红外加热固定床油页岩热解特性研究

为在高温下实现油页岩的热解油及热解气同时高收率生产,本文提出“热解反应定向调控”技术路线,并开发了红外加热固定床热解反应器验证该技术路线的可行性,考察了不同热解终温下热解产物分布和焦油组成,分析了铝甑分析和红外加热方式对油页岩热解过程的影响。结果表明,在考察的实验条件范围内,红外加热固定床热解气收率随热解终温升高而持续增加,热解油收率在热解终温为700℃时达到最大,为铝甑分析热解油收率的1.39倍。红外快速加热方式能够促进煤中弱供价键断裂并有效抑制高温反应条件引起的挥发分二次反应,热解所得焦油中轻质组分收率随热解油收率增加而增加。

基于双分子网络的纤维素基高强度水凝胶构建及应用研究

水凝胶材料具有诸如柔韧性、透明性及机械性能可设计性等优势,在人工肌肉、电子皮肤、柔性传感器等领域展现出巨大的应用潜力.相比于不可降解的合成高分子材料,生物质纤维素具有可再生、可降解、生物相容性强及机械力学可控等特性,使其可作为一种绿色原材料用于功能凝胶材料的开发.笔者以纤维素分子链为网络骨架,结合原位聚合与超分子自组装,成功构建了纤维素/聚丙烯酰胺双分子网络凝胶材料.该凝胶展现出理想的机械柔韧性和离子传导性,拉伸强度超过3.8 MPa,离子导电性可达0.22 S/m.将该双分子网络凝胶用于组装柔性应变传感器,其展现出很好的刺激感知性与灵敏性.

微型流化床测定菱铁矿磁化焙烧固体产物特性的演变过程

利用具有在线颗粒取样功能的微型流化床反应分析仪(MFBRA-P),研究了惰性气氛下菱铁矿磁化焙烧反应过程中固体产物的物相组成、孔隙结构以及磁性的瞬态变化过程。结果表明:菱铁矿于600℃时完全分解,分解过程为先经分解反应生成FeO,FeO再经过磁化反应生成最终产物Fe3O4;焙烧产物的孔体积和比表面积随焙烧温度的增加以及反应的进行均呈现先增大后减小的趋势,并在600℃时出现最大值(3.03 cm^(3)·g^(-1)和13.19 m^(2)·g^(-1));焙烧产物的饱和磁强度随反应的进行大幅度增加,但当反应结束后即温度高于600℃时,焙烧产物的饱和磁强度几乎不变。

微型流化床内菱镁矿轻烧反应特性及动力学

通过微型流化床反应分析仪(MFBRA)和热重分析仪(TGA)对比研究了菱镁矿粉在氮气和空气气氛中的煅烧反应特性和反应动力学特性。结果表明:菱镁矿在氮气和空气中测得的表观活化能相似,说明空气中的氧气对菱镁矿的煅烧没有影响。MFBRA中菱镁矿粉在800℃以上完全分解的时间只有短短数秒,显著少于在TGA中完全分解的时间,揭示了TGA和MFBRA在测定反应动力学方面的差异。MFBRA测定菱镁矿在空气和氮气气氛中分解的表观活化能(约125 kJ/mol)和指前因子(10^5s-1)显著低于TGA所得结果(约200 kJ/mol,10^15s^-1),进一步测试表明这与TGA中的反应受气氛抑制有关。即菱镁矿在TGA坩埚内分解产生的CO2不能及时随气流排出,抑制了轻烧反应的进行,而MFBRA可有效降低外扩散对反应的影响。但两种仪器测试的反应均遵循成核与生长控制模型。对于流化床反应,证明了MFBRA测试结果具有更高的准确性,为有气体生成的煅烧或分解反应(如菱镁矿轻烧)提供了可靠的反应测试方法和仪器。

油页岩矿物质催化半焦燃烧特性及机理

利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了油页岩矿物质催化半焦燃烧特性,重点考察了半焦内部矿物质和外部页岩灰床料对半焦燃烧的催化作用,揭示了流化床反应器中半焦燃烧过程和机理。结果表明:内部矿物质和外部床料对半焦燃烧均具有明显催化作用,而两者共同催化效果最为显著。矿物质中CaO和Fe2O3对半焦燃烧具有催化活性,CaO催化作用强于Fe2O3。油页岩半焦燃烧反应活化能在60.41~78.97 kJ/mol之间,矿物质的催化作用会明显降低反应活化能。流化床反应器中,矿物质对半焦燃烧的催化作用主要表现在四个反应,即:挥发分裂解和燃烧、半焦表面炭燃烧、半焦内部炭燃烧以及一氧化碳燃烧。

菱镁矿输送床轻烧过程反应与产物微观结构特性

利用高温烟气加热实验室规模输送床模拟菱镁矿闪速轻烧工业输送床反应器,建立基于热重分析计算菱镁矿中MgCO3分解率方法,研究了煅烧条件和原料粒径对菱镁矿细粉输送床分解的转化率和产品活性的影响,揭示了煅烧过程中产物微观结构变化特性。菱镁矿粉(<150μm)轻烧为秒级快速反应,仅需1~2 s菱镁矿中MgCO3分解率即可达98%以上,验证了输送床闪速轻烧技术的可行性。输送床煅烧产物的柠檬酸显色时间17~55 s,活性显著高于固定床煅烧产物(显色时间294 s),且产物活性由菱镁矿分解率和微观结构共同决定;煅烧过程中产物MgO晶粒尺寸逐渐增大,表面结构由疏松多孔变为致密光滑,该结构变化可在数秒内完成。

热重和微型流化床中菱镁矿非等温分解动力学

利用热重分析仪(TGA)和微型流化床反应分析仪(MFBRA)对比研究了空气中菱镁矿粉非等温分解的反应特性及动力学。结果表明:升温速率与菱镁矿粉分解的特征温度正相关,当升温速率逐渐增大时,菱镁矿粉初始分解温度、最大反应速率时的温度、完全分解时的温度,均随之增加;与TGA相比,在相同升温速率下,MFBRA中菱镁矿非等温分解的特征温度均明显较小,所需反应时间也较少,而且MFBRA测得的动力学数据均明显小于TGA测得的值,但均遵循成核与生长(n=1)机理模型。菱镁矿粉在TGA和MFBRA中非等温分解行为和动力学数据的差异很可能与MFBRA内较好的热量传递和受扩散的抑制作用较小有关。