真空变压吸附分离CH4/N2/O2实验、模拟与安评

针对CH_4/N_2/O_2混合物脱氧效果差以及安全性低等问题,采用实验室自制活性炭为吸附剂,通过数值模拟和实验进行了双塔真空变压吸附(VPSA)分离25%CH_4/59%N_2/16%O_2混合物的工艺研究。通过考察进料流量和置换流量对甲烷产品纯度和回收率的影响,实验验证了数值模型的准确性。在模拟和实验的基础上,对VPSA工艺全流程进行了系统的安全性分析,并针对存在安全隐患的过程,提出一种更为安全的VPSA工艺流程。研究结果表明,通过双塔VPSA可以获得甲烷纯度为51.36%的产品气,甲烷回收率可达85.65%,存在安全隐患的过程主要集中在吸附、均压和终升压步骤,通过原料气的惰化过程,可以实现VPSA工艺的安全操作。

CH_4/N_2/O_2预混气激波火焰结构数值预测

研究激波着火现象,推导激波加热点燃可燃气控制方程组。针对甲烷预混气激波火焰结构进行数值模拟,计算了激波燃烧时的压力、温度、及不同组分随时间的变化历程。其中甲烷燃烧采用美国BERKELEY大学GRI-MECH机理,该反应机理包含177个基元反应,涉及32种组分。程序采用美国SANDIA国家实验室发展的大型化学反应动力学软件包CHEMKINIII中相关的模型、子程序和热力学数据库。计算结果表明激波火焰有其自身的结构特征。

气相色谱法研究改性沸石材料的N_2/O_2分离性能

利用水溶液离子交换法对 1 3X ,4A和天然丝光沸石 (M)进行了Li+ 和Ca2 + 交换改性 ,并采用填充柱气相色谱法测定了改性材料的N2 /O2 分离性能。改性后X型和A型分子筛的分离性能有明显的改善 ,Ca2 + 改性材料的性能提高最为明显 ,其中CaX的分离度提高了 44 % ;Li+ 改性天然丝光沸石的分离性能也有所提高 ,分离度提高了 1 6 % ,而其Ca2 + 改性材料的分离性能则明显下降。利用TGA和XRD分析手段对材料进行了结构性能测定 。

沸石分子筛材料的N_2/O_2分离性能的色谱法测定

确定了气相色谱法测定沸石分子筛N2 /O2 分离性能的色谱实验条件 ,测定了几种不同类型分子筛材料的Henry吸附常数k和平均吸附热ΔH0 。

大气压N_2-O_2混合气纳秒脉冲表面介质阻挡放电建模仿真

大气压N2-O2混合气ns脉冲表面介质阻挡放电(SDBD)机理是等离子体气动激励与流动耦合作用机制研究的重要内容。为此,耦合等离子体化学反应动力学方程和考虑能量的等离子体漂移-扩散方程组,建立了大气压下N2-O2混合气ns脉冲放电的2维模型。考虑15种粒子、对应的电子碰撞反应以及35个化学反应过程,得到了SDBD的伏安特性、电荷分布和能量分布。综合分析电荷及电子能量分布结果表明,高能电子撞击是产生离子的主要方式,而低能电子的累积和离子在电场驱动下的定向运动是使放电呈现非平衡的重要原因。将计算结果与实验获得的伏安特性数据、放电形态和光谱分析结果进行了比照分析,发现2者比较相符,验证了模型的可靠性。

O2对C4F7N-N2-O2混合气体绝缘和放电分解特性的影响

由于C4F7N兼具优异的绝缘性能和环保特性,因此得到了国内外替代气体领域研究者的广泛关注。为了探究加入O2后对C4F7N二元混合气体绝缘及分解特性的影响情况,在稍不均匀场条件下对含不同含量(即体积分数)O2的C4F7N-N2-O2混合气体的工频击穿特性和绝缘自恢复性能进行了测试,同时基于气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析了击穿后混合气体的分解产物组成及含量。研究发现,在C4F7N-N2混合气体中加入一定含量的O2能够提高混合气体的工频击穿电压且有效改善混合气体自恢复性能;不含O2的C4F7N-N2混合气体在多次放电击穿后电极表面有黑色物质(碳)析出,而少量O2的加入能够抑制固体物质碳析出;另外,O2的加入促进了混合气体的分解,产生了CO2、COF2等特征产物。随着O2含量的进一步提高,混合气体分解产生的CF4含量显著升高,而C2F6、C3F8等产物含量降低。综合来看,实际工程应用中建议在C4F7N-N2-O2混合气体中加入4%~6%的O2,以达到有效抑制固体物质碳析出的同时提升混合气体的绝缘性能。

煤对N_2-O_2混合气体吸附规律的试验研究

为研究空气代替N2驱替煤层瓦斯的可行性,基于高压容量法,研究了煤对不同浓度配比的N2-O2混合气体的竞争吸附特性,得到试验煤样对N2-O2混合气体竞争吸附规律以及煤对混合气体中O2的吸附规律。研究表明:煤对N2-O2二元混合气体的吸附常数介于煤对单组分的N2与O2的吸附常数之间,并且随着N2浓度的提高,吸附常数也逐渐增大,趋近于煤对单组分的N2的吸附常数;煤对混合气体中O2的吸附量处于很低水平,试验测试点范围内最大吸附量仅为1mL/g,并没有达到自燃的界限。根据试验结果可知,用空气代替N2驱替煤层瓦斯是可行的。

