天然气低碳催化燃烧特性与应用

催化燃烧反应较低的活化能容许反应在贫碳氢化合物浓度下发生,因此绝热反应的温度低于NOx形成的限制,并完全氧化,不形成CO和未完全燃烧的碳氢化合物,燃烧发生在常规气相易燃极限之外,因此燃烧更加稳定。根据分步化学机理方法模拟出的结果可以得出,铂表面的异相反应抑制了气相氧化反应的程度,并且提高了单相点燃的表面温度。在此理论的指导下,进行了多种天然气催化燃烧装置的设计和研究,催化燃烧过程可达到近零污染排放。作为低碳战略,对天然气催化燃烧锅炉、烤箱和炉窑的应用前景进行了讨论。     

微型管道内氢气催化燃烧的数值模拟

根据空间气相和表面催化详细化学反应机理,应用耦合计算流体力学软件Fluent和化学反应动力学软件Chemkin,对氢气和空气的预混合气体在微型管道内的催化燃烧过程进行数值模拟,并讨论不同反应模型的燃烧特性以及导热壁、管壁材料(Pt,Si和Al)、预混合气体入口速度和当量比等因素对催化燃烧反应的影响.计算结果表明:表面催化反应对空间气相反应有抑制作用;在微型管道内,通过导热壁轴向间的传热,预热入口混合气体,使氢气燃烧更加充分;随着入口速度的增大,燃烧过程同时存在着表面催化反应和空间气相反应两种控制因素;管壁材料和当量比对氢气的催化燃烧过程有重要的影响.计算结果为在微动力机电系统中实现催化燃烧以及扩展燃烧极限提供了理论依据.     

天然气低碳催化燃烧炉窑的应用

本文以实验研究加理论分析的方法,研究了天然气催化燃烧炉窑的炉膛温度和污染物特性及低碳催化燃烧烟气对生物体的影响。由此可见催化燃烧烟气对于动物的伤害更小,没有明显的健康影响。低碳催化燃烧烟气对植物的生长有促进作用。通过催化燃烧与气相燃烧烟气成分的对比研究,体现了催化燃烧技术具有很高的燃烧效率和近零污染排放的双重优势,这对于发展低碳能源战略具有非常重要的意义。     

空间反应和入口速度对甲烷催化反应的影响

为研究微尺度催化燃烧的规律,联合使用计算流体力学软件FLUENT和计算表面催化反应的化学反应动力学软件DETCHEM对微型直通道中甲烷/空气预混气体在镀Pt热表面上的催化燃烧进行了数值模拟。假定燃料混气入口当量比为0.4和1.0,入口速度为0.08～0.64m.s-1。计算结果表明:在微尺度条件下,空间反应对表面催化反应的影响可以忽略,表面催化反应对空间反应有一定的抑制作用;混气入口速度的提高会抑制表面催化反应,但如果相应增加催化剂量,提高混气入口速度将促进表面催化反应。     

基于可视化系统的直喷天然气发动机喷射及燃烧特性研究

天然气作为一种最有前途的代用燃料在汽车发动机上的应用日益广泛。为提高天然气发动机的燃烧效率,采用缸内直喷技术;并通过位于喷嘴附近的火花塞点燃分层混合气,使天然气发动机在中低负荷下实现稀薄燃烧。对于直喷天然气发动机,研究喷雾贯穿距、喷雾锥角、循环波动和燃烧速度等喷射及燃烧特性具有重要意义。首先设计开发了用于观察天然气喷射及燃烧的可视化系统,拍摄不同实验条件下天然气喷射及燃烧过程。利用实验数据,分析了直喷天然气发动机的喷射及燃烧特性。     

氢气燃烧技术及其进展

随着碳减排政策的不断推进,氢气因其高能量密度和低碳排放特性被视为一种理想的能源,并广泛应用于化工原料制备、移动出行、电力生产以及工业和家庭用热等领域,而燃烧是目前氢能利用的重要方式之一。基于此,通过对比氢气与天然气的物理化学特性,详细分析和探讨了氢气燃烧过程中存在的各种类型的回火、热声振荡以及氮氧化物排放超标问题发生的原因和解决方法;而后,概述了氢气催化燃烧和微尺度燃烧在工业脱氢、家庭供热和微机电系统等领域的应用现状和发展方向;最后,结合目前世界各国天然气掺氢燃烧的发展现状和我国天然气管网的相应标准,指出我国发展天然气掺氢燃烧的优势和关键问题,总结了氢气燃烧技术的发展现状与发展趋势。     

