甲烷裂解双分散孔催化剂颗粒积碳行为模拟

【目的】为了更好地理解催化剂颗粒的积碳行为,分析积碳效应下催化剂颗粒界面反应传质特性,实现对催化剂颗粒的优化设计与调控。【方法】采用颗粒解析模型,考虑积碳引起的孔隙结构动态演变以及反应性能的衰减,分别探讨单分散孔和双分散孔颗粒积碳形成及所引起的孔隙结构演变规律。【结果】积碳失活从多孔颗粒表层向内部核心移动,扩散主导机制转向反应主导机制;相较于单分散孔颗粒,双分散孔颗粒具备更强的抗积碳性能;固定床反应器中催化剂颗粒分布影响积碳行为,壁面处积碳更加严重,更容易导致失活。【结论】选择双分散孔催化剂颗粒对于积碳行为具有改善作用,同时应选择合适的长径比反应器,削弱壁面效应对积碳行为的影响。

汽油机喷油嘴快速积碳方法及特征表征研究

基于吉利JLE-4G18TDB型1.8T汽油机,利用台架和光学三维轮廓测量仪对缸内直喷汽油机的积碳过程和喷油嘴积碳特征进行了探索,从积碳加速剂、长期燃油脉宽修正系数(LTFT)、汽油机循环工况3个方面着手,实现了接近实际道路情况的快速积碳,在汽油机不停机的状态下掌握了喷油嘴积碳情况,结合光学手段对喷油嘴积碳特征进行表征,在喷油嘴表面积碳不被破坏的情况下得到了积碳前后喷油嘴的体积数据、三维图像及积碳体积分布图,对燃油清净剂和燃油清净增效剂的评价起到了重要作用。

甲烷固体氧化物燃料电池的多物理场耦合积碳模型

烃类燃料的直接使用造成固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极积碳并导致性能下降的严峻问题,开展积碳原因分析并采取减少积碳形成的措施是加快固体氧化物燃料电池商业化的重要课题。提出三维瞬态多物理场耦合积碳模型,通过仿真模型计算,研究不同条件、不同参数对固体氧化物燃料电池性能的影响,以评估电池的长期性能。在电池工作电压和积碳速率方面,计算结果与已有试验结果吻合较好。结果表明,随着积碳含量增加,阳极电极材料的孔隙率将减小,催化剂活性降低。当预重整程度降低、入口速度增加、操作温度增加、工作电压下降和燃料中氢气比例增大,积碳量均呈上升趋势。通常来说,积碳的增加会造成电池性能下降,如预重整程度的降低及入口速度的增加符合这一趋势。操作温度增加、工作电压下降和燃料中氢气比例增加虽然也会造成积碳量增加、电性能衰减严重,但电池性能呈上升趋势。研究表明,这一现象与甲烷裂解反应关系密切。

基于非刚性特征的发动机积碳程度判别模型

汽车发动机积碳的长期累积会引起发动机动力下降、油耗上升、排放性能降低等问题,对发动机及时的检测和清理可以有效缓解积碳造成的影响。本文提出了一种新的基于非刚性特征的模型,用于积碳程度的判别。首先,在模型中使用可变形卷积调整卷积核的偏移位置和偏移幅度,提高网络的有效感受野,提取非刚性特征信息;其次,根据核区域中像素的相关性,使用自适应指数度量池化核对神经元进行加权,以此捕获更好的细节特征信息;最后,添加基于自注意机制的特征增强模块,获取特征图的上下文信息。经过实验测试,本文方法的测试准确率为87.1%,各项指标相较原始模型平均提高2.5%,证明本文方法可以提取有效的积碳程度判别特征。

基于特征增强的汽车发动机积碳程度识别模型

汽车发动机积碳的长期累积容易加速汽车老化,及时检测并清理可以有效延长汽车使用寿命。对此提出了一种基于视觉图像的积碳程度识别方法,首先针对积碳图像数据量小且类别分布不均的问题对数据进行预处理,其次基于积碳图像特征分布范围广及细粒度特点设计了一个特征重采样模块,从空间和通道两个方向加强特征表达,最后设计了一个轻量化的积碳程度识别模型方便检测部署。结果表明,与其他方法相比,该方法具有较高的预测速度,为179帧/s,且测试精度为84.5%,满足实际需求。