新型FED荧光粉MSi_2N_2O_2:Eu^(2+)(M=Sr,Ba)的发光性能

采用高温固相法合成了一系列新型绿色FED(Field Emission Display)荧光粉MSi2N2O2:Eu2+(M=Sr,Ba),研究了该荧光粉在不同电压和电流密度下的发光特性。在电子束激发下,SrSi2N2O2:Eu2+的发射主峰位于541 nm,属于黄绿光发射;BaSi2N2O2:Eu2+的发射主峰位于492 nm,属于蓝绿光发射。BaSi2N2O2:Eu2+的电流饱和性能要比SrSi2N2O2:Eu2+好。但在相同电流密度的激发下,SrSi2N2O2:Eu2+的发光强度明显高于BaSi2N2O2:Eu2+,因此,SrSi2N2O2:Eu2+更适合应用于FED中。

O_2/CO_2气氛下生物质与煤混燃的NO排放特性研究

在水平管式试验炉上研究生物质与煤配比、燃烧气氛、O2浓度、温度对NO排放特性的影响规律。结果表明,在O2/CO2气氛下,随着生物质比例的增大,生物质混煤NO释放提前,NO排放完毕时间减少,NO的排放量降低;在试验所选取的O2浓度范围内,相同氧浓度时,O2/CO2气氛下生物质混煤NO的排放量小于O2/N2气氛下的排放量,其降低幅度约为10%～20%;随着O2浓度的增加,2种气氛下生物质混煤NO的排放量均升高;在试验所选取的温度范围内,随着温度的升高,生物质混煤NO的排放量增加。

乙基纤维素平板膜用于O_2-N_2气体分离性能和结构研究

本文工作中选用乙基纤维素为膜材料,用无纺布做增强材质,考察了膜液浓度、添加剂种类及用量、蒸发时间、凝胶温度、热处理等因素对O_2-N_2分离性能的影响,并用扫描电镜观察所得膜的形态结构。

O_2/CO_2与O_2/N_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性试验研究

针对电厂混煤掺烧实际情况,在沉降炉上,对单煤及其混煤燃烧NO排放特性进行研究,分析过量空气系数a、CO_2质量浓度、燃料比FC/V以及温度对NO排放特性的影响。结果表明:随着a由0.8增至1.4,实验所选煤种NO的排放质量浓度均逐渐升高,CO的排放质量浓度均逐渐降低,且烟气中CO的质量浓度越高,NO的排放质量浓度就越低,煤粉混烧可以改善污染物排放特性;O_2/CO_2下,NO排放质量浓度低于O_2/N_2下NO排放质量浓度,其降低量约为30%~40%;随着CO_2质量浓度由20%增至50%,实验所选煤种NO排放质量浓度均逐渐降低,CO的排放质量浓度均逐渐升高,其变化幅度均不大;随着温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N_2下NO排放质量浓度均增高,相同温度、煤种下,O_2/N_2下NO排放质量浓度高于O_2/CO_2下NO排放质量浓度,不同气氛、不同升温段,NO排放质量浓度曲线斜率变化不同;在低、高温下,随FC/V的增大,NO排放质量浓度变化趋势不同;高温下,燃料含氮量越高,则NO排放质量浓度也越高,但转化率下降。

用BENDER状态方程计算N_2—Ar—O_2体系的热力学参数

Ｂｅｎｄｅｒ状态方程可用于Ｎ_２—Ａｒ—Ｏ_２三元体系，进行热力学性质计算精度较高．本文根据Ｂｅｎｄｅｒ方程推导出焓、熵、比热等热力学参数的计算公式，对Ｎ_２、Ａｒ、Ｏ_２及其混合物进行计算，并与实验数据进行比较，结果令人满意．

ClCu(η~2-O_2)与ClCuNN分子的基质隔离红外光谱和理论研究

激光烧蚀CuCl_2或CuCl靶的产物与O_2或N_2共同沉积在11K的Ar基质中,在1175.0cm^(-1)(O_2/Ar)和2296.3cm^(-1)(N_2/Ar)处观察到了新的红外吸收.通过同位素取代实验以及量子化学计算,可将1175.0cm^(-1)归属为ClCu(η~2-O_2)的O—O伸缩振动,而将2296.3cm^(-1)归属为ClCuNN的N—N伸缩振动.ClCu(η~2-O_2)和ClCuNN这两种新型配合物的确证,为进一步研究含O_2,N_2的过渡金属配合物提供了一种模型分子.

