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基于铁基载氧体的污泥/生物质化学链气化及其灰分-水分影响特性研究进展 被引量:1
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作者 孙国震 安泽文 +5 位作者 陈岩明 梁文政 王坤 常国璋 王翠苹 岳光溪 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1-13,共13页
双碳目标背景下,我国积极推进高湿污泥/生物质资源化技术的发展和应用。化学链技术作为一种新兴的能源利用方法,在处理有机固废方面得到了广泛应用研究。概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术研究现状,着重归纳了化... 双碳目标背景下,我国积极推进高湿污泥/生物质资源化技术的发展和应用。化学链技术作为一种新兴的能源利用方法,在处理有机固废方面得到了广泛应用研究。概述了高湿污泥与农林废弃物常用处置技术及化学链气化技术研究现状,着重归纳了化学链气化过程中灰分与水分对气化特性影响的研究进展。载氧体作为化学链技术中关键的一环,其应用研究已取得丰硕成果,在众多载氧体中,铁基载氧体因其低成本与较高的载氧能力成为化学链气化最受关注的载氧体,但其反应活性较低,需掺杂Ni、Ca、K等元素进行改性。污泥和生物质的灰分及水分对于气化产物和气化效率有双向影响,甚至影响NO_(x)排放。污泥/生物质灰分中含有的K、Ca等氧化物有助于提高载氧体活性,但反应速率太高会造成载氧体局部烧结,继而降低载氧体活性;循环的灰分与气相充分接触,对气体重整具有一定催化作用,从而提高了合成气品质。尽管污泥/生物质中水分析出吸收大量热量,但部分水蒸气和载氧体协同促进碳气化反应从而提高了H_(2)生成率,提高富氢燃气品质;水蒸气作为气化剂过量供给时,CO_(2)产量明显增加,降低了合成气品质。因此,污泥和生物质在化学链气化过程中须利用灰分和水分的正向影响以提高气化效率,控制循环灰量和水分析出速率是关键途径。 展开更多
关键词 高湿污泥 生物质 化学链气化 铁基载氧体 灰分 水分
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生物质催化热解制油及油品改性提质研究进展 被引量:8
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作者 赵荣洋 杨美玲 +2 位作者 李杰 常国璋 王翠苹 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期1-13,共13页
基于国家碳中和背景,生物质作为一种重要的可再生资源,其有效利用至关重要。生物质热解制油具有规模化潜力,成为目前生物质利用的主要方式。生物质热解技术按照液化方式不同分为直接液化和间接液化,但生物质直接液化所得生物油组分不稳... 基于国家碳中和背景,生物质作为一种重要的可再生资源,其有效利用至关重要。生物质热解制油具有规模化潜力,成为目前生物质利用的主要方式。生物质热解技术按照液化方式不同分为直接液化和间接液化,但生物质直接液化所得生物油组分不稳定,间接液化所得生物油品质取决于反应器型式、反应温度及催化剂类型等,不同制备方法的生物油品质差别较大,生物油改性提质成为其实际应用的必要条件。归纳比较了生物质热解过程中提高生物油品质的催化剂类型,着重综述了原生物油分离为轻质组分和重质组分后分别改性提质的技术路线,可转化为燃气、燃油甚至化学品,实现生物油的高值化。针对轻质油组分的改性方法有水蒸气重整制氢、催化裂解、加氢脱氧、催化酯化等,催化剂类型以分子筛及贵金属为主;而重质油组分水含量低、黏性大,相关提质研究较少,目前报道以加氢、裂化、酯化、添加溶剂、气化为主。生物油提质改性方法中,催化剂、氢源、耗能是限制其规模化、工业化应用的主要原因,降低催化剂成本及提高催化剂寿命、减少氢源使用或利用低成本氢源、简化工艺及降低反应温度是生物油提质技术发展方向。 展开更多
关键词 生物质热解 催化剂 提质改性 轻质生物油 重质生物油
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市政污泥湿颗粒热干化动力学分析
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作者 孙国震 张伟 +4 位作者 叶佳璐 梁文政 常国璋 李杰 王翠苹 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期66-74,共9页
将高湿污泥分别掺混木屑和核桃壳半焦调节湿度,掺混污泥造粒后进行湿颗粒热干化特性研究。分别通过热重分析仪与流化床进行层状干化和流化干化受热失水过程研究,分析了高湿污泥颗粒干化失水规律。结果表明,对于层状干化,3种颗粒干化过... 将高湿污泥分别掺混木屑和核桃壳半焦调节湿度,掺混污泥造粒后进行湿颗粒热干化特性研究。分别通过热重分析仪与流化床进行层状干化和流化干化受热失水过程研究,分析了高湿污泥颗粒干化失水规律。结果表明,对于层状干化,3种颗粒干化过程均可分为4个阶段,其中污泥掺混半焦失重最大(61.8%),失重速率最快(9.0%/min),但吸收热量也最多,层状干化的失重速率在一定温度范围内与Z-L-T方程所描述的三维扩散吻合;流化干化的热源温度对于污泥颗粒干化有较大影响,160℃时纯污泥的干化失重最多,300℃时污泥掺混半焦与掺混木屑颗粒的干化失重相近,均优于纯污泥颗粒,流化干化过程的失水速率遵循Modified Page动力学模型;污泥颗粒入炉含湿量相近时,流化干化较层状干化具有明显的优势,各污泥颗粒均快速失水,含水率降至5%~10%。 展开更多