高温催化燃烧技术及其核催化剂的研制

高温催化燃烧技术作为一项环境友好的能源利用方式下得到世界各国的广泛重视,催化燃烧器设计与燃烧催华化剂研制领域不断取得新进展。本文通过考察负载型Pd催化剂和烧绿石型复氧化物催化剂的物化学特性与催化反应动力学特征,探讨了改良现有催化剂体系反应性能的有效途径。     

溶胶-凝胶法合成纳米复合氧化物的表征及应用

采用溶胶-凝胶法制备了纳米CuO-CeO2复合氧化物催化材料,以TEM,粒度二次分布,TG-DTA,BET,XRD和TPD等系统表征了材料的粒径、形貌、粒度分布、热稳定性、比表面,晶相和材料表面的吸、脱附性能,以甲烷为模型反应,在微型固定床反应器中评价材料的催化燃烧活性,并研究材料的制备方法、焙烧温度和Cu含量对催化活性的影响,并以柠檬酸络合法制备的催化材料作对比,结果表明溶胶-凝胶制备的催化材料对甲烷燃烧呈现较高催化活性,初步探讨了催化反应的机理.     

基于霍尔三维模型的雾霾治理对策研究

运用霍尔三维结构的基本理论,构建雾霾治理对策的三维结构模型。从时间维、逻辑维和知识维对雾霾的治理对策进行划分,构建"三元主体"模型,探讨政府、企业和个人三大主体在雾霾治理各个阶段中的相互作用,对推动雾霾治理研究具有重要的指导作用。     

燃气炉低温催化燃烧研究

对燃气炉的低温催化燃烧进行了研究。研究表明，在自制的多孔陶瓷盘上的负载催化剂，可实现天然气的低温催化燃烧，降低了因高温直接燃烧引起的环境污染，同时使燃气炉的热效率提高约10％，可有效节约能源。     

Increase in tropospheric nitrogen dioxide over China observed from space

Emissions from fossil fuel combustion and biomass burning reduce local air quality and affect global tropospheric chemistry. Nitrogen oxides are emitted by all combustion processes and play a key part in the photochemically induced catalytic production of ozone, which results in summer smog and has increased levels of tropospheric ozone globally. Release of nitrogen oxide also results in nitric acid deposition, and--at least locally--increases radiative forcing effects due to the absorption of downward propagating visible light. Nitrogen oxide concentrations in many industrialized countries are expected to decrease, but rapid economic development has the potential to increase significantly the emissions of nitrogen oxides in parts of Asia. Here we present the tropospheric column amounts of nitrogen dioxide retrieved from two satellite instruments GOME and SCIAMACHY over the years 1996-2004. We find substantial reductions in nitrogen dioxide concentrations over some areas of Europe and the USA, but a highly significant increase of about 50 per cent-with an accelerating trend in annual growth rate-over the industrial areas of China, more than recent bottom-up inventories suggest.     

有氧条件下Au/CeO2/Al2O3催化还原NO的研究

NO是形成光化学烟雾、生成酸雨和破坏大气臭氧层的前驱气体之一，消除NO巳成为近几年国内外催化界的研究热点，Cu0-ZSM-5是国内外研究最成熟的催化剂，但实用性差，本研究以HAuCl4为前驱体，沉积-沉淀法制备Au/CeO2/Al2O3催化剂，用X-射线衍射（XRD）进行表征，考察了加入CeO2对Au/CeO2/Al2O3催化活性的影响。结果表明：Al2O3、CeO2/Al2O3表面的Au晶粒小，分散度高，Au/Al2O3的deNOx活性较低，而含金复合催化剂Au/CeO2/Al2O3的活性高于Au/Al2O3及Cu-ZSM-5。     

