热化学碘硫循环制氢中硫酸分解器结构设计与模拟研究

硫酸分解是影响热化学碘硫循环制氢效率的关键环节。通过数值模拟方法设计了一款满足1 m^(3)/h制氢量要求的中试规模的刺刀式硫酸分解器。首先开展实验测定了Fe_(2)O_(3)催化剂的反应动力学参数,其中指前因子和活化能分别为1.439×10^(7)s^(-1)和125.63 kJ/mol。然后对三种结构形式的硫酸分解器进行模拟对比。结果表明,刺刀式硫酸分解器中“半截面积”内管形式比“半直径”形式具有更强的传热效果,可将分解器预热段长度缩短43.27%,达到相同分解率时催化剂用量减少23%。而结构三在“半截面积”内管形式的基础上向预热段填充SiC小球,进一步优化了预热段传热效果,预热段长度可缩短70.51%,并且SiC小球所引起的压降和能耗增加相对较小。对比发现,当预热段长度为870 mm、催化分解段长度为333 mm时,结构三表现出最佳的经济性能,此时SO_(3)催化分解率达到73.73%,对应H_(2)的理论产率为1.2288 m^(3)/h。当分解器外壁面加热温度降低到860℃时,SO_(3)分解率降至60%,恰好对应H2的理论产率为1 m^(3)/h。该研究可为中试规模硫酸分解器的设计提供参考。

两种母质的红壤性水稻土中微生物硫循环代谢途径特征

水稻土氧化还原交替频繁,使不同形态的硫元素转化的生物化学反应活跃,对水稻生产影响显著。以花岗岩和第四纪红色黏土母质发育的红壤性水稻土为研究对象,通过宏基因组测序以及生物信息学分析,研究红壤性水稻土硫循环途径相关功能微生物特征,包括有机硫转化途径、其他(转运)途径、同化硫酸盐还原途径、硫氧化途径、异化硫酸盐还原途径以及硫歧化途径。结果表明:两种母质发育的红壤性水稻土具有相同的硫循环途径特征,即有机硫转化途径微生物功能基因丰度的发生频率最高,每百万个带注释的细菌序列平均检测到16000个有机硫转化的功能基因;硫歧化途径微生物功能基因丰度的发生频率最低,每百万个带注释的细菌序列平均仅检测到116个硫歧化途径功能基因。两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物,在门分类水平上,微生物组成没有显著差异,均以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)为优势菌门,占比分别为55.19%、10.61%、7.18%。在种水平分类上则差异显著,花岗岩母质发育的水稻土中硫循环途径微生物相对丰度更高,且所有途径的优势菌种均为Deltaproteobacteria、Acidobacteria、Betaproteobacteria,其丰度占花岗岩母质水稻土硫循环微生物丰度的40%以上;而在第四纪红色黏土母质发育的水稻土中参与硫循环每条途径的优势功能微生物更加丰富,如在有机硫转化途径中Gemmatirosa kalamazoonesis丰度最高,在其他(转运)途径Azoarcus sp.丰度最高,在同化硫酸盐还原途径丰度最高的微生物是Anaeromyxobacter sp.。综上,两种不同母质发育的红壤性水稻土中存在相同的硫循环途径特征,两种母质发育的红壤性水稻土中主导硫循环的微生物在门水平上没有显著差异,但在种水平分类上差异显著,表明不同母质中会存在着独特的优势硫转化功能菌群。

高维同位素信号阐明大气硫循环机制

大气中硫酸盐(SO42–)气溶胶的形成是大气硫循环的重要组成部分。然而,目前关于SO42–的化学反应生成机制仍不甚清晰。SO42–的稳定同位素信号是追踪其来源和大气氧化反应机制的有效方法。本文对叁氧肆硫同位素解析大气SO42–的研究进展进行了梳理。SO42–的氧同位素非质量依赖分馏(Mass-independent Fractionation,MIF)信号(Δ17O)是分析SO42–气溶胶生成机制(即氧的来源)的有效手段,就冰芯和大气气溶胶等样品与三维大气化学传输模式的Δ17O值对比,讨论了大气硫循环过程。此外,本文还详细介绍了如何使用叁氧肆硫同位素解析大气硫酸盐气溶胶的生成和形成机制,讨论了其他大气硫循环的同位素测定的研究实例。最后对高维同位素解析大气硫循环机制的未来研究方向进行了展望。