关键词 高湿污泥 生物质 层状干化 流化干化 动力学模型
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不同粒径棕榈壳的热失重过程及产物特性分析 被引量:1
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作者 常国璋 谢建军 +3 位作者 黄艳琴 刘华财 阴秀丽 吴创之 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期2110-2117,共8页
采用小型固定床与热重分析仪、气相色谱-质谱仪和比表面积分析仪等,考察不同粒径下棕榈壳的热失重过程与产物特性。结果表明:随着粒径的增大(0.950.0 mm),棕榈壳热解主失重阶段的失重量明显降低,第1个失重速率峰的温度前移29℃,同时... 采用小型固定床与热重分析仪、气相色谱-质谱仪和比表面积分析仪等,考察不同粒径下棕榈壳的热失重过程与产物特性。结果表明:随着粒径的增大(0.950.0 mm),棕榈壳热解主失重阶段的失重量明显降低,第1个失重速率峰的温度前移29℃,同时峰值增加22.18%/min。600850℃下,棕榈壳热解气体的产率随粒径的增大而增加,但粉状组(≤0.9 mm)的低位热值最高。改变粒径对热解焦油(主要为苯酚和乙酸)的种类影响较小。半焦产率随粒径的增大而增加,但其CO2气化反应性明显下降。 展开更多
关键词 粒径 气化 热解 棕榈壳
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热解气氛与温度对褐煤半焦“一步法”甲烷化活性的影响 被引量:2
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作者 岳永强 刘永卓 +1 位作者 常国璋 郭庆杰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3690-3696,共7页
为提高褐煤热解多联产技术中半焦的利用效率,本文提出将低温热解半焦用于"一步法"制甲烷技术,考察了热解条件对半焦性质和一步甲烷化活性的影响。利用管式炉制备了不同气氛和温度的褐煤热解半焦,采用傅里叶红外光谱、X射线衍... 为提高褐煤热解多联产技术中半焦的利用效率,本文提出将低温热解半焦用于"一步法"制甲烷技术,考察了热解条件对半焦性质和一步甲烷化活性的影响。利用管式炉制备了不同气氛和温度的褐煤热解半焦,采用傅里叶红外光谱、X射线衍射技术和固定床反应器,对半焦表面化学、微晶结构和甲烷化活性进行了表征。结果表明,与N2和H2氛围相比,褐煤在水蒸气氛围中进行热解,半焦表面含氧官能团受到保护而含量更高,同时石墨化程度因受阻而降低,甲烷化活性更高;在水蒸气氛围中,773~873K范围内,随着热解温度升高,褐煤裂解反应进行程度加深,半焦表面含氧官能团数量降低,石墨化程度增加,致使甲烷化活性降低。总之,在水蒸气氛围中,773K时热解形成了一步甲烷化反应活性最好的褐煤半焦,对于低阶褐煤热解过程与气化过程优化联产具有重要指导意义。 展开更多
关键词 热解条件 褐煤半焦 甲烷化 一步法
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Fe/赤泥催化水蒸气气化煤焦的反应性与微结构特性 被引量:8
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作者 燕希敏 苗鹏 +1 位作者 常国璋 郭庆杰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1753-1759,共7页
利用固定床反应器和自制Fe/赤泥(RM)、RM催化剂,进行了900℃煤焦/催化剂不同质量比的水蒸气气化实验,并采用原位红外(FTIR)、物理吸附仪(BET)、拉曼光谱(Raman)等测试手段,分析了催化气化过程中不同阶段煤焦的气化反应性、表面官能团、... 利用固定床反应器和自制Fe/赤泥(RM)、RM催化剂,进行了900℃煤焦/催化剂不同质量比的水蒸气气化实验,并采用原位红外(FTIR)、物理吸附仪(BET)、拉曼光谱(Raman)等测试手段,分析了催化气化过程中不同阶段煤焦的气化反应性、表面官能团、孔隙结构和碳微晶结构的演变规律。结果表明,Fe1/RM2催化剂可显著提高煤焦-水蒸气的气化反应性。在Fe1/RM2/煤焦-水蒸气反应过程中,煤焦表面形成—CH_2、—COOH、酚羟基等活性官能团并与Fe1/RM2活性组分相互作用,形成新的小分子基团或化合物;煤焦的比表面积先增大后减小(6.98~323.22m^2/g),平均孔径呈现相反的变化趋势(2.91~11.25nm);碳有序化程度先降低后提高,碳转化率为36%煤焦中无定形碳的相对含量最高(0.371)。在煤焦-Fe1/RM2-水蒸气反应初期(X_C<36%),煤焦表面活性基团增多、比表面积增大、有序化程度降低,综合提高了煤焦-水蒸气气化反应性;降低36%≤X_C≤62%阶段的碳有序化程度,对煤焦气化反应性的提高具有显著意义。 展开更多