固体氧化物燃料电池Ni基阳极抗积碳的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种缓解能源危机的新兴能源技术,具有效率高、可持续、无污染等优势。Ni基金属陶瓷由于兼具高电子电导、高离子电导和对碳氢燃料极佳的催化活性等优势,成为目前商业化SOFC阳极材料的最佳选择。然而,Ni基阳极SOFC在使用含碳燃料时,由于碳沉积而容易导致其失活,造成电池性能衰减。针对于此,首先,分析Ni基阳极在含碳燃料中积碳的机理,阐明Ni基阳极积碳的原因、过程、类型以及危害,并介绍探测积碳常用的表征方法;然后,归纳总结当前国内外对于改善Ni基阳极抗积碳的机制和策略;最后,对Ni基阳极抗积碳策略的发展方向提出展望。

积碳清洗剂对汽车动力性能提升的试验研究

发动机积碳增多将使燃烧性变差、汽车动力性下降。受燃油品质、驾驶条件、日常维护、环境与交通等因素影响,积碳随着使用时间而逐渐增加,因此降低积碳对汽车性能提升有较大意义。基于CDS-150型底盘测功机,对一台一汽威志在用汽车使用一种免拆式积碳清洗剂前后的动力性能进行测试。结果表明,积碳清洗前后最高车速分别为144.7 km/h、148.9 km/h,最高车速提升2.9%;积碳清洗前后0~100 km/h (百公里)加速时间分别为13.3 s、14.1 s,缩短0.8 s;积碳清洗前后最大爬坡度分别为65%、69%,增幅达6.2%,测试的积碳清洗剂对发动机的动力性提升明显。

油路积碳清洗剂对小排量发动机经济性影响的试验研究

发动机积碳增多将使其燃烧不充分、运行不良,影响汽车的经济性能。机械清除法虽然能清除积碳,但对发动机零件存在损伤,因此燃油添加剂成为降低积碳的有效手段。本研究通过台架试验测试一种油路积碳清洗剂对小排量发动机经济性的影响,结果表明:发动机负荷特性试验:加入添加剂后油耗量平均值降幅为10.14%;油耗率平均值降幅为5.17%。发动机速度特性试验:800~2600 rpm常用转速下,20%的节气门开度,加入添加剂后油耗量平均值降幅为7.46%;油耗率平均值降幅为2.18%。50%的节气门开度,油耗量平均值降幅为6.80%;油耗率平均值降幅为3.38%。发动机循环工况试验:加入添加剂后油耗量平均值降幅为9.31%;油耗率平均值降幅为6.31%。发动机双怠速工况试验:加入添加剂后油耗量平均值降幅为8.70%;油耗率平均值降幅为8.99%。试验的油路积碳清洗剂对小排量发动机的经济性提升明显,油耗量平均降幅在6.80%~10.14%之间,油耗率平均降幅在2.18%~8.99%之间。

C_(4)预积碳对甲醇制烯烃再生催化剂反应性能的影响

充分转化甲醇制烯烃(MTO)工艺副产物C_(4),可有效提升装置的经济性,是有效增产乙烯和丙烯的重要手段。再生催化剂经C_(4)预积碳后,在催化剂上生成的焦炭起到修饰催化剂的孔道结构、降低分子筛的酸强度和酸密度、进而缩短MTO反应的诱导期,提高目的产物收率的作用。基于某公司1.8×106 t/a的MTO工业装置,分析了在不同负荷下C_(4)预积碳对MTO反应过程组分变化的影响。实验结果表明,C_(4)预积碳可降低甲醇单耗;低负荷下,C_(4)预积碳利于丙烯生成;高负荷下,利于乙烯生成;同时,C_(4)预积碳的经济性主要取决于乙烯和丙烯的价格,如果乙烯和丙烯的价格均高于C_(4),则进行C_(4)预积碳经济性好。

甲醇管式SOFC防积碳研究及结构设计

为了解决甲醇固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)积碳问题,提出了多孔内管甲醇管式SOFC设计.部分甲醇可以通过多孔内管进入阳极参与反应,进而降低了阳极顶部甲醇浓度及CO分压,并提升该区域的温度,所以有效缓解该区域积碳活性过高的问题,最大积碳活性降低了99%以上.其次,多孔内管甲醇管式SOFC的阳极表面最大温差仅为49.15 K,比传统甲醇管式SOFC的最大温差210.2 K,下降了76.6%,降低了电池热应力.

