油页岩改性生物炭对磷酸盐的吸附特性

为解决磷回收困难和固体废弃物难处理的问题,文章以棉秆和油页岩为原料,采用共热解法制备了油页岩改性生物炭(OS-CS),利用SEM-EDS,BET,FT-IR等测试手段对其进行了理化特性分析,考察了热解温度、吸附剂用量、溶液pH值等因素对OS-CS的磷酸盐吸附性能的影响,并研究了OS-CS的吸附动力学和吸附等温线模型。研究结果表明:进过改性后,OS-CS的结构性能和表面形貌有较大改善,对磷酸盐的吸附能力有明显的提高;在投加量为4.0 g/L、溶液pH值为5.0时,OS-CS的磷酸盐最大吸附量为7.01 mg/g,是棉秆炭的2.47倍,油页岩半焦的3.52倍。OS-CS吸附磷酸盐过程主要以拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型进行描述,吸附机理主要包括表面沉淀、配体交换和静电吸引。油页岩改性生物炭复合材料为磷酸盐的去除和固体废弃物的资源化利用提供了新思路。

基于微型流化床的油页岩与棉秆共热解特性及其动力学

采用微型流化床反应分析仪分析油页岩与棉秆共热解特性,探讨不同热解温度和混合比例对H_(2)、CH_(4)、CO、CO_(2)释放特性的影响,并利用等转化率法求解动力学参数,研究共热解过程中的相互作用。结果表明,油页岩和棉秆的单独热解气体释放特性存在明显差异,而在等温共热解过程中,棉秆的添加能加快反应的转化率,提高气体生成速率。通过Friedman-Reich-Levi方法计算气体生成活化能,结果显示共热解活化能明显低于理论值,表明共热解能提高原料热解反应性,促进气体的生成。

热解-重整-燃烧解耦的煤气化特性

采用热解、重整、燃烧解耦分离的解耦三床气化(decoupled triple bed gasification,DTBG)系统,以橄榄石为原位焦油裂解催化床料,进行了煤催化气化实验。研究了煤种、煤进料速率、重整器温度以及水碳比(S/C)对煤热解焦油裂解/重整反应的影响。结果显示:随着煤挥发分含量增加,气体产率、碳转化率、冷煤气效率以及产气中的H2含量增加。由于半焦不参与气化反应,导致碳转化率和冷煤气效率偏低。煤和催化剂比例的改变会影响气体产率和产气组成,当煤的进料速率从0.12 kg/h增加到0.30 kg/h时,气体产率从0.28 m^3/kg增加到0.46 m^3/kg,H2含量从28.4%增加到50.5%。重整器温度的升高有利于促进煤焦油裂解转化,从而增加气体产率。当重整器温度为850℃、S/C为1.0时,气体产率达到了0.60 m^3/kg,橄榄石催化剂有效地降低了焦油含量,焦油产率仅为2.11g/m^3。S/C的升高增强了焦油水蒸气重整反应,但引入过量的水蒸气会导致反应器内气体的流速加快,缩短了反应物的停留时间和反应时长,减缓了焦油水蒸气重整反应的反应程度。

棉秆半焦与载镍橄榄石固-固化学链反应动力学研究

本实验利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了棉秆半焦(CSC)与载镍橄榄石(Ni/olivine)的固-固化学链反应特性,利用模型拟合法在等温条件下对29种模型函数进行拟合计算,从中选取了最优的三种模型,计算出棉秆半焦和载氧体的固-固反应动力学。结果表明,CO和CO_2是CSC与Ni/olivine反应的主要气体产物,固-固反应过程中,先析出CO后再析出CO_2,CSC并不会完全转换成CO_2,产气中CO的浓度比CO_2大;随着反应温度的升高,产气中CO和CO_2的浓度和产率增加。CO、CO_2和CSC利用三种不同模型函数计算出来的活化能平均值分别为27.5、46.4和69.8 kJ/mol。利用热重研究了CSC和Ni/olivine非等温反应特性及动力学,结果表明,CSC和Ni/olivine的反应从750℃开始,在890℃时反应速率达到了峰值,非等温反应活化能为72.05 kJ/mol,这与MFBRA等温动力学活化能基本相似,说明生物质化学链气化过程中,半焦和镍基载氧体的固-固反应较容易发生。

微型流化床中萘催化裂解生成H_(2) 和CH_(4) 反应动力学研究

生物质气化是生物质能代替化石能源中最具吸引力的方法之一,而生物质气化焦油中萘是最稳定、难以分解的环烃之一。选取萘作为气化焦油模型化合物,利用浸渍法制备了Cu/Ni负载橄榄石催化剂(15Ni/O、9Cu/6Ni/O、15Cu/O),在微型流化床反应器(MFBRA)中,采用模型拟合法计算了萘催化裂解生成H_(2) 和CH_(4) 的动力学参数,评价了双金属催化剂的性能。结果表明,所选的机理函数G(16)、G(20)和G(24)均满足不同催化剂催化裂解萘生成H_(2) 和CH_(4) 的反应。不同CuO和NiO质量分数的催化剂H_(2) 的生成活化能(Ea)值大小顺序为SiO_(2)> 15Ni/O>橄榄石> 15Cu/O> 9Cu/6Ni/O,CH_(4) 的Ea值大小顺序为橄榄石> 15Ni/O> SiO_(2)> 9Cu/6Ni/O> 15Cu/O。萘在9Cu/6Ni/O催化剂上裂解生成H_(2) 的Ea值均小于其他催化剂,说明双金属负载橄榄石催化剂对萘的催化裂解反应催化性能更好。