煤与生物质共超临界水催化气化制氢的实验研究

在压力为20～25 MPa、停留时间为15～30 s、NaOH添加量(质量分数)为0.1%、反应器外壁温度为650 ℃的条件下,对煤与生物质的模型化合物羧甲基纤维素钠(CMC)在超临界水环境中的催化气化制氢性能进行了研究,探讨了物料浓度、压力以及停留时间对煤与CMC共气化制氢的影响.实验结果表明:煤与CMC共超临界水催化气化制氢的主要气体产物是H2、CO2和CH4,H2的体积分数可高达60%以上;增加物料浓度、升高压力有利于提高产氢率,但延长停留时间不利于氢气的制取.

连续式超临界水中煤/CMC催化气化制氢

在向水煤浆中添加CMC(羧甲基纤维素钠),成功实现水煤浆高压均匀输送基础上,对超临界水中煤/CMC催化气化制氢性能进行了进一步研究.结果表明:在压力20～25MPa、停留时间15～30s、NaOH添加量0.1%、反应器外壁温650℃条件下,超临界水中煤/CMC催化气化制氢气体产物中H2摩尔含量远比常规气化高,主要气体产物是H2、CO2和CH4.增加物料中CMC的含量、升高压力均有利于提高气体产物中H2的产量,延长停留时间虽有利于物料气化但不利于氢气的制取.

超临界水中葡萄糖气化制氢的热力学分析

The conversion of biomass into hydrogen-rich gas provides a competitive means for producing clean energy and chemicals from renewable resources.Based on the principle of Gibbs free energy minimization, a new method was presented with better effectiveness and simplicity to be used for the prediction of chemical equilibrium composition of hydrogen production by biomass gasification in supercritical water(SCW).Applying this method to analyzing the process of glucose gasification in SCW, it was found that the product gas consisted primarily of hydrogen and carbon dioxide as well as a small amount of methane and carbon monoxide.The gas yield was strongly affected by reaction temperature and feedstock concentration and less affected by reaction pressure in the following range:temperature 623—1073 K,pressure 22.5—35 MPa,and concentration 0.1—0.8 mol·L -1 .The hydrogen production in product gas increased with the increase of temperature and decreased with the increase of concentration.

生物质／煤超临界水气化制氢的主要影响因素

以羧甲基纤维素钠（CMC）／华亭烟煤的超临界水共气化制氢为例，考察了温度（350-700℃）、压力（20-35MPa）和物料（CMC＋煤）的质量分数叫（1．1％～2．0％）等对生物质／煤共气化气体产物的影响．模拟和实验结果表明：得到的主要气体产物是H2、CO2和CH4，产气中H2的摩尔分数随温度的升高而升高，但温度升高到一定值后，H2的摩尔分数（x（H2）=67％）保持不变；随物料质量分数的增加，H2的摩尔分数减小，物料的温度和质量分数的变化对产气的作用远大于压力；制氢的适宜温度为450-550℃、压力为25MPa左右、w≥15％．提出后续实验应着重提高物料在反应器内的加热速率，筛选研究在较低温度下能有效催化产氢的Ni催化剂．

煤及生物质共超临界水气化过程中的协同效应

在自行研制的连续管流式煤及生物质共超临界水气化制氢装置上,对甘肃华亭烟煤、羧甲基纤维素钠(生物质模型化合物)及其两者的混合物在反应器壁温650℃、系统压力25 MPa、停留时间30 s、NaOH质量分数为0.1%的条件下进行了实验研究.实验表明:气体产物主要由H2、CO2和CH4组成,其中H2的体积分数可高达60%以上;气体产物中未检测到N和S,含N和S的污染物以液相排除,极大地减少了大气污染.研究发现煤与羧甲基纤维素钠共超临界水气化过程中在产氢率和气化率上出现了明显的协同效应,进一步提出协同效应主要由超临界水中的自由基反应引起.结果表明,煤及生物质共超临界水气化制氢是一种富有前景的洁净能源转化新技术.