透平压缩机轴承积碳处理

压缩机在空分装置长周期安全稳定运行中起着关键性作用。随着压缩机运行周期的延长,机组内润滑油被氧化,颗粒度等级和漆膜生成倾向值会越来越高,沉积在轴承、轴瓦和传动部件上,导致轴温升高、振动加大,极易造成轴承损坏。在更换润滑油、清洗透平压缩机内部积碳的情况下,采用平衡电荷附聚净化技术对润滑油进行在线处理。结合透平压缩机轴承积碳清理试验,分析在线滤油机的处理效果。

关于喷油器头部积碳对燃油雾化的影响

喷油器对燃油的雾化是至关重要的,并且还影响着发动机的节能减排作用。通过试验数据对比,发动机喷油器其雾化效果变化较为明显,且积碳明显可见。通过对燃油雾化的影响分析得出,因在燃烧中产生积碳,并且粘附在喷油器头部,减小喷孔直径和喷孔数量,对喷油器燃油雾化效果有着直接性的影响,最终因积碳原因致使汽车无法启动,导致发动机故障灯亮,进而引发发动机怠速抖动,不能完全燃烧而产生一系列故障。

汽车发动机积碳的成因及处理方法研究

基于发动机积碳的特征,阐述积碳及其成因以及对汽车运行造成的影响,指出目前对发动机积碳的理解误区;分析汽车发动机的结构,探讨积碳的预防与处理方法。

柴油机DPF孔道内积碳层的运动及分布特性

为研究积碳层对柴油机颗粒捕集器(DPF)堵塞失效的影响,采用连续流体介质与固体颗粒层离散元耦合的方法,结合DPF可视化试验加以验证,研究DPF孔道内不同形状、尺寸和厚度的积碳层运动以及分布.结果表明:积碳层表面积越大,发生拥塞的位置越靠近孔道后段;圆形轮廓的积碳层易于相互堆叠,三角形轮廓的积碳层拥塞段会集中于孔道中段,正方形轮廓的积碳层拥塞段的结构较为稳定.积碳层长度与DPF进口孔径比例为0.5时,拥塞段的密度与长度会明显增加,但是拥塞段的稳定性会降低.随着积碳层厚度增加,拥塞段的位置会靠近孔道前段.

低温和常温环境下EGR冷却器积碳台架试验对比研究

为研究发动机低温和常温环境下EGR冷却器积碳的差异性,以两台相同型号和配置的国Ⅵ柴油机为试验对象,设计了常温(25℃)、低温(-8℃)两种不同环境温度下EGR积碳发动机896 h台架试验。结果表明,低温环境下EGR冷却器的积碳程度和速度均大于常温,换热效率下降幅度和压力损失增大幅度均大于常温;EGR冷却器积碳导致的换热效率下降是试验后NOx、PM排放增大,HC排放减小的主要原因,冷却器换热效率下降越严重排放变化越明显;HC的冷凝会导致废气中HC浓度的下降,排气温度和冷却介质的冷却能力都对EGR管道内HC浓度的下降有影响,但是冷却介质的冷却能力起主导作用。

甲烷干重整Ni基催化剂上积碳调控的研究进展

甲烷干重整(DRM)利用CO_(2)和CH_(4)两种温室气体生产合成气,在科学研究和工业应用领域都受到广泛的关注。Ni基催化剂是应用最广泛的非贵金属催化剂,但在高温反应过程中会产生积碳导致催化剂失活,影响了其工业化应用。对Ni基催化剂在DRM反应过程中的失活过程,尤其是对积碳机理及抗积碳的方法进行了综述,分析了DRM过程中Ni基催化剂中不同组分间的相互作用,阐述了Ni基催化剂中活性金属、载体和助催化剂等组分间的相互作用对DRM反应中催化剂积碳的影响。通过分析DRM反应在Ni基催化剂上的反应途径、催化活性及反应过程中的积碳情况,发现活性金属、载体和助催化剂等组分间的相互作用不仅改善了Ni基催化剂的DRM反应性能,并可利用各组分的相互作用,设计出具有抗积碳性能的Ni基催化剂。抗积碳催化剂的研究为Ni基催化剂在DRM反应中的工业化应用提供了一定的理论指导和研究依据。

