稻壳高温热解条件对焦结构演化的影响

生物质焦利用过程中碳的转化水平决定后续利用的总体效率,而生物质焦的转化率一定程度上取决于生物质的理化结构。为探究稻壳高温快速热解过程中焦结构的演变,设计并搭建了稻壳高温快速热解系统。通过对稻壳热解停留时间和温度进行精确的控制,精确控制反应进程。以扫描电子显微镜、拉曼光谱、比表面积分析、傅里叶红外光谱等测量手段对所得稻壳焦的物理化学结构进行了表征。研究不同热解温度和停留时间下稻壳焦的产率、孔隙的种类与发展、化学官能团和碳结构的变化。结果表明,热解温度越高,停留时间越长,生物质焦产率越低,焦表面碎裂越明显,孔隙结构越发达。在热解温度为1300℃、停留13 s时,稻壳焦比表面积最大为141.17 m^(2)/g,孔径主要分布在2~10 nm,表面出现明显碎裂痕迹。热解温度升高和停留时间延长,使得稻壳焦的化学结构变得越来越脱氧,碳结构高度有序化,稻壳焦中具有6个及以上稠合苯环的芳环浓度增加。高温对稻壳焦中C—O键、—OH破坏明显,导致支链和桥键断裂,含氧官能团释放和碳骨架石墨化。表面碳元素主要是以C—C/C—H为主,停留时间5 s时含量从900℃的63.86%增加到1300℃的68.27%。而C—H、C—O、C=O和COO—含量均有不同程度的降低。表面氧元素主要以COO和COOH为主。随着热解温度升高,稻壳焦中苯环数量逐渐减少,芳香环平均数增加,表面亚甲基数量减少,碳活性降低。总结稻壳焦结构演化规律将为优化热解条件、提高热解效率及后续稻壳焦燃烧和气化利用提供参考。

半焦结构对直接碳固体氧化物燃料电池输出性能的影响

碳燃料的结构特性是影响直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)输出特性的关键因素。选择生物质和低阶煤热解半焦作为DC-SOFC的燃料,采用红外光谱、拉曼光谱、XRD及氮气等温吸脱附等分析手段,结合半焦的CO_(2)还原活性及电池输出性能分析,研究了半焦组成和本征结构对DC-SOFC性能的影响机制。结果表明,半焦的灰分含量对其CO_(2)反应活性有重要影响,半焦脱灰后CO_(2)反应活性显著降低;脱灰半焦的表观芳香度越低,缺陷芳香环碳与有序芳香环碳的比值越大,半焦的CO_(2)反应活性越高,则半焦燃料DC-SOFC输出性能越好。利用多元函数拟合方法,建立了脱灰半焦燃料CO_(2)反应速率与半焦结构参数(芳香度、芳碳缺陷程度)之间的数学关系式,用于判断半焦CO_(2)反应速率大小及半焦燃料DC-SOFC输出性能的优劣。

反应气氛对褐煤气化反应性及半焦结构的影响

利用气流床反应器,在800~900℃条件下进行胜利褐煤的气化实验,考察水蒸气、O2及其混合气氛对褐煤气化特性和气体组成分布的影响,结合红外光谱分析和热重分析,解析反应气氛对半焦结构和半焦反应性的影响。结果表明,O2的加入优化了褐煤的水蒸气气化反应,促进了气体组成中H2体积分数的增加,最大增幅达到13%。气化后所得半焦的—OH,—CH3,—CH2—基团大幅减少,半焦的结构更加有序,芳香程度增加。采用热重分析对不同气氛下所得半焦的反应活性评价表明,随水蒸气体积分数的增加,制得半焦的气化反应活性降低;O2的加入进一步降低了反应活性指数,最低达到0.005min-1。O2环境下,低体积分数氧对制备的半焦反应活性影响较小。

氧气对胜利褐煤水蒸气气化半焦结构及反应性的影响(英文)

为了研究氧气对半焦的结构变化和反应性的影响,采用不锈钢模拟气流床反应器,在8种不同气氛,800和900℃条件下,进行了胜利褐煤水蒸气气化实验。利用拉曼光谱和热重分析仪分别表征了半焦的结构和本征反应性。结果表明,在800和900℃条件下,添加的氧气对半焦结构变化的影响方式不同;半焦结构的变化是影响碱金属和碱土金属(AAEM)挥发的主要因素。在不同温度下,添加的氧气对Na挥发的影响和对结构的作用类似,H2O/O2混合气氛促使气化所得半焦的反应性进一步降低。半焦的反应活性指数与拉曼光谱谱带比值I(GR+VL+VR)/ID具有很好的相关性。