关键词 煤焦 铁/赤泥 水蒸气气化 催化气化 微结构
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微藻/核桃壳混合热解需热量及制备芳烃研究 被引量:4
7
作者 苗鹏 常国璋 +2 位作者 燕希敏 胡修德 郭庆杰 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期2137-2148,共12页
利用热重分析仪(TG)、气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)与固定床反应器,考察了微藻、核桃壳及混合物主要热解阶段的需热量特性,以及混合比、温度、催化剂种类对二者混合热解制备芳烃的影响规律。结果表明:在不同升温速率下,核桃壳热解在180~... 利用热重分析仪(TG)、气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)与固定床反应器,考察了微藻、核桃壳及混合物主要热解阶段的需热量特性,以及混合比、温度、催化剂种类对二者混合热解制备芳烃的影响规律。结果表明:在不同升温速率下,核桃壳热解在180~270℃和380~485℃处存在两个吸热峰,整体表现为吸热效应(378.56~596.45k J·kg^(-1));微藻热解在280~450℃处存在一个放热峰,整体表现为放热效应(-814.76~^(-1)191.52 k J·kg^(-1))。微藻/核桃壳热解呈现较低的放热效应(-99.05~^(-1)58.04 k J·kg^(-1)),表明二者混合热解可以实现一定程度的热量耦合。微藻/核桃壳热解在制备芳烃上表现出明显的协同效应,且芳烃相对含量在600℃、混合比1:1下达到最大值,为20.51%;加入Cu/HZSM-5可进一步提高混合热解的芳烃相对含量,达到35.74%。为微藻与核桃壳的高值化利用提供了新思路。 展开更多
关键词 生物能源 热解 热量耦合 分子筛 芳烃
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加压流化床反应器中煤焦化学链气化实验与数值模拟研究 被引量:5
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作者 郭欣桐 常国璋 +2 位作者 谭晓莉 胡修德 郭庆杰 《石油学报(石油加工)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1294-1305,共12页
采用CPFD模拟和实验相结合的方法,研究了0.1~0.5 MPa压力条件下,鄂尔多斯烟煤焦和Fe 2O 3/Al 2O 3载氧体(OC)的流动特性及气化反应行为。结果表明,颗粒体积分数是影响加压下煤气化速率和合成气品质的关键因素,当颗粒体积分数在1.0%~2.8... 采用CPFD模拟和实验相结合的方法,研究了0.1~0.5 MPa压力条件下,鄂尔多斯烟煤焦和Fe 2O 3/Al 2O 3载氧体(OC)的流动特性及气化反应行为。结果表明,颗粒体积分数是影响加压下煤气化速率和合成气品质的关键因素,当颗粒体积分数在1.0%~2.8%区间、操作压力从0.1 MPa加压至0.3 MPa时,煤焦气化速率增长2.7倍,合成气摩尔分数由72%增长至78%。操作压力及颗粒流态的改变对水煤气变换反应速率无显著影响,通过煤焦气化反应和载氧体还原反应的耦合可实现合成气组分比例的调控。XRD表征显示Fe基载氧体各还原态组分分布与模拟结果一致。操作压力升至0.3 MPa,载氧体还原反应速率的增幅减小,释氧量增大50.18%;继续升压至0.5 MPa,显著促进了载氧体还原反应速率的增加,但释氧量仅增加3.92%。 展开更多
关键词 化学链 煤焦气化 压力 数值模拟 铁基载氧体
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基于铁基载氧体的煤化学链气化还原过程中氮元素迁移行为 被引量:4
9
作者 李彦坤 马晶晶 +2 位作者 常国璋 胡修德 郭庆杰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期3631-3639,共9页
采用热重-质谱-红外联用技术(TG-MS-FTIR),Ar气氛下对煤进行化学链气化实验,实时分析还原过程热解阶段和水蒸气气化反应阶段的过程中固体质量变化和生成气体成分。使用X射线光电子能谱对固相产物进行表面元素分析,探究化学链气化还原过... 采用热重-质谱-红外联用技术(TG-MS-FTIR),Ar气氛下对煤进行化学链气化实验,实时分析还原过程热解阶段和水蒸气气化反应阶段的过程中固体质量变化和生成气体成分。使用X射线光电子能谱对固相产物进行表面元素分析,探究化学链气化还原过程不同阶段固相产物中氮赋存形态的变化。研究结果表明:载氧体对化学链气化还原过程不同阶段含氮气体释放均有影响。热解阶段载氧体促进自由基的生成,加速了一次热解阶段含氮气体的释放,高温下,载氧体促使NH3转化为HCN;气化阶段载氧体的加入使半焦的石墨化程度降低,含氮气体释放速率增加。对固相产物中氮的赋存形态而言,载氧体会抑制热解阶段吡咯型氮的分解与转化,高温下,半焦的石墨化和有序化程度降低的同时,镶嵌在煤大分子里面的质子化吡啶裸露出来,质子化吡啶含量降低,吡啶型氮和吡咯型氮的含量大大提升。 展开更多