甲烷干法重整催化剂抗积碳性能的研究进展

通过甲烷干法重整,可实现甲烷与二氧化碳两种温室气体的有效利用,从而缓解环境压力,并且制得的合成气还可以应用于费托合成、羰基合成等工业途径。但由于甲烷干法重整存在催化剂积碳现象,导致催化剂失活、转化效率降低,对该方法的工业化应用产生了不利影响。为了解决积碳问题,提升催化剂的抗积碳性能,首先对不同催化剂作用下甲烷干法重整的反应机理以及积碳来源进行了综述,随后论述了催化剂的活性组分、载体以及助剂对积碳的影响。对反应机理的分析表明,虽然目前还没有一种反应机理能适用于所有催化剂,但可以确定的是,甲烷的深度裂解是产生积碳的主要原因。活性组分的负载量和催化剂组分之间的相互作用会改变活性组分分散度和对应的金属氧化物在反应中的氧化还原过程,进而对积碳量产生影响;载体的结构会影响催化剂的物理化学性质,并且其酸碱性也会改变催化剂反应性能,最终影响催化剂的抗积碳性能;助剂也有类似的效果。最后对用于甲烷干法重整反应的催化剂的发展前景进行了展望,为未来开发适用于甲烷干法重整工业生产的催化剂提供参考。

多孔催化颗粒积碳消除行为的孔隙尺度模拟

为明晰多孔催化颗粒消碳再生过程中微观孔隙结构与积碳分布特性之间的内在关系,基于格子玻尔兹曼方法、耦合固相更新方法构建消碳反应的孔隙尺度模型,研究孔隙尺度上积碳消除行为引起的孔隙结构的动态演变过程,分析气体稀薄效应下的消碳行为,评估不同孔径和消碳速率对消碳反应特性和传质特性的影响。结果表明:简单孔隙内积碳均匀分布条件下,消碳反应导致轴向产生扩张的孔隙结构,黏性流动的贡献更加显著;消碳过程减弱了气体稀薄效应,降低了传质速率和反应速率;“大孔”和“小孔”内均匀分布的积碳,更容易被均匀地消除,而“中孔”内积碳,入口效应更加显著;高气体稀薄效应和高反应速率下,消碳反应导致简单孔隙结构演变对黏性流动的促进作用比努森扩散更加显著;复杂的随机孔隙结构,同样存在入口效应,并且积碳消除会导致钟型孔径分布的均匀性增强。

甲烷干重整制氢催化剂抗积碳性能研究进展

现代工业制氢技术中,甲烷重整制氢具有反应物丰富、可利用性高等独特优势,尤其甲烷干重整(Dry Reforming of Methane,DRM)技术,以甲烷和二氧化碳为原料,兼具环境和经济效益,而催化剂积碳是影响DRM技术发展的主要问题之一.从催化剂活性组分、载体和助剂方面,详细阐述催化剂组分相互作用、活性金属粒径、碱度、储氧能力和积碳类型对DRM催化剂抗积碳性能的影响.分析发现活性金属和载体的强相互作用、双金属的协同作用以及较小的活性金属颗粒均有助于减少积碳和提高催化剂活性,提高催化剂的储氧能力能促进碳脱除,积碳类型及数量与载体密切相关,载体碱度适中有助于增强CO_(2)的活化,提高催化剂抗积碳能力.研究结果为甲烷干重整制氢催化剂的设计和优化提供参考.

冰射流清洗积碳研究

针对目前发动机积碳难以去除的问题,提出使用冰射流清洗技术对发动机积碳进行清洗。在通过扫描电子显微镜对汽车发动机活塞和气门杆表面积碳微观形貌观察的基础上,探究了冰射流清洗技术工艺参数对发动机积碳清洗效果的影响规律,并通过响应面法得到了冰射流清洗活塞和气门杆的较优工艺参数,最后揭示了发动机积碳冰射流清洗机理。结果表明,冰射流清洗活塞积碳的较优工艺参数为0.7 MPa喷射压力、90°喷射角度、2 cm喷射距离,冰射流清洗气门杆的较优工艺参数为0.7 MPa喷射压力、65°喷射角度、3.9 cm喷射距离;冰射流清洗效果是冰粒的冲蚀、撞击和剪切共同作用的结果;冰射流未对发动机基体造成损伤。