煤灰流动性研究方法进展

随着煤转化工业对转化率和生产效率要求的进一步提高,煤的热转化过程更趋向于在高温高压转化器中进行。在高温高压的液态排渣燃烧炉和气化炉中,煤中矿物质完全熔融成熔渣形式再排出。对于采用液态排渣和水冷壁的气流床气化炉,要求煤灰熔融温度低于操作温度,熔渣黏度范围为2.5~25.0 Pa·s,且在操作温度范围内黏度随温度的波动较小,因此气化过程中煤灰的熔融性和黏温特性是影响熔渣流动的关键因素。笔者论述了传统灰熔融评价方法的发展过程,各国标准方法的原理都是通过被压实样品在升温过程中的形变来判断得出熔融温度,但仅靠熔融温度无法提供实现现代大型气化过程精细化控制所需信息,而对煤灰熔融过程的全阶段测试有助于更准确地指导实际生产。对比各国研究者对熔融过程的定性和定量研究表明,熔融温度中的变形温度并非煤灰开始熔融的温度,针对煤灰沉积、烧结等问题,熔融全过程测试提供的开始收缩温度和热力学计算预测的液相最初形成温度有助于更准确地预测煤灰可能产生沉积或烧结的温度。黏温特性的测试目前仍依靠高温旋转黏度测试法,该法耗时较长且流程繁琐,因此研究者更趋向于用更简便和省时的方法实现对适用样品的黏温特性的快速筛选。除了试验方法,模拟计算方法在煤灰流动性研究中的应用越来越普遍,通过热力学计算和分子模拟方法,能够获得试验难以测得的矿物质组成及熔体的微观结构变化,且分子模拟中非平衡分子动力学方法可更准确模拟复杂流体的剪切稀化过程,从而获得更接近试验值的黏度计算结果。采用非平衡方法提高了计算结果的准确度,但也增加了计算的复杂程度及所耗费的机时,且目前煤灰体系的计算模型选择不多,因此采用分子模拟方法应综合考虑体系的复杂度与计算结果的准确性。随着熔融过程研究的进一步深入和模拟计算方法的普遍应用,试验结果呈现的宏观性质变化机理将更易于通过微观结构变化来阐明,反过来也将有助于优化现有的模拟计算方法和参数。

基于本科生信息素养调查的《文献检索》课程内容改革

以提高学生的信息素养为目的,利用调查问卷对本校化工专业大三学生的信息检索意识、信息检索习惯和检索结果判断能力进行了调查研究,并针对目前存在的问题,分别从激发学习兴趣,实践调查图书馆数据库,采取针对检索能力的多样化考核等方面提出教学内容侧重点的改革。

Al2O3-SiO2-CaO-FeO四元体系煤灰结构及流动性关系的实验和理论研究

将分子动力学、热力学计算与实验结合研究了Al2O3-SiO2-CaO-FeO四元体系灰渣黏度变化机理。在Al2O3-SiO2-CaO-FeO四元体系中,钙铁质量比(简称钙铁比,下同)增加,黏度下降,黏温曲线类型由结晶渣转变为玻璃渣,钙铁比为2时为黏温特性转变的拐点。钙铁比小于2时,体系中的矿物质主要是结晶矿物质,体系中降温过程中生成晶体矿物较多,当钙铁比大于2时,体系以无定形矿物质为主;从微观角度分析,钙铁比增加导致体系中Al由六配位([AlO6]9-)转变为四配位([AlO4]5-),钙铁两种原子对体系中六配位铝的影响存在竞争作用。体系中的桥氧含量降低,体系的聚合程度降低,稳定性降低。通过四元体系的氧键为桥梁,建立了碱性组分含量与黏度的函数关系。

造孔剂及烧结温度对堇青石支撑体性能的影响

以人工合成堇青石粉为原料,使用碳粉、淀粉、聚苯乙烯微球为造孔剂,采用挤压成型和固态粒子烧结法制备多孔堇青石陶瓷支撑体。研究了造孔剂种类、用量及烧结温度对支撑体开孔率、抗压强度、空气渗透速率等性能的影响,并用XRD和SEM分析了不同造孔剂对样品的物相组成及断面形貌的影响。研究结果表明:添加造孔剂不会改变试样的物相组成,但对试样的基本性能影响显著,其中添加聚苯乙烯微球的试样开孔率最大,微孔间连通性最好,造孔效果最好;烧结温度能使材料致密化,可以有效提高抗压强度,当温度为1300℃、添加10%的聚苯乙烯微球时制备出的支撑体性能最优。此时开孔率为53. 81%,抗压强度为8. 36 MPa,空气渗透速率为5. 99 m^3·h^(-1)·Pa^(-1)·m^(-2),耐碱腐蚀率为99. 97%。