铁基催化剂对煤加氢热解和半焦结构的影响

应用固定床反应器研究了铁基催化剂Fe2O3、Fe S、Fe(NO3)3对伊犁南台子煤催化加氢热解产物分布和半焦结构的的影响。结果表明:添加铁基催化剂后,加氢热解中气产率增加最大为17.78个百分点,半焦产率下降最大为21.41个百分点。利用BET法对半焦进行了结构分析,结果发现,添加Fe(NO3)3后所制得的半焦的比表面积和总孔体积分别为不添加催化剂所制得的半焦的6倍和1.7倍。从TG和DTG图中发现,加入铁基催化剂后,半焦活性增加,其中Fe(NO3)3的作用最明显,热失重速率最大,说明半焦活性较大。

结焦HY催化剂上焦结构的初步研究

用色谱-质谱研究了结焦HY沸石分子筛上焦的溶剂可溶部分的分子性质,用程序升温氧化-色谱装置测量了焦中各物种的C/H比。结果表明,在结焦HY外表面上的焦含有较多的苯和萘的烷基衍生物,而内表面的焦富集了较多的多核芳烃。这意味着由于HY分子筛骨架的空间限制,在超笼和孔道中烷基芳烃极易发生环化和脱氢反应。孔内焦较难烧掉,这可能与高C/H比的多核芳烃分子残余物的性质有关;孔口结焦阻碍了氧的扩散进入孔内,这可能是孔内焦难烧的另一原因。

石油焦气化反应动力学及其反应性与焦结构的关系

石油焦结构致密,孔隙不发达,灰分及挥发分含量低,导致其气化活性较低。焦结构是影响石油焦气化反应活性高低的重要因素,为阐明石油焦气化反应特性及其与焦结构的关联,采用热重分析仪对镇海石油焦、京博石油焦和胜利石油焦进行CO_(2)非等温气化反应特性研究,并结合石油焦结构的表征分析,探讨焦结构对气化反应性的影响规律。结果表明:利用比气化速率能够较好地描述3种石油焦的气化反应性差异,气化活性由大到小顺序为胜利石油焦、京博石油焦、镇海石油焦;依据比气化速率随温度的变化规律,可将石油焦的等温气化反应分为慢速、中速、快速3个阶段;石油焦结构分析发现,石油焦气化反应性与焦结构的有序度和CO_(2)化学吸附量关联性较好,其焦结构有序化程度及其CO_(2)总吸附量均可用来反映其气化反应性高低;利用比气化速率作为对应恒温气化条件下速率常数计算得到胜利石油焦、京博石油焦和镇海石油焦的气化反应活化能分别为216、245和280 kJ/mol。

CaO对褐煤和无烟煤热解产物分布及煤焦结构的影响

为研究CaO对不同变质程度煤在催化热解过程中的作用规律,以锡林郭勒褐煤和宁夏石嘴山无烟煤为研究对象,利用实验室小型固定床反应器,研究了CaO对褐煤和无烟煤热解特性及煤焦结构的影响,运用X射线衍射(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)对比研究了不同温度下褐煤、无烟煤添加CaO前后热解半焦微晶结构以及脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数的变化规律。试验结果表明:在900℃时,添加质量分数2%Ca O的褐煤煤样H2累积产率最大,达39.11 m L/g;添加CaO后煤样在高温热解阶段生成CO的累积产率大于未添加CaO煤样的量。与加入CaO相比,温度对芳香层片间距和芳香层片直径影响更大;热解温度为900℃时,随着CaO的加入,褐煤半焦芳香层片堆积高度和晶层数逐渐增大;而对于无烟煤半焦来说,则与之相反;加入CaO的褐煤和无烟煤热解半焦的微晶结构偏离石墨化程度大于未加入Ca O的热解半焦。褐煤半焦的脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数普遍高于无烟煤半焦。高温时,缩合反应程度增大,CaO促进半焦的转化率提高,导致芳构化参数变大;原煤中C O基团很少,高温下通过CaO促进芳环裂解和CO2反应生成C=O基团,进而导致半焦中富氧程度呈升高趋势。

