煤基纳米碳氢燃料技术研发与应用

为积极落实国家“双碳”目标,国能准能集团立足能源资源禀赋和产业优势,通过科技创新,以煤炭清洁化燃烧和高值化利用为方向,在世界上首次研制出煤基纳米碳氢燃料。介绍了煤基纳米碳氢燃料的特性,阐述了国能准能集团在该燃料应用领域的创新研发和工业化探索,并归纳总结了取得的主要研发成果。煤基纳米碳氢燃料用于发电可有效节煤,替代柴油生产铵油炸药可降低炸药成本、提高炸药性能,替代水煤浆用于煤气化可提高煤气有效组分和气化产率。认为,煤基纳米碳氢燃料的创新研发将进一步提升煤炭附加值,引领煤炭行业绿色低碳发展。

纳米碳氢燃料燃烧及NOx排放特性研究

纳米碳氢燃料是由煤、水和少量添加剂经纳米化处理工艺制成的一种颗粒粒度为纳米级、具有较高表面活性的液态煤基特种燃料。本研究通过单液滴燃烧装置、雾化燃烧实验对纳米碳氢燃料和常规水煤浆的燃烧特性进行了研究,考察了着火温度、雾化燃烧特性的区别。结果表明:纳米碳氢燃料1000℃和800℃着火点分别降低了47.6℃和74.4℃,着火延迟时间较常规水煤浆缩短。纳米碳氢燃料燃烧过程的沿程O_(2)浓度比常规水煤浆的要低3%~-6%,燃尽率比常规水煤浆高20%左右。炉内沿程NOx浓度先逐渐增长,达到峰值后再稍有降低;纳米碳氢燃料归一化NOx排放比常规水煤浆更低。

高密度烃燃料合成进展

总结了液体高密度烃燃料合成的最新进展,从原料、合成路线、使用性能等方面评价了多环高密度烃、高张力笼状烃、纳米添加剂等的优缺点及发展前景,分析了高密度烃燃料合成中存在的问题,介绍了作者所在课题组在此领域的工作进展。

纳米铝粉在高密度碳氢燃料HF-X中的分散特性

为提高纳米铝粉在高密度碳氢燃料(HF-X)悬浮液中的分散稳定性,通过沉降速率法,探讨了分散剂含量、分散温度、纳米铝粉含量和粒度、悬浮液超声分散功率和超声时间对纳米铝粉在HF-X中分散性的影响;采用SEM比较了分散前后纳米铝粉的形貌,测试了纳米铝粉在分散剂/HF-X溶液中的接触角,分析了分散剂的影响机理。结果表明,含胺锚固基团的聚合物(HS)分散剂的悬浮液稳定分散时间明显长于含嵌段共聚物(HT)分散剂;随纳米铝粉含量和粒度增大,其在HF-X悬浮液中沉降速率增大,其中,在悬浮液中纳米铝粉的最大质量分数是7.5%,而达到10%就成为浆状物;随分散剂HS50质量浓度增加,纳米铝粉的沉降速率降低;HS50质量浓度为0.02g/mL时,纳米铝粉沉降速率为9.85×10^-6g/(cm^2·s),趋于恒定;随超声分散功率和时间增大,纳米铝粉的沉降速率降低,其对纳米铝粉的分散稳定性影响显著,而分散温度的影响最小;纳米铝粉在HS/HF-X溶液中的接触角明显大于在HT/HF-X中的接触角,含HS系列分散剂较好的分散稳定性与其高分子链之间对纳米铝粉的空间阻滞作用有关。

亲油性纳米ZSM-5分子筛的制备及其对碳氢燃料的催化性能

采用不同链长的有机硅烷作为表面修饰剂，在正庚烷／正丁醇中利用溶剂热合成法制备得到亲油性纳米ZSM-5分子筛．通过有机硅烷与氧化物晶种表面的羟基作用，其长链化学键合到晶种表面，形成保护层，既抑制了氧化物颗粒间的团聚，又控制了纳米ZSM-5的粒径．所制备的纳米ZSM-5平均粒径为20～70nm，且粒径随着有机硅烷碳链长度的降低而逐渐减小．添加一定量的该纳米ZSM-5到碳氢燃料模型化合物正十二烷中，在管式反应器中（550℃，4MPa）考察催化裂解行为，结果表明该亲油性纳米ZSM5分子筛能有效催化正十二烷裂解，其裂解转化率相对于热裂解明显提高，且转化率的提高随着有机硅烷碳链长度的降低而逐渐增大，其中丙基三甲氧基硅烷修饰的ZSM-5使正十二烷的裂解转化率相对于热裂解提高了115％．