良刘霞华东理工大学含碳废弃物资源化零碳利用教育部工程研究中心上海200237 菏泽学院化学化工学院山东菏泽274015

我国高灰熔融温度煤储量巨大,灰中硅铝含量高,而部分污泥中碱性氧化物含量高,将其与高灰熔融温度煤共气化为高灰熔融温度煤灰熔融特性的调控提供了可能。研究了城市污泥(CS)和制药污泥(ZY)对高灰熔融温度焦作煤(JZ)灰熔融特性的影响。... 详细信息

我国高灰熔融温度煤储量巨大,灰中硅铝含量高,而部分污泥中碱性氧化物含量高,将其与高灰熔融温度煤共气化为高灰熔融温度煤灰熔融特性的调控提供了可能。研究了城市污泥(CS)和制药污泥(ZY)对高灰熔融温度焦作煤(JZ)灰熔融特性的影响。结果表明:向JZ灰中添加CS灰和ZY灰均可降低其灰熔融温度,添加ZY灰对JZ灰熔融温度降低效果更明显;CS灰和ZY灰的添加比例分别为15%和10%时,2种混合灰的流动温度降至1380℃以下,满足气流床气化液态排渣要求。CS灰CaO含量高,ZY灰Fe_(2)O_(3)含量高,随污泥灰添加,CS灰中CaO与Al_(2)O_(3)和SiO_(2)反应生成的钙长石增多,其与石英发生共熔导致液相含量增加降低了灰熔融温度;弱还原气氛下JZ-ZY灰中Fe 3+被还原为Fe 2+,并使生成的铁尖晶石等铁系矿物质增多,低熔点铁尖晶石在低温下熔融及铁系矿物质与其他物质发生的低温共熔降低了JZ灰熔融温度。污泥灰添加比例相同时,与JZ-CS灰相比,JZ-ZY灰中理论固相含量更低;晶相衍射峰强度和数量更低;1500℃时,ZY灰占比25%的混合灰达到全液相状态,而CS灰占比25%的混合灰中仍有部分莫来石。摩尔离子势α与2种混合灰的特征温度均呈线性正相关。JZ-ZY灰的α降幅更大,因此JZ-ZY灰熔融温度降低更明显。

关键词：高灰熔融温度煤污泥灰熔融特性流动温度调节机制

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废弃水氯镁石微量杂质脱除制电解原料研究

环境科学与技术 2010年第S2期33卷 301-303,371页

作者：孙泽孙淑英晋心文路贵民宋兴福于建国华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心上海200237

青海地区以光卤石为原料生产氯化钾,大量排放废弃水氯镁石,多年的排放积累严重影响到察尔汗盐湖的卤水成分平衡,同时已影响到钾肥的生产,当地称其为"镁害"。变废为宝的最优途径是将水氯镁石脱水进行电解得到金属镁,对电解过程有害的杂... 详细信息

青海地区以光卤石为原料生产氯化钾,大量排放废弃水氯镁石,多年的排放积累严重影响到察尔汗盐湖的卤水成分平衡,同时已影响到钾肥的生产,当地称其为"镁害"。变废为宝的最优途径是将水氯镁石脱水进行电解得到金属镁,对电解过程有害的杂质主要是SO42-、Fe2+、B3+。文章通过离心、筛分、反应等物理、化学手段对水氯镁石进行净化处理,使得水氯镁石中SO42-≤30×10-6;Fe2++Fe3+≤5×10-6;B3+≤3×10-6,达到了电解原料的要求,文中各离子浓度的测量选用分光光度法,文章为资源有效利用和当地环境问题的解决提供了途径。

关键词：废弃水氯镁石资源利用杂质脱除