操作参数对纤维素超临界水气化制氢产气性能的影响

操作参数对生物质超临界水气化制氢产气性能有直接的决定作用.本文利用基于G ibbs自由能最小原理建立的化学平衡两相模型和实验结果,分析了反应温度、系统压力以及物料浓度等主要参数对纤维素超临界水气化制氢产气性能的作用,得到纤维素未完全气化之前,升高温度会提高气化率,但导致产气高热值降低,因此升高温度虽然对制氢有利,但对制取可燃气体是不利的;升高压力对气化率和高热值的影响不大,压力的选取以稍高于水的超临界压力为宜;高浓度物料明显难以气化,混合催化剂Raney-N i和ZnC l2对高浓度物料气化有较好的催化潜力.所得结论对生物质超临界水气化过程的优化以及该技术的大规模利用提供了一定的依据.

生物质与煤超临界水气化制氢的实验研究

利用间隙式釜式反应器,在反应器内流体温度为450℃、初压为4 MPa（终压为22-27MPa）、保温时间为20 min、NaOH作为催化剂的条件下,分别对生物质模型化合物羧甲基纤维素钠（CMC）与煤以及原生生物质玉米芯与煤的超临界水气化制氢进行实验研究.结果表明：CMC/煤共超临界水气化制氢过程中,共气化的产氢率和气化率均高于同样情况下CMC、煤单独气化的加权平均值,玉米芯/煤共气化也出现类似结果,这说明CMC/煤、玉米芯/煤共超临界水气化制氢均存在协同效应.初步分析了协同效应产生的机理.

超临界水中煤气化制氢热力发电系统的构建及其能量转化机理分析

提出1种新型超临界水中煤气化制氢热力发电系统,该系统使煤在超临界水中气化的产气直接发生氧化反应加热蒸汽,驱动透平发电。以常规煤直接燃烧推动超临界机组再热循环系统为参照,新系统能量效率相对参照系统高出4.5%,效率提高23.1%。进而,基于能的品位概念和图像分析法,研究超临界水中煤气化制氢过程中化学能与物理能的能量品位关系,阐明新系统损失减少和热源品位提升的机理。结果表明:新系统大大提高了化学能的利用效率,能量品位匹配更加地合理。

课程设计教学模式的研究

课程设计是本科实践教学环节的一个重要组成部分。课程设计传统教学模式及教学方式与当前建筑环境与设备工程专业本科培养计划总体方案和社会需求不相适应。以培养和提高学生的创新能力和综合解决问题能力为目的,分析专业课教学、挑战性的设计题目、指导教师的主导作用及评分机制等教学内容对课程设计的作用效果,构建将多种教学元素与课程设计交汇融合的创新课程设计模式。

麦秸与羧甲基纤维素钠的超临界水气化制氢

为了探索农业废弃物优质转化的新途径，采用吉布斯自由能最小原理和试验研究相结合的方法，分析麦秸／羧甲基纤维素钠（CMC）在超临界水中转化为富氢气体时气体产物的分布特点．结果表明主要产气为氢气、二氧化碳和甲烷，在亚临界区（330～374℃）、低温的超临界区（375—430℃）以及高温的超临界区（≥430℃），产物分布明显不同．尤其是氢气，其摩尔分数分别从最低、居中上升到最高（66％），这表明高温明显有利于制氢，但温度升高到一定值后，气体产物的平衡组分不再变化．研究表明，温度和质量分数对产气的作用远大于压力，产气的高热值随物料质量分数的增加而增加，随反应温度的升高而下降．提出麦秸／CMC气化制氢的最佳温度为450～600℃．