火电厂脱硫循环泵叶轮的冲蚀磨损数值分析

火电厂脱硫循环泵叶轮易受腐蚀性浆液冲击腐蚀而失效,为进一步研究现实工况下叶轮发生冲击腐蚀的影响因素及规律,采用CFD数值模拟的方法,基于稠密离散相(DDPM)模型对循环泵叶轮在不同固相颗粒粒径和不同固相颗粒体积分数工况下进行数值模拟。结果表明:当粒径d<0.20 mm时叶片工作面冲蚀量增长速率最快,达到了38%,随着粒径增加,工作面上的冲蚀位置向后盖板处偏移,且叶片进口边出现冲蚀量极值。在不同颗粒体积分数工况下,随着颗粒体积分数增加,工作面上冲蚀位置会向出口处偏移。当颗粒体积分数在30%以上会加剧叶片工作面的冲蚀量。叶片进口边、叶片背面冲蚀量增长速率较为稳定,基本保持在20%上下。可见小粒径颗粒对叶片工作面冲蚀量影响较大,大粒径颗粒更容易加速叶片进口边的冲蚀。高颗粒体积分数对工作面的冲蚀更为明显。

海岸盐沼湿地土壤硫循环中的微生物及其作用

硫及硫化合物的动态循环是海岸盐沼湿地的重要组成部分,硫酸盐还原菌(SRB)和硫氧化菌(SOB)是推动硫循环的重要微生物。硫酸盐还原菌把硫酸盐还原为硫化物,同时消耗土壤中的有机物质;硫氧化菌把还原性硫化合物氧化为硫酸盐,缓解土壤中硫化物的积累,它们共同维持硫循环的动态平衡。本文综述了海岸盐沼湿地土壤中硫的存在形式、硫的地球化学循环以及在硫循环过程中扮演重要角色的硫酸盐还原菌和硫氧化菌的生物多样性、活性测定方法及其生态学意义等的最新研究进展,并提出了存在的问题及研究展望。

大气硫循环中的自然硫释放研究

基于当前可获得的与该课题相关资料 ,综述了陆地生态系统对全球硫总量的贡献。第 1部分阐述了已熟知的自然硫源——海洋硫循环的了解。第 2部分给出了陆地硫循环的基本情况及各化学组分和源的相对重要性。第 3部分给出以前报导的各硫源的几种主要含硫气体的通量值 ,通过比较推导出对应各环境的代表性硫通量值。最后的第 4部分作为总结讨论了克服早先自然生态系统硫循环研究测定中的各种局限的方向并提出建议。

重大地质转折期的碳、硫循环与环境演变

碳、硫在表层储库和地质储库以不同的形式相互转换,在这个过程中都伴随着一定的同位素分馏。碳同位素的分馏主要受到光合作用以及海水溶解无机碳与大气CO2交换的控制,而硫同位素的分馏则主要受控于硫酸盐细菌还原作用。表层储库碳、硫同位素的组成通过地质作用被很好地保存在地质储库中,因此通过对地质储库中碳、硫同位素的分析和研究,可以很好地了解地球各圈层相互作用的规律,重塑地质历史特别是重大关键转折时期的演化过程。同时文中借助一些碳、硫同位素应用实例,进一步加深理解影响碳、硫同位素组成和变化的原因,以提高对不同时期全球环境变化的认知程度。

厌氧/好氧工艺中硫循环对聚磷菌除磷功能影响的试验研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR),在厌氧/好氧运行条件下,研究了硫循环过程对聚磷菌功能的影响.在厌氧条件下,硫酸盐还原过程和聚磷菌的释磷过程可以同时发生;硫酸盐还原菌(SRB)与PAOs之间对低分子碳源表现为竞争关系,使PAOs的释磷效果降低、聚-β-羟基丁酸(PHB)合成减少.从而降低了好氧段的聚磷能力.试验结果还指出硫循环过程控制不当会引起活性污泥丝状膨胀.

洱海沉积物硫循环相关微生物群落结构

[目的]分析洱海沉积物硫循环相关微生物群落多样性和空间分布特点。[方法]倾注平板计数法分析洱海沉积物硫酸盐还原菌和硫氧化细菌数量;PCR分析硫酸盐还原菌类群。[结果]洱海沉积物硫酸盐还原菌和硫氧化细菌数量的空间分布规律相一致;沉积物中检出3个硫酸盐还原菌类群,脱硫叶菌属广泛分布于各层,脱硫肠菌属分布于深层而脱硫球菌-脱硫线菌-脱硫八叠菌属则分布于较浅层。[结论]洱海沉积物硫循环相关微生物群落组成复杂。

