煤热解半焦结构及其对制备型煤成型特性的影响

以不同热解条件下制取的陕西烟煤(YL)半焦为原料,使用预糊化淀粉为黏结剂冷压成型制取成型燃料,分析不同热解条件下获得的煤焦成型后的物理特性,研究热解条件对半焦挥发分和表面含氧官能团的影响规律,揭示热解半焦特性对其成型的影响机理。结果表明:热解停留时间和热解终温对半焦成型特性具有显著影响。热解停留时间增加和热解终温升高会降低半焦挥发分含量和表面含氧官能团,影响黏结剂颗粒和半焦颗粒之间的黏结作用,从而会降低半焦成型后的冷压强度和跌落强度。结果表明:挥发分质量分数在16%以上的半焦成型后冷压强度大于450 N,适宜成型;热解终温小于600℃且热解停留时间小于5 min的半焦表面含氧官能团含量较高,成型后冷压强度大于450 N,可用于成型。半焦的成型特性受其挥发分含量和表面含氧官能团的综合影响。

Fe/生物质焦预重整在Ni基催化重整生物油中的作用

低温预重整能够经济节能地提高Ni基催化剂重整生物油的效果。为研究廉价易得的Fe/生物质焦预重整催化剂对重整效果的影响及机理,设计了Fe/生物质焦催化剂和Ni-Ca/γ-Al_2O_3催化剂不同组合方式在不同的预重整温度(350～600℃)下的重整实验,并用紫外荧光分光光度计(UV)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析重整焦油,用气相色谱仪(GC)对重整气进行定性和定量分析。实验结果表明:Fe/生物质焦优化了预重整产生的挥发分,将原本挥发分中分子量较大的苯系物、萘系物及多环芳香化合物转化为结构简单、更易重整为气体的呋喃类、酚类及非芳香化合物,从而有效提高下段Ni基催化剂重整的合成气(H_2、CO)产率。预重整温度增加能有效抑制积炭生成。另外,Fe/生物质焦在较高预重整温度(550～600℃)下能够抑制Ni基催化剂表面积炭生成。

镍基催化甲苯分解过程中无定形碳与石墨型碳生成及转化特性

采用等体积浸渍法制备Ni/α-Al2O3与Ni-Fe/α-Al2O3,在固定床反应器中进行催化甲苯裂解和重整性能实验,对不同反应阶段的催化剂进行程序升温氧化-质谱联用(TPO-MS)、扫描电子显微镜(SEM)等表征。结果表明:镍基催化剂表面积碳包括无定形碳和石墨型碳,其中石墨型碳主要为碳纳米管。随着反应的进行,积碳量先显著增大后保持稳定。在反应初期,催化剂表面主要生成无定形碳;反应中部分无定形碳转化生成石墨型碳,后者所占比例逐渐增大。在裂解反应(不添加水)中,Ni/α-Al2O3表面积碳以无定形碳为主,比例达到85%以上;在重整反应中,水的加入可显著促进石墨型碳(碳纳米管)的生成,石墨型碳比例达到30%以上。添加铁助剂改性明显抑制无定形碳的生成,Ni-Fe/α-Al2O3积碳以石墨型碳为主,比例达到70%以上。

燃气热水器点火传火性能分析及优化

为对燃气热水器产品A进行优化升级,将产品A与其他同类研发方案进行点火传火性能测试。对比分析产品A与其他研发方案在点火速度、传火速度和燃烧稳定性等方面的优劣,并根据测试结果对产品A的燃烧器进行优化。测试结果显示,燃气热水器产品A的点火时间最短,点火性能最好;传火性能方面,产品A传火时间较长,与其他方案相比并无明显优势。为对燃气热水器产品A进行优化,提出三种优化方案,并进行试验验证。结果显示增加3 mm传火片的方案最合理,可以明显提高产品A的传火性能,提高其产品竞争力。

基于响应面解析的柴油供热系环境适应性研究

我国幅员辽阔,不同地域的环境差异大,开展供热系统复杂环境适应性研究,对于保障炊事安全可靠具有重要意义。针对一种新型气液两相流雾化燃烧辐射传热供热系统,探究不同温度、气压耦合影响下供热系统的热效率、换热强度、热流均匀性、CO排放变化规律,建立综合适配度评价指标,利用压力-温度双因素响应曲面(RSM)研究方法,揭示该燃烧系统在变温度-气压下的综合适配性能。结果表明:环境温度主要影响散热损失和燃烧强度,环境压力主要影响油气混合和对烟气底部的冲刷;通过适配度与环境温度、压力的响应曲面分析发现,环境温度降低会使整个供热系统的综合性能下降,而环境压力降低使其综合性能先提升后下降,综合燃烧性能的最优压力在75.0 kPa附近。在-40~40℃和60.0~101.0 kPa时,新型气液两相流雾化燃烧辐射传热供热系统环境适配指数变化不足15%,表明该供热系统环境适应性强。

改性镍基催化剂催化甲苯重整与积碳特性研究

通过添加不同比例铁对镍基催化剂进行改性制备得到Fe-Ni/Al_2O_3(FNA)催化剂,在鼓泡流化床上完成焦油模型化合物(甲苯)水蒸气催化重整性能实验,并对反应前后催化剂进行XRD、TPR、BET、XPS和TPO-MS等表征。结果表明:添加铁能够显著提高镍基催化剂催化活性,并有效抑制积碳的生成。F2N1A催化剂(铁镍摩尔比为2)相同条件下甲苯转化率达到90.2%,而未添加助剂的NA催化剂只有44.7%。相应积碳减少了40%左右,其中石墨型等难去除积碳只有NA催化剂的1/3。镍铁合金是Fe-Ni/Al_2O_3催化剂的活性组分,甲苯反应过程中合金中的铁容易被氧化,为镍颗粒表面提供充足的氧。

基于TG-FTIR的生物质内在金属盐催化热解研究

采用热重和傅里叶红外光谱联用(TG-FTIR)对去离子水、盐酸淋洗后的稻草样品和原样进行分析,探讨生物质内在金属盐对热解过程和产气组分的催化作用规律。结果表明:碱金属对稻草样品热解具有重要的催化作用,相反Ca等碱土金属抑制了纤维素的分解。红外检测的三种样品热解气体产物主要为CO_2、CO、CH_4、H_2O和一些含C-O-C和C=O半挥发性有机物。经过水洗后CO_2、CO产量减少,CH_4和半挥发性有机物产量增加;而酸洗样品气体产量都明显低于其它两种样品。这些与稻草内在碱金属和碱土金属盐的不同催化作用有关。

基于拉曼成像的煤岩组分化学结构原位研究

采用显微拉曼面扫描技术对三个典型煤种微尺度下二维平面进行了分析,研究了煤岩显微组分原位定量方法及其化学结构。结果表明:采用本研究提出的拉曼光谱参数可实现煤岩显微组分高质量化学成像,耦合聚类分级方法还可实现显微组分原位识别与定量。煤在微尺度下化学结构非均匀性显著,且随煤阶升高而降低。煤中壳质组小芳香环和杂原子官能团数量最多,化学结构最无序,惰质组相反,镜质组居中。显微组分化学结构随煤阶变化差异明显。