新钢高炉优化用焦结构生产实践

新钢公司针对高炉用焦结构的变化,在采取高顶压、高风温、经济冶强等降焦措施的同时,积极探索优化高炉用焦结构,在入炉料质量有所降低的条件下,取得了较好的冶炼效果。

淖毛湖煤加氢热解产物特性及半焦气化反应性

在加压固定床反应器中进行淖毛湖煤在常压和1.5 MPa氢气和氮气中的热解试验,利用多种表征方法对比研究了氢气和氮气下的热解产物产率和组成及半焦结构的变化,并利用热重分析研究热解半焦的CO_(2)气化反应性。结果表明:与常压N_(2)中热解相比,煤在加压的H_(2)中热解可有效提高热解气体中CH_(4)和C_(2)~C_(3)的产率,在800℃热解CH_(4)和C_(2)~C_(3)的体积产率分别由53.5和16.6 mL/g增至345.6和20.8 mL/g。焦油和轻质焦油产率也有效提升,在600℃下,与常压N_(2)中热解相比,1.5 MPa H_(2)中煤热解的焦油产率由19.3%升至22.8%,焦油中脂肪烃含量由35.5%降至14.8%,单环芳烃含量由8.3%增至28.9%,轻质焦油质量分数和产率分别升至95.0%和21.8%。半焦的N_(2)吸附和拉曼光谱分析结果表明,煤在加压H 2中热解得到半焦的比表面积和孔体积由常压氮气下的40 m^(2)/g和0.05 cm^(3)/g增至289 m^(2)/g和0.16 cm^(3)/g,孔结构显著发展,有利于半焦的CO_(2)气化反应进行;而半焦的石墨化程度及大芳香环比例增加,不利于半焦气化反应;但由热重分析得到的加压加氢热解半焦的CO_(2)气化反应性明显提高,表明孔结构对半焦CO_(2)气化反应性起主要作用。

光学积分器离焦与散热结构设计

光学积分器是太阳模拟器核心匀光部件,通过适当离焦可提高辐照均匀性。针对目前光学积分器离焦精度低、装调困难、散热效率不高等不足,提出一种高温工况下能够连续离焦和有效散热的光学积分器机械结构。通过离焦分析确定投影镜组离焦范围,设计一种由螺旋传动和直线导槽组成的连续离焦结构及环形肋片的散热结构,并在热载荷下对结构参数进行有限元分析与优化。通过实际测试,光学积分器离焦-2.6 mm时,Φ100 mm辐照光斑内的辐照不均匀度±0.44%,太阳模拟器辐照均匀性最佳,表明投影镜组在高温下能够连续离焦调整,有效提高光学积分器装调精度和效率。

一种长焦大变倍连续变焦光机组件结构设计及装调

介绍了一种基于长焦大变倍比连续变焦红外热像仪的结构设计及装调方法。可用于各类红外热像仪的变焦结构设计中,在保证图像清晰的前提下,能够明显改善连续变焦过程中的光轴晃动,提高红外热像仪的光轴一致性和光轴稳定性,控制焦距精度,降低红外热像仪装调难度。该结构采用双导轨配合步进电机组件化设计,相对于其他变焦结构的设计,该结构变焦过程中光轴一致性好,光轴晃动量小,通用性强。

褐煤热解碎裂特性及孔隙结构演化研究

褐煤在热解过程中受热力作用极易发生碎裂粉化,制约着褐煤清洁高效转化利用,而研究褐煤热解碎裂特性可为其加工利用技术发展提供参考,因此利用微型热解装置选取内蒙古褐煤,研究其挥发分析出过程与碎裂变化的关系,并分析半焦的孔隙结构演化特征与碎裂特性的联系。研究结果表明,褐煤热解的碎裂程度随加热温度的升高而增大,在流化床中碎裂现象更显著;挥发分析出是引发褐煤热解碎裂的主要因素,褐煤在不同反应温度下的挥发分析出率和粒度变化率、粉化率的关系均存在变化的转折点,可为工业生产提供参考数据;随加热温度升高孔隙结构不断生成和发育,孔隙特征均为尖劈形的毛细孔,在650℃时孔隙结构最丰富,在热力作用下达到煤颗粒材质临界值而发生破碎粉化。

共焦波导回旋行波管准光注入结构设计

为了解决共焦波导回旋行波管现有输入结构带宽较窄的问题,基于高斯变换,为0.4THz共焦波导回旋行波管设计了准光注入结构,注入模式为HE06模。该结构由波纹波导模式变换器、高斯变换镜及接收天线构成。对整个注入结构进行了三维电磁仿真,结果表明,在回旋行波管8GHz的工作带宽内,注入效率大于50%,最大注入效率68%。

面阵折射微透镜与红外焦平面结构

分析了利用面阵凸折射微透镜来增大红外凝视焦平面成像器件的填充系数 ,进而提高信噪比以改善器件光电响应特性的物理机制 ,讨论了引入凸折射微透镜阵列对红外焦平面器件的空间分辨率、探测率D