莫来石纤维增强堇青石质陶瓷材料性能研究

以堇青石粉为原料,碳粉为造孔剂,甲基纤维素(MC)为粘结剂,甘油、乙醇为润滑剂,通过挤压成型和固态粒子烧成法制备具有高开孔率,高强度的陶瓷。通过烧结温度和保温时间的正交实验确定堇青石基体材料的烧结制度。通过考察烧结温度和莫来石纤维(PMF)添加量对纤维陶瓷性能的影响,确定使纤维与基体材料结合程度最佳的烧结制度和莫来石添加量。采用SEM、XRD表征样品的断面形貌和晶相种类,以分析基体材料和莫来石纤维的相互作用对陶瓷性能的影响。结果表明:1300℃下保温2 h的堇青石陶瓷综合性能较佳;含纤维陶瓷的烧结温度越高,莫来石纤维与堇青石基体的结合越紧密,莫来石纤维的增强作用越明显,但高于1300℃时,复合陶瓷的抗压强度会由于堇青石基体材料强度下降而下降;莫来石纤维添加量为20%时,陶瓷开孔率为49. 25%,抗压强度为15. 69 MPa,比无纤维的陶瓷增加了153%。

高温除尘用堇青石陶瓷支撑体的制备研究

以廉价的工业级堇青石粉体为原料,分别采用粒径为5,10,15,20μm的聚苯乙烯微球为造孔剂,通过挤压成型和高温固相反应法制备了堇青石支撑体。探究了不同造孔剂粒径及不同烧结温度对支撑体基本性能的影响,并用XRD和SEM技术对样品的物相组成和断面形貌进行了表征。研究结果表明,造孔径粒径越大材料内部孔径分布越宽、支撑体开孔率及空气渗透速率越高而抗压强度及耐酸腐蚀性越小;过高的烧结温度会促进烧结液相的产生,降低材料孔隙率及空气渗透速率,当烧结温度为1 300℃,添加粒径为10μm的造孔剂时可制备出开孔率为54.12%,抗压强度为8.25 MPa,空气渗透速率为7.62 m^3/(h·Pa·m^2),耐酸腐蚀率为99.59%的堇青石陶瓷支撑体。

堇青石基微泡发生器的制备及造孔剂对其构效关系的研究

以堇青石为原料,采用“分步制备、整体组装、一次烧结”的方式制备了比表面积大且能够减缓堵塞的新型气泡发生器。考察了单一粒径及复合粒径聚苯乙烯(PS)微球对气泡发生器的基本性能及发泡性能的影响,并讨论两种粒径类型的PS微球对材料孔隙率的影响机理。结果表明:添加复合粒径PS微球试样的内部,孔棱上分布着更多微观小孔且宏观大孔在烧结过程中引起的体积收缩更小,这是引起材料孔隙率更高的主要原因。复合粒径造孔剂试样能产生更多的微细气泡,但气泡粒径分布范围变宽、平均尺寸变大。当复合粒径为5/10μm时,试样基本性能良好,产生的气泡数量较多且气泡平均尺寸仅有25.86μm,能很好地满足气浮要求。

陶瓷基微反应器制备的研究进展

微反应器中亚毫米级的流体通道具有高效的传质传热效应,使其能够强化反应过程。随着微细加工技术的发展,制备出了耐高温耐腐蚀的陶瓷基微反应器,适用于更严苛的反应条件,然而陶瓷基微反应器的制备存在微结构成型工艺复杂、密封难度较大等问题。本文主要介绍不同陶瓷材料微反应器的制备工艺,重点论述陶瓷基微反应器制备过程中常规微加工技术的优化和新型微加工技术的引入,对比这些技术对微结构成型的改善效果。列举常用的陶瓷微通道密封连接方法,概述其特点和适用范围。并提出在陶瓷基微反应器制备的后续研究过程中,应注重陶瓷基微反应器制备的成功率和新技术的开发,完善陶瓷基微反应器的性能,将陶瓷基微反应器引入到更广泛的应用体系中。