纳米CuO/CeO2制备、表征及对甲烷燃烧催化活性

文中用柠檬酸络合法制备了纳米稀土复合氧化物Cu_xCeO_δ，以透视电子显微镜（TEM）、热重-差热分析（TG-DTA）、Brunauer Emmett Teller（BET）比表面和X射线衍射分析（XRD）、粒度二次分布仪等方法表征了复合物粉末的粒径、热稳定性、比表面、晶相和二次粒度分布，以常压微型固定床反应器考察了该复合物催化剂对甲烷燃烧的催化活性。研究了复合物中CuO含量和焙烧温度对催化活性的影响，并初步探讨燃烧反应的机理。     

燃料电池-燃气轮机混合动力系统的燃烧与系统性能分析

对熔融碳酸盐燃料电池/燃气轮机（Molten Carbonate Fuel Cell/Micro-Gas Turbine, MCFC/MGT）混合动力系统中催化燃烧室(Catalytic Combustion Burner, CCB)的反应特性及影响因素进行了分析,并基于燃气轮机的设计方法进行了混合动力系统的设计.在对催化燃烧室的数值模拟中采用了塞子流模型及CH4在催化剂Pt上的详细反应机理,在实验中对3种不同催化剂的反应特性进行了分析.混合动力系统设计中,以燃料电池的温度为限制条件,采用基于现有燃气轮机对燃料电池进行匹配的设计方法,确定了混合动力系统的设计点参数.分析结果表明,所建立催化燃烧室模型可以反映燃烧室的特性,以钙钛矿和金属氧化物为助剂的催化剂活性要比贵金属的差,基于燃气轮机设计的混合动力系统虽然效率低但更具有实际意义.     

流化床加氧烟气循环时NOx,N2O和SO2的排放特性

用流化床燃烧煤炭已能有效地控制二氧化硫的排放,而对现已成为主要的污染物之一的氮氧化物的控制却不成熟。本文在烟气循环并加入纯氧的条件下,研究氮氧化物和二氧化硫的排放特性,实验结果表明,能有效地控制其排放。     

微元管催化燃烧过程中燃烧特性分岔分析

运用分岔理论对微元管催化燃烧过程进行了详细的分岔分析,采用了一种比较理想的简化模型——短体蜂窝状模型(SM模型),同时微元管中气体流动采用了层流模型.分别以径向Thiele数及滞留时间为分岔参数对微元管催化燃烧过程中混合气的着火与熄火特性进行了详细分析,同时,详细讨论了B、P、Lef及s对混合气燃烧特性的影响.结果表明当以径向Thiele数为分岔参数时,随着Lef减小或B、P增大,主体气流与催化剂表面混合气的着火点与熄火点之间的非稳定区域将变宽;当以滞留时间为分岔参数时,随着s及B减小或Lef增大,催化剂表面混合气的着火点与熄火点之间的非稳定区域将变窄.     

烟气再循环对蓄热式平焰燃气炉内燃烧特性的影响

平焰燃烧与蓄热式燃烧技术一起使用时火焰温度较高,热力型氮氧化物生成量较大。采用烟气再循环技术是降低蓄热式燃烧过程中热力型氮氧化物的生成量的有效途径之一。文中采用蓄热式平焰燃气试验炉、综合烟气分析仪、热电偶等设备,对比研究了采用烟气再循环和不采用烟气再循环2种工况下平展流火焰特性、炉顶温度分布和烟气中NO生成特性。结果表明:采用烟气再循环使平展流火焰面暗区变小,燃烧区域扩大,火焰面温度分布更加均匀,烟气中NO浓度明显降低,火焰面峰值温度降低9℃,谷值温度升高37℃,NO浓度最大降幅为20%。     

兰州市大气飘尘中可溶有机质的生物标志物及其来源

根据兰州市区，郊区大气漂尘及汽车尾气，烟尘样品中可溶有机质中同系物和分了标志物的环境地球化学特征，探讨了大气漂 有机质的来源。分析结果表明，所有样品都含脂芳烃，包括正烷烃，甾烷和藿烷，以及芳香烃。