淖毛湖煤及显微组分热解半焦微观结构分析

为了认识煤及显微组分热解过程微观结构的变化,利用红外光谱和拉曼光谱对含不同显微组分的淖毛湖煤在氮气气氛下热解半焦进行分析,研究热解半焦结构随温度的变化。分析结果表明:煤在温度<350℃干燥脱气后,其中的无定形碳和缺陷结构相对数量略有减少;当温度为350~500℃时,煤发生剧烈分解,其无定形碳和缺陷结构相对数量增加;当温度为500~800℃时,煤中的芳香结构发生缩合及杂环开裂,煤中无定形碳、缺陷和交联结构相对数量增加;当温度>800℃煤焦向石墨化转变,其无序结构相对数量减少。红外光谱分析证明,煤中脂肪族化合物和含氧基团在650℃前基本分解。综合比较不同显微组分煤热解半焦的红外光谱和拉曼光谱分析结果表明,煤中惰质组体积分数增加,其芳香度提高,交联结构增多,脂肪弱键减少,无定形碳结构和缺陷结构减少,完成热解反应所需温度提高。

镶嵌结构沥青焦的制备与表征:重相沥青中QI含量的影响

镶嵌结构沥青焦作为一种特种人造炭材料,是制备高品质各向同性石墨和核石墨的重要原料。镶嵌结构沥青焦的性质在很大程度上决定了其石墨制品的质量。为进一步明确重相沥青中QI含量对其镶嵌结构沥青焦的结构及性质的影响,本研究以九种QI含量迥异的重相沥青为原料,制备了系列镶嵌结构沥青焦。利用偏光显微镜、扫描电镜、XRD、Raman光谱及分峰拟合的方法对镶嵌结构焦的微观结构进行了判定,并对九种镶嵌结构沥青焦的显微强度进行了研究。结果表明,重相沥青中QI含量越高,在液相炭化过程中越有利于镶嵌结构的生成。并且,随着重相沥青QI含量的增加,镶嵌结构沥青焦中趋于规整炭微晶含量逐渐降低,无定型炭含量逐渐增加,强度越大。当重相沥青中QI含量超过7%时,制备的镶嵌结构沥青焦中镶嵌结构总含量(细粒镶嵌、中粒镶嵌和粗粒镶嵌)超过82%,显微强度超过85%。换言之,QI含量超过7%的重相沥青是生产优质镶嵌结构沥青焦的优选原料。

不同水蒸气浓度下褐煤气化半焦的活化及机理

以胜利褐煤为原料,利用流化床/固定床石英反应器,进行褐煤气化实验,采用BET、Raman、FT-IR、微波消解ICPAES、TGA等技术表征半焦。结果表明,在800℃水蒸气气氛中,醚基裂解造成芳环间短链或无定形碳含量减少,从而削弱石墨化进程,进而提高芳香结构的缺陷程度,是半焦活化的内在原因。提高水蒸气浓度(10%-25%),半焦的反应性降低,是因为气化过程中半焦的活性位再生能力变弱,而反应(Ar,R-CO-Ar,R+2H_2O→Ar,R-O-Ar,R+2H_2+CO_2)增强,导致醚基含量增加,是半焦活性位再生能力变弱的内在原因。继续提高水蒸气浓度(25%-40%),半焦的反应性略有提高,是因为芳香小环(3-5环)缺陷结构含量增加,而反应(Ar,R-CH=CH_2+H_2O→Ar,R-CO-CH_3+H_2)和反应(Ar,R-+H-→Ar,R-H)增强是芳香小环缺陷结构含量增加的内在原因。

焦炭塔钢结构施工方法

焦碳塔钢结构属于大型钢框架,由于需要安装切焦杆,一般高度都在100m左右,高空作业较多,且立柱多采用钢管,总结其施工方法,可减少高空作业和安全隐患,有效缩短工期,提高经济效益,供大型钢结构施工借鉴。

氧气对褐煤水蒸气气化半焦的活化及机理

以胜利褐煤为原料,利用一段流化床/固定床石英反应器,进行N_2/O_2/H_2O/H_2O+O_2气氛的褐煤热解/气化实验。采用BET、Raman、FT-IR、微波消解ICP-AES、TGA等技术表征半焦。研究氧气添加对气化反应以及半焦结构和反应性的影响,解析了氧气对气化半焦的活化机理。结果表明,氧气添加可以改变半焦结构,活化半焦,从而促进转化率、H_2产率和CO_2产率的提高。氧气对气化半焦的活化作用主要包括两个方面,一是芳核与氧气发生氧化分解反应,破坏了芳环大π键,形成了新的官能团,从而促进了反应(C+H_2O→H_2+CO)的发生;二是随反应的进行,芳香大环(≥6)结构解聚为芳香小环(3-5)结构,同时氧原子进入芳核,形成缺陷位C-O-C,从而导致半焦微晶结构的缺陷程度提高、缩聚程度降低,进而导致半焦反应性和表面吸附作用提高,促进反应(CO+H_2O→H_2+CO_2)的发生。