关键词 化学链气化 铁基载氧体 含氮气体 氮赋存形态
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低阶煤羰基结构对其低温热解过程的影响 被引量:2
10
作者 刘涛 王洪超 +1 位作者 常国璋 郭庆杰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期4257-4264,共8页
为探究含羰基官能团(CCP)含量和结构对低阶煤(LRC)低温热解过程的影响,本文利用13C NMR对4种元素组成相似的LRC结构进行了表征,并利用TG-FTIR和固定床热解反应装置研究了CCP结构对其低温热解过程的影响。研究结果表明,4种LRC元素组成和... 为探究含羰基官能团(CCP)含量和结构对低阶煤(LRC)低温热解过程的影响,本文利用13C NMR对4种元素组成相似的LRC结构进行了表征,并利用TG-FTIR和固定床热解反应装置研究了CCP结构对其低温热解过程的影响。研究结果表明,4种LRC元素组成和主要骨架结构类似,CCP结构存在较大差异,芳香结构中CCP摩尔分数大小顺序为BS>BT>ER>QJ,而脂肪结构中CCP含量与之相反。CCP结构和含量对LRC的低温热解过程有着明显的影响,TG-FTIR实验表明,LRC中脂肪结构CCP能够显著促进低温区(30~350℃)CO2的生成,且含量越高在低温区失重量越大;而芳香结构CCP则促进了高温区(350~550℃)小分子芳烃和脂肪烃的生成,且含量越高,LRC在高温区失重速率越大。低温热解实验证明,热解焦油产率和酚类物质含量与LRC中芳香结构CCP含量呈正相关,与脂肪结构CCP含量呈负相关关系。 展开更多
关键词 低阶煤 含羰基官能团 低温热解 脂肪结构 芳香结构
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CaO对小球藻多糖热解产物分布的影响
11
作者 田安红 常国璋 +2 位作者 苗鹏 张秀丽 郭庆杰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1338-1344,共7页
利用小型固定床反应器,考察CaO对小球藻多糖热解三相产物分布的影响规律,利用气相色谱(GC)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、气相色谱/质谱联用(GC/MS)等测试手段,综合分析CaO与多糖混合热解脱氧的反应路径。结果表明,与多糖热解相比... 利用小型固定床反应器,考察CaO对小球藻多糖热解三相产物分布的影响规律,利用气相色谱(GC)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、气相色谱/质谱联用(GC/MS)等测试手段,综合分析CaO与多糖混合热解脱氧的反应路径。结果表明,与多糖热解相比,25%CaO与75%多糖混合热解生物油有机相的含氧量降低7.32%,呋喃类产物明显减少:含氧气体产量整体下降,其中CO2降低14.87%:固体焦炭的含氧量增加23.11%。CaO与多糖混合热解脱氧主要存在2种反应路径:1)CaO可固定多糖热解过程的部分羰基(C==O)产物;2)生成Ca(OH)2来降低热解液相产物的含水率。 展开更多
关键词 多糖 CAO 热解 脱氧 反应路径 小球藻
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A New Approach to Suppress Tip Leakage Flow Utilizing Induced Shock Wave in Tip Region of a TransonicCompressor Rotor
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作者 CUI Weiwei YAO Fei +3 位作者 LI Zongming WANG Xiaonan chang guozhang WANG Cuiping 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期2059-2074,共16页
Tip leakage flow affects the flow stability of high-loading compressors significantly.Therefore,a novel approach via induced shock wave near suction-side edge of blade tip was proposed to suppress the strength and inf... Tip leakage flow affects the flow stability of high-loading compressors significantly.Therefore,a novel approach via induced shock