高性能混凝土发泡剂的制备方法研究

为提高发泡剂的性能,分别选用十二烷基硫酸钠(SDS)、α-烯基磺酸钠(AOS)和动物蛋白发泡剂(APFA)为研究对象。先通过正交试验,获得最佳制泡条件;再通过复配试验,获得最佳制备复配发泡剂方案为:SDS与APFA的质量比为0. 67∶1,搅拌温度为45℃,搅拌时间为7 min;进一步将最佳复配发泡剂用于泡沫混凝土。结果表明,SDS-APFA复配发泡剂具有较高的发泡性能,其发泡倍数高达50,1 h泌水量为0. 152 m L。该复配发泡剂用于混凝土使其导热系数明显降低,有效地改善了混凝土的保温性能。

玉米芯与羧甲基纤维素钠的超临界水气化制氢

采用Gibbs自由能最小原理,建立了生物质超临界水气化制氢的化学平衡模型。将该模型应用于玉米芯/羧甲基纤维素钠(CMC)的超临界水气化制氢,分析模拟和实验结果,得到反应温度对化学平衡产物的作用如下:在300—374℃的亚临界区,气体产物的摩尔分数排序为x(CO2)>x(CH4)>x(H2),在375—420℃的低温超临界区,气体产物排序为x(CO2)>x(H2)>x(CH4),在420℃以上的高温超临界区,H2摩尔分数跃居最高,可达65%以上。较高的反应温度有利于提高H2的摩尔分数和气化率,但降低了气体的高热值。获得玉米芯/CMC制氢的最佳温度范围为420—600℃。表明农业废弃物的超临界水气化制氢是一种极具发展前景的能源转化新技术。

新型超临界水中煤气化制氢产物的CO_2分离过程

目前CO2的分离方式主要局限在常压条件下,在高压条件下分离CO2的研究鲜有报道。本文为了解决这一问题,针对煤在超临界水中气化过程压力高的特点,构建了高压水吸收法分离CO2系统,建立了高压多组分气液相平衡的能量分析模型和分析模型;并对CO2的分离过程进行分析,获得了高压吸收器中压力对各种气体产物摩尔分数和液相中气体吸收率的影响规律;针对高压水吸收法分离CO2的流程,建立了CO2分离过程中的能量分析模型和分析模型,得到了高压吸收器中压力发生变化时,CO2分离过程的能量效率、效率以及CO2分离能耗的变化规律,为超临界水中煤气化制氢新技术中分离器的设计提供了依据。

基于镍基载氧剂的甲烷化学链燃烧机理与优化

基于吉布斯自由能最小化原理,在Aspen Plus软件上建立了Ni O-CH4化学链燃烧模型。通过计算反应器内的化学平衡,分析了反应物摩尔比、反应温度、反应压力和气体流量等对反应器出口气相产物组成的影响,明确了Ni O-CH4化学链燃烧的反应机理,进而对Ni O-CH4化学链燃烧的反应条件进行了优化。实验结果表明,当n（Ni O）∶n（CH4）≤1时,燃料的燃烧以甲烷重整反应为主;当14时,全部发生还原反应,生成CO2和H2O。当n（Ni O）∶n（CH4）=4、反应温度为1 000~1 100 K时,Ni O-CH4化学链燃烧效率的效率最高;适当提高反应压力有助于提高CH4化学链燃烧效率,抑制其他反应的发生,但反应压力不宜大于8 MPa;在满足燃烧器功率的要求下,应尽量降低气体流量。

SiO2气凝胶的常压干燥制备与性能表征

本实验以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,甲基三乙氧基硅烷(MTES)为共前驱体,超纯水(H2O)为反应剂,无水乙醇(EtOH)为溶剂,盐酸(HCl)和氨水(NH 3·H 2O)为催化剂,采用酸碱两步催化二次改性常压干燥制备了超疏水性SiO2气凝胶。利用N2吸附-脱附测试、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和接触角测定等手段对气凝胶的结构和性能进行表征,系统研究了水的用量、无水乙醇的用量以及溶胶的pH值对气凝胶性能的影响。结果表明:当TEOS、MTES、EtOH、H2O物质的量比为1∶0.3∶14∶6时制备的气凝胶性能最好,其热导率为0.0212 W/(m·K),比表面积为920 m^2/g,孔径主要分布在2~20 nm,密度为0.109 g/cm^3,孔隙率为95.05%,接触角为158.7°。