水浸出对生物质秸秆碱金属-诱导结渣特性的影响

由碱金属矿物引起的沉积、结渣问题是在燃烧和气化装置中利用生物质燃料的主要障碍之一。论文主要研究了水浸出对玉米秸秆和水稻秸秆碱诱导结渣特性的影响。通过比较水浸前后生物质低温灰的成分,探究了生物质秸秆中碱金属的原始矿物存在形式。结合高温生物质灰的矿物晶体分析和消解样品的化学成分,分析了生物质秸秆在不同温度下碱金属化合物的释放和转化规律。结果表明,玉米和稻草中的钾主要以KNO_(3)、KClO_(4)、K_(2)SO_(4)和KAlSi_(3)O_(8)的形式存在,其中KNO_(3)、K_(2)SO_(4)和KClO_(4)大部分可通过水浸去除。水浸后生物质灰的熔融温度升高,尤其是碱性化合物以含钾化合物为主的典型样品—稻草灰。原玉米和稻草中钾含量随温度降低的原因是含钾矿物质在25−1000℃时分解逸出。水浸后玉米和稻草在400−800℃钾的释放量显著减少,但在800℃以上钾含量仍会下降。玉米中镁含量随温度升高而降低,是由于氧化镁在碳还原作用下挥发所致。对于水浸后碱金属含量高的燃料,残留的碱金属仍会逸出,尤其是在800℃以上容易发生碱金属引发的沉积或结渣。

聚四氟乙烯浸渍石墨工艺及其性能研究

聚四氟乙烯(PTFE)因其优异的耐腐蚀性和耐热性可被用作浸渍剂制备不透性石墨,为了缩短聚四氟乙烯浸渍石墨的工艺耗时以及增强浸渍效果,进行了浸渍和塑化工艺的优化研究。在常温、0.7MPa条件下对石墨分别进行1、2、3、4次浸渍处理,后在常压、380℃条件下塑化,并对浸渍塑化后的石墨进行密度、增重率、开孔气孔率、偏光显微镜、耐热性和抗压强度等性能表征分析。结果表明:石墨密度、增重率和抗压强度随着浸渍次数的增加而升高,开孔气孔率和耐热性能随浸渍次数的增加而降低,n浸1塑工艺比n浸n塑工艺浸渍石墨的效果好;石墨经3浸1塑工艺处理后,其抗压强度高达50.1 MPa,开孔气孔率低至0.754%.

天然钠长石和钾长石对水溶液中氟吸附性能的研究

通过批实验研究了pH、初始氟离子浓度、反应时间和离子强度等因素对天然钠长石和钾长石吸附氟的影响.结果显示,钾长石和钠长石的pHpzc分别为8.0和6.5,说明酸性条件更有利于长石矿物对氟的吸附,其中吸附反应最佳pH为3.初始氟离子浓度增大能够显著促进长石对氟的吸附,pH=2时,随着初始氟质量浓度从20 mg·L^-1增加到310 mg·L^-1,钠长石对氟的吸附率从1.9%增加到29.4%,钾长石对氟的吸附率从2.8%增加到40.2%.长石对氟的吸附过程可以使用准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型所描述,离子强度对氟的吸附能力没有大的影响,说明吸附过程主要受化学吸附的控制.由于钾长石更大的比表面积和更多的吸附点位,酸性条件下钾长石对氟的吸附能力比钠长石更大.

钾长石-磷石膏-活性炭提钾工艺的影响因素研究

钾长石-磷石膏-焦炭提取钾肥是利用非可溶性钾资源的可行工业化路线,其中焦炭与磷石膏的反应过程是影响提钾率的关键,本文研究了N_(2)或CO_(2)气氛下活性炭比例对体系提钾率的影响,并采用了随炉升温与定温加料两种不同的焙烧温度制度对比了不同气氛下的提钾率和焙烧产物。结果表明,随着活性炭在体系中含量的升高,提钾率出现先上升后下降的趋势。在N_(2)气氛下,采用定温加料体系的提钾率大于随炉升温的提钾率;在CO_(2)气氛下,当活性炭与磷石膏的比例小于3∶6,定温加料样品的提钾率大于随炉升温的样品,而活性炭与磷石膏的比例大于3∶6,随炉升温样品的提钾率大于定温加料样品。

聚四氟乙烯与环氧树脂复合浸渍对石墨性能的影响

为探究聚四氟乙烯(PTFE)和环氧树脂(EP)复合浸渍工艺对石墨性能的影响,以PTFE和EP为浸渍剂分别对石墨进行单独浸渍和复合浸渍,测试浸渍石墨的开孔气孔率、增重率以考察浸渍效果,并通过抗压强度测试、热重分析和耐腐蚀失重率测试考察不同浸渍工艺对石墨机械强度、热稳定性和耐腐蚀性的影响。结果表明,PTFE单独浸渍石墨不透性难以达标,且抗压强度较低;EP单独浸渍石墨热稳定性和耐腐蚀性较差;而采用2次PTFE和1次EP复合浸渍的石墨增重率最高(16.750%)且孔隙率最低(1.006%),抗压强度比PTFE单独浸渍石墨高10 MPa,石墨的热稳定性和耐腐蚀性较EP单独浸渍石墨好。