wave near suction-side edge of blade tip was proposed to suppress the strength and influence range of leakage flow in a transonic rotor.Three new schemes with different circumferentially diverging degrees of clearance were designed to reveal the mechanism of the new approach.Through the action of the circumferentially diverging clearance(from the pressure side to the suction side over blade tip),a much more dramatic acceleration of the supersonic leakage jet flow appeared over blade tip of the new schemes.An induced shock wave was produced near the suction side edge of blade tip due to the pressure difference between the discharging leakage flow and the surrounding high-pressure mainflow in tip channel.As a result,both the mass flow rate and the outlet velocity of leakage flow were reduced significantly via the induced shock wave.Meanwhile,the suppressing effect of the new approach on the tip leakage jet flow was closely related to the strength and circumferential location of the induced shock wave.With the aids of the induced shock wave,the largest improvement of tip flow characteristics with an over 5%increase in stall margin was realized in new transonic rotor when the circumferential divergence angle equals 8°,accompanied with no more than a 0.4%decrease in isentropic efficiency. 展开更多
关键词 circumferentially diverging clearance induced shock wave leakage flow low-velocity region st marginenhancement
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基于正交试验的压气机流动特性对转子叶尖关键几何参数敏感性研究
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作者 崔伟伟 王兴鲁 +5 位作者 王晓楠 孙清典 刘玉峰 常国璋 王翠苹 岳光溪 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1703-1712,共10页
本文选取NASA Rotor37叶尖基元级的沿程曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、尾缘半径三个关键几何参数,采用正交试验方法设计了9组方案,详细分析各几何参数对压气机性能的影响程度和作用机制。结果表明,三种几何因素对转子等熵效... 本文选取NASA Rotor37叶尖基元级的沿程曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、尾缘半径三个关键几何参数,采用正交试验方法设计了9组方案,详细分析各几何参数对压气机性能的影响程度和作用机制。结果表明,三种几何因素对转子等熵效率和总压比的影响不大,但对工作裕度的影响较为显著,且按照影响程度排序依次为:叶尖曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、叶尖尾缘半径。其中转子叶尖曲率分布特征的变化通过改变其叶尖流向载荷分布规律进而显著影响叶尖流场特性和工作裕度。结合叶尖基元级曲率分布和吸力面最大厚度点相对位置的变化带来的气动收益,形成了相对较优的叶型优化方案,实现了跨音转子工作裕度和等熵效率5.9%和0.32%的提升。 展开更多
关键词 敏感性分析 叶尖几何参数 正交试验 工作裕度 通道激波
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