SiO2气凝胶提高岩棉和玻璃棉性能的实验研究

以无水乙醇为溶剂,SiO2气凝胶为溶质,制取SiO2气凝胶改性溶液。采用浸润及常压干燥的方法制备岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板,研究不同质量分数的SiO2气凝胶对复合板的短期吸水量、热导率及抗压强度的影响,并分析SiO2气凝胶质量分数为8%时制备的岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的改性效果,进而采用扫描电镜对复合板的微观形貌进行了表征。结果表明,SiO2气凝胶均匀附着于无机纤维上,形成了较为稳定的复合体系;随着SiO2气凝胶质量分数的不断增加,岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的短期吸水量和热导率都逐渐减小,其抗压强度有一定的提升。比较改性后的岩棉和玻璃棉,后者的防水性能和抗压强度改善更明显。当SiO2气凝胶质量分数达到8%时,岩棉/SiO2气凝胶复合板和玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的短期吸水量较改性前分别下降了35.0%和36.2%,热导率分别下降了26.7%和18.3%,抗压强度分别提升了6.5%和102.9%。

煤在不同氧化氛围中的能量梯级释放

针对传统煤燃烧能量利用效率低、污染严重等问题,将超临界水氧化技术应用于煤的清洁燃烧过程,分析了煤在空气和超临界水两种不同的氧化氛围中的反应特性。进而,基于不同的反应路径,利用图像?分析法,剖析了煤在两种氧化氛围中的能量转换特点,揭示了煤在水相氧化氛围中的能量释放新机理,最后对煤在超临界水氧化反应器和传统锅炉中的实际过程进行了?分析。结果表明,水相氧化将煤的化学能品位从1降低到0.83,并且减小了煤的化学能品位与热源品位之差,从而降低了煤中化学能向物理能转变的不可逆损失,?损失减少了6.04%,热?增加了5.25%,而且水相氧化没有传热?损失;运用?分析理论,计算得到超临界水氧化反应器?效率高达80.1%,高出传统锅炉?效率24.2%。

玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的改性研究

通过选取无水乙醇为溶剂,以SiO2气凝胶为溶质,制备SiO2气凝胶改性溶液,并将其应用于改善玻璃棉的保温性能。通过浸润及常压干燥的方法制取玻璃棉/SiO2气凝胶复合板,研究SiO2气凝胶的质量分数和浸润时间对其性能的影响,并与溶胶-凝胶法制备的玻璃棉/SiO2气凝胶复合板相比。研究表明SiO2气凝胶的质量分数和浸润时间对玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的性能有显著影响。当SiO2气凝胶质量分数达到8%且浸润时间为20min时,玻璃棉/SiO2气凝胶复合板的短期吸水率、热导率分别下降了38.09%、18.32%,抗压强度上升了102.89%。与溶胶-凝胶法相比,本方法具有制备周期短、工艺较为简洁、成本低等优点,更适宜于大规模生产应用。

供热工程课教学改革的探讨

面对新世纪对供热工程提出的新要求，从“教”和“学”两方面，提出相应的教学改革措施，以不断提高教学质量，培养出能适应２１世纪竞争的人才．

基于模糊数学的集中供暖方式的对比研究

作为可再生能源在集中供暖中的应用技术,生物质锅炉的能源性、社会效益、技术导向是否优于传统热源的判定对于其在我国城镇的推广应用具有重要的现实意义。本文选用模糊数学的方法,构建综合评价模型,将生物质锅炉集中供暖与天然气锅炉、煤锅炉集中供暖在能源性、社会效益、技术导向方面进行对比分析,计算结果表明:生物质锅炉取得了最好的优度,考虑到生物质锅炉技术的发展和生物质低污染、储量大、可再生的特点,发展生物质锅炉集中供暖是解决能源危机和改善大气污染的有效途径。