溶剂处理对PPESK中空纤维膜O_2/N_2分离性能的影响

研究了不同溶剂处理对PPESK中空纤维非对称膜O2/N2分离性能的影响。通过PPESK的二次溶胀、溶解过程,弥补或减少膜表面的缺陷孔,降低表面孔隙率,从而提高中空纤维非对称膜的皮层致密性。实验结果表明,通过溶剂处理,O2/N2分离系数由0.94提高到1.00以上,并且长时间测试仍然具有稳定的分离性能。

H_2-O_2(N_2)混气着火过程非线性特性研究

本文采用基元反应模拟H2-O2(N2)混合气体的着火过程,得到了不同散热和不同燃料-氧化剂初始浓度比条件下着火临界曲线。结果表明: H2/O2摩尔比相同时,不同散热条件下的着火临界曲线非常相似,可近似看成同一曲线在第二区的“延伸线”上滑移。临界曲线第二区的P—T关系符合2k1=ks[Ms]。散热对着火极限的影响和着火延迟时间有密切关系,在临界曲线第二区延迟时间最小,导致散热对该区的影响最弱,从而使着火临界曲线非常相似。

Influence of the Gas Temperature in Ozone Production of Mixture N2-O2

The ozone occurs naturally in the atmosphere and presents a filter of protection, absorbing the radiations wavelengths lower than 310 nm. The industrial generation of ozone is the classical application of the non-equilibrium air plasmas at the atmospheric pressure. A low temperature is needed because the ozone quickly decays at the high temperature. This study is based on a temporal kinetic model for the production of ozone. The chemical kinetics take into account 96 reactions with 19 species atomic and molecular created in the discharge. In this work, the model allows to calculate the temporal evolution of neutral, ionized and excited species concentrations in plasma. The results show the influence of the kinetic on the ozone production yield and on the gas heating by Joule effect.

城市污水的微生物-植物联合修复对水体N_2O、N_2和O_2释放的影响

针对城市河道污染水体治理这一问题,采用自主研发的自然水体原位收集装置对微生物和微生物-植物联合修复过程中气体N_2O、N_2及O2释放的特征进行野外原位监测。结果表明:微生物菌剂和微生物-植物联合净化期间水体氧化亚氮(N_2O)释放速率均值分别为10.68、5.91μmol·m^(-2)·h^(-1),与对照比,降幅分别为16.37%和53.86%;氮气(N_2)释放速率均值分别为1.49、0.87 mmol·m^(-2)·h^(-1),降幅分别为5.70%和67.54%;氧气(O_2)释放速率均值分别为1.14、0.69 mmol·m^(-2)·h^(-1),降幅分别为14.93%和72.06%;微生物菌剂及微生物-植物联合净化期间,目测水体透明度转好,藻类含量降低,水体溶氧由超饱和状态(17.17 mg·L^(-1))降至正常水体溶氧水平(9.49 mg·L^(-1)),降幅达到50%,可能是水体氧气释放速率降低的原因。因此,微生物-植物联合净化能显著降低水体N_2O、N_2及O_2的释放速率,推测是由于微生物和水生植物对水体养分的同化作用产生营养竞争,抑制了微生物反硝化作用产生N_2O、N_2并抑制藻类生长产生O_2及增加水体溶氧的原因。

低阶煤半焦利用热重在O_2/CO_2、O_2/N_2和O_2/Ar气氛下燃烧特性研究（英文）

利用热重研究了两种中国西北典型低阶煤半焦的燃烧特性。探究了不同气氛(O_2/CO_2、O_2/N_2和O_2/Ar)和不同氧气浓度对其燃烧特性的影响。实验结果表明,无论是反应气氛还是氧气浓度都会对低阶煤半焦的燃烧产生影响。相比于N_2和Ar,CO_2明显有利于燃烧反应进行:当反应气氛由O_2/CO_2变为O_2/Ar时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了63.7和68.8℃;而当反应气氛由O_2/CO_2变为O_2/N_2时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了135.9和129.6℃。在研究范围内,氧气浓度的提高也能明显提高半焦的燃烧性能。与此同时,半焦燃烧特性的动力学分析表明,随着氧气浓度提高,两种半焦燃烧反应的表观活化能E和指前因子A均呈增大趋势。通过对E和A两者关系的分析结果表明,半焦富氧燃烧的活化能和指前因子存在动力学补偿效应。

α-Al_2O_3载体上NaA型分子筛膜的制备及表征

采用原料配比SiO2∶Al2O3∶Na2O∶H2O=2∶1∶8.9∶700制备了粒径为6μm的NaA沸石晶种.利用二次生长法在微孔α-Al2O3载体管外表面制备NaA型分子筛膜,通过SEM和XRD对制备的分子筛膜进行了结构表征,并对其气体渗透性能进行了测试.结果表明,重复合成3次后,在3μm孔径载体表面形成了一层致密、连续的沸石晶体层,沸石膜厚约20μm;N2的渗透率为5.8×10-5 mol/(m2.s.Pa),氧氮分离系数为1.3左右,大于相应的努森扩散系数0.94,说明制备的分子筛膜有一定的筛分作用.

O_2-O_2,O_2-N_2和O-N_2分子相互作用势模型

利用Tang Toennies(TT)势模型,计算了O2-O2,O2-N2,和O-N2相互作用势,得到了重要的的相互作用势的参数Rm和ε,并在此基础上计算了O2-O2系统的输运系数.其结果与文献值符合较好,说明TT势模型对于计算氧分子系统是可行的.