草地生态系统硫循环研究进展

草地生态系统硫循环是维系陆地生态系统物质循环的基本机制之一,草地生态系统硫循环机制的研究对系统分析草地植被在全球气候变化中的贡献和生态价值,以及全球硫收支平衡具有重要意义。与其他基本要素相比,草地生态系统硫循环的研究还有很多空白。主要针对草地生态系统大气硫库、植物硫库、土壤硫库的研究动态及我国硫循环的研究进展进行了概述。旨在了解草地生态系统硫循环的特征及规律,探究硫在各个贮存库之间及其内部定量迁移和转化机制,并就亟需解决的问题进行了分析,提出了该领域今后的研究方向。

俯冲带硫的地球化学行为及硫循环

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、成矿物质聚集、以及地球大气成分等具有重要意义。本文首先总结了进入俯冲带之前的大洋岩石圈的S结构模型,对S在大洋板片中的分布状态和地球化学特征进行了系统归纳。随后,系统阐述了俯冲带高压-超高压变质岩记录的板片变质及脱水过程中硫的地球化学行为。岩石学研究表明俯冲板片中的S多以硫化物相存在,硫酸盐矿物在弧前深度就已被释放或分解。相较于熔体,俯冲带流体中S的溶解度更高,是运移硫的更有效方式。DEW模型计算结果显示,流体中S含量总体较低,但在俯冲板片~90km处其含量有一个峰值(浓度0.5%~1.0%)。岩相学证据、地球化学测试结果、磷灰石S近边吸收结构(S-XANES)特征以及模拟结果都显示俯冲深部流体中S多以HS^(-)及H_(2)S形式存在,不含大量的SO_(4)^(2-)及硫酸盐;中f_(S_(2))流体有利于S迁移出俯冲板片,从而促进俯冲带大规模S循环,而高f_(S_(2))流体在流-岩交换过程沿流体通道发生S的锁固作用而不利于俯冲带S循环。质量平衡计算显示全球俯冲带S输入通量为4.65×10^(13)g/yr,弧下深度板片S输出通量为2.91×10^(12)g/yr,板片-岛弧S循环效率仅6.3%。俯冲板片在弧下深度可能存在一个短暂高效的S释放窗口,释放流体的δ^(34)S值为-2.1±3.0‰。基于高压-超高压变质岩中硫化物的研究,初步厘清了俯冲板片中S的地球化学行为,首次从板片角度全面、定量地限定了俯冲带的脱硫通量、效率、种型和同位素特征,提出俯冲带循环的S不是岛弧岩浆的氧化剂,与岛弧环境的正δ^(34)S值也无直接因果联系,对解析俯冲带S循环和理解地球长期的S循环具有重要意义。最后,本文还展望了俯冲带S循环的未来发展方向,应在俯冲带流体氧化还原性质(硫酸盐的命运)、俯冲沉积物对S循环的制约、俯冲带环境下多硫同位素的分馏效应、S循环与其它挥发分(如C等)循环之间的耦合关系、地球历史上深部S循环等方向做出探索,更深入地理解俯冲带及全球S循环过程。

生物硫循环及脱硫技术的新进展

自20世纪初期,硫的生物循环一直是科学界研究的热点,而建立在生物硫循环基础上的生物脱硫工艺更是受到研究者的青睐。本文从生物硫循环的角度阐述了废水、废气的生物脱硫工艺和技术的基本原理及工程应用,并对相关的技术进行了讨论,同时指出了生物脱硫技术的优化和应用还需要在厌氧颗粒污泥多样性、脱硫脱硝技术的机理、生物脱硫生态方面进一步发展。

大型脱硫循环泵用新型机械密封装置的设计

针对大型脱硫循环泵工作过程中机械密封存在的易出现振动、轴向冲击和干烧等问题,通过设计缓冲垫和节流环等新型结构,研制出一种适合大型脱硫循环泵工况要求和密封腔体特点的新型机械密封装置,并介绍了该新型密封装置的结构设计和主要的技术特点。该新型密封装置已成功应用于大型脱硫循环泵的密封。

碘硫循环制氢中HI的电解渗析浓缩工艺研究

为应对碘硫循环制氢工艺中浓缩HI的要求,采用石墨、活性炭纤维布为电极,Nafion117CS为质子交换膜构成电解渗析（EED）池,对Bunsen反应HIx相的模拟溶液进行了HI的EED浓缩实验.实验结果表明,EED操作能够对HI起到有效的浓缩作用.在所考察的2.5～20.0 A/dm^2电流密度范围内未发生浓差极化,随电流密度的提高,阴极液HI浓缩速率逐渐增大.在连续运行实验中,当电流密度为20.0 A/dm^2时,对初始m（HI）为8.8 mol/kg的HI-H2O-I2溶液进行2 h的EED处理,即可使m（HI）超越恒沸点.采用石墨电极时的浓缩效果优于采用活性炭纤维布,但采用后者时EED槽电压明显低于前者,可使EED操作能耗有效降低.提高操作温度会使HI的浓缩效率下降,但可显著降低槽电压.

膜电解池应用于碘硫循环制氢工艺中的HI浓缩

碘硫循环是一种优选的热化学分解水制氢工艺,其中HI-I2-H2O物料中HI的浓缩是工艺得以高效运转的前提。采用自行设计的膜电解池(EED Cell)和膜电解池堆(EED Stack),对HI-I2-H2O进行HI的膜电解浓缩实验。通过监测电解电压以及物料的组成变化,对浓缩效果进行评价,分析温度、电流密度、物料浓度等对膜电解池堆效率的影响规律。实验结果表明,EED可有效浓缩HI,使其超越恒沸点浓度,将EED池体组建为EED堆可有效拓展EED的处理能力;EED电压受到温度、料液浓度等因素的影响,其中温度的影响最为显著。

硫循环的酶促反应机制及湖泊环境效应

在湖泊沉积物表层存在着强烈的生物作用 ,使SO2 -4 转变成S2 -,然后和Fe2 + 结合而固定在沉积物中 ,这种SO2 -4 的清除机制具有重要的环境意义。本文论述了H2 S的产生和各种形态硫转变成SO2 -4 的酶促反应机制 ,并阐述了不同微生物电子传递载体、最终电子受体和电子进入传递链的部位的差异以及生成ATP的数目和环境效应的差异。

脱硫循环泵腐蚀损失焊接修复工艺的研究及应用

选取脱硫循环泵常用材料2205双相不锈钢为焊接母材,通过焊接工艺和性能试验,研发修复脱硫循环泵磨蚀损伤的焊接工艺。试验表明,焊缝组织结构为奥氏体和铁素体构成的两相组织;焊接接头抗拉强度为795MPa,屈服强度为580MPa;焊接接头经正弯、背弯后无裂纹,且具有良好的抗点蚀性能。采用上述焊接工艺对磨蚀损伤的脱硫循环泵叶轮进行修复后,部件型线恢复良好。

生物质能源化利用与硫循环

生物质能源化利用可以在一定程度上减少由于燃煤而带来的硫污染问题,同时又有效地处理了农村秸秆废弃物,能够取得能源利用和环境保护的双重效果。

碘硫循环制氢中HI浓缩精馏的模拟

针对碘硫循环制氢中碘化氢(HI)浓缩分离的精馏问题,选用NRTL(Non-Random Two-Liquids)模型来修正HI-I2-H2O三元混合体系的液相非理想性。结合H2O-HI、H2O-I2和HI-I2体系气液相平衡的实验数据,采用极大似然法关联该三组体系NRTL模型表达式中的二元交互作用参数。基于已确定参数的NRTL热力学模型,借助模拟软件Aspen Plus对HI浓缩精馏塔进行模拟设计,并通过灵敏度分析,分别考察了HI精馏塔的塔板数、回流比、进料组分等关键操作参数对分离效果和能耗的影响,得到了优化后的操作参数,为工业碘硫循环制氢过程工艺研究提供理论基础和指导。

脱硫循环泵关键零件再制造技术及涂层应用研究

再制造具有优质、高效、节能、节材及环保的特点,目前在机械制造领域已引起高度重视,脱硫循环泵关键零件的再制造具有十分显著的经济效益及节能、节材效果.本文在分析脱硫循环泵关键零件失效机理的基础上,介绍了循环泵关键零件在再制造中的主要工艺过程,重点阐述了循环泵关键零件表面强化时的热喷涂涂层的材料与制备工艺的选择.研究及使用表明：采用电弧堆焊与高分子陶瓷材料胶结能有效恢复叶轮的尺寸及形状;NiCrMoB自熔性合金喷熔层表现出优良的耐腐蚀性能与抗气蚀性能,其抗气蚀性能比Ni60喷熔层大约提高了70％.循环泵叶轮等零件再制造费用一般仅为新叶片的25％～30％,但其使用寿命优于新件,因此具有显著的经济效益和社会效益.