微孔填充理论研究无烟煤和炭对甲烷的吸附特性

采用自制的容量法吸附测量装置,对四川江口红泥煤矿的无烟煤及其炭化样在－２１℃￣５０℃范围吸附甲烷进行了对比测量,用微孔填充理论处理了吸附数据,详细讨论了微孔填充理论与其它吸附理论之间的关系。结果表明无烟煤及其炭化样吸附甲烷随温度的变化规律不同;在讨论热力学参数时,以微孔填充理论的结果为好。     

炭化型煤的水蒸气气化特性及动力学

以褐煤等粉煤为原料,采用冷压成型和低温炭化工艺,研制出高热稳定性的气化用炭化型煤。在固定床气化装置中,研究了炭化型煤的水蒸气气化特性和动力学。研究表明,气化温度从880℃提高到1 000℃,碳转化率达到85%的时间从40~50min缩短至20min以内;反应进行5~8min时,炭化型煤气化反应速率达到最大值;气化温度为880℃时,反应全程处在化学反应控制区;气化温度为920℃、960℃和1 000℃时,反应过程由化学控制区向内扩散控制区转移,转移的拐点在碳转化率为90%~95%之间出现。炭化型煤气化动力学可用二维扩散模式的缩核模型描述,在化学反应控制区,表观活化能为93.83~104.11kJ/mol,表观活化能与指前因子存在动力学补偿效应;在内扩散控制区,表观活化能为76.45~87.05kJ/mol。     

在涂层催化剂上甲烷蒸汽重整的本征动力学研究

采用冷喷涂技术在不锈钢薄板上制备了涂层催化剂,研究了在涂层催化剂上甲烷蒸汽重整的本征动力学.涂层催化剂为Ni/γ-Al2O3,在消除内外扩散影响的条件下,在859.7～1 018.7 K范围内进行甲烷水蒸气重整的实验,并利用最小二乘法,由实验数据确定双速率动力学模型参数.一氧化碳生成速率指前因子为1.08×108 mol/(h·g·kPa0.89),活化能为178.98 kJ/mol;二氧化碳生成速率指前因子为1.73×104mol/(h·g·kPa2.06),活化能为139.00kJ/mol.F统计检验的结果表明,所得本征动力学模型的复相关指数大于0.9,且F统计量大于置信域为99%的临界F统计量的10倍以上,适用于涂层催化剂.     

含碳氧化锌球团还原的动力学

采用等温法研究了纯氧化锌配加石墨碳粉制成含碳氧化锌球团在1000－1150℃下还原的动力学，研究结果表明：还原温度对含碳纯氧化锌还原速度有显著影响，温度愈高，还原反应速度愈大；根据Arrhenius方程计算出在1000－1150℃下碳的气化反应、界面化学反应和气相扩散为限制环节的活化能分别为37.615kJ/mol、43.192kJ/mol和46.548-53.280kJ/mol；与其它氧化锌的还原方式相比，含碳纯氧化锌球团还原反应的活化能要小得多，其还原速度主要由气相扩散控制。     

镍基催化上甲烷部分氧化反应机理的量化计算

采用密度泛函(DFT)及二级微扰(MP2)方法,结合混合基组对镍基催化上甲烷部分氧化反应机理进行了研究.计算结果表明,甲烷部分氧化的反应包含六步,其中有两步是副反应,各步的热焓分别为:212.46、-413.46、-69.65、135.28、-94.69、-42.25 kJ/mol.第一步甲烷的逐步脱氢是强吸热的,第五步为生成CO的关键反应且较容易发生,其活化能仅为44.59 kJ/mol.     

失重条件下含沙铝热剂的燃烧特性

研究了含沙铝热剂燃烧特性,结果表明:在失重状态下,含沙铝热剂的燃烧为扩散反应模式,随着含沙率的提高,燃烧温度和燃烧速率均呈下降趋势,且反应的难度增加,反应激活能由98.76 kJ/mol上升至301.63 kJ/mol.     

H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附机理

为从微观上探讨H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附的机理,构建C30H14(9个苯环)代表煤局部表面,通过密度泛函理论分析甲烷分子,水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果表明,水分子在煤表面的吸附比甲烷分子在煤表面的吸附更加稳定,二者以最稳定吸附构型吸附时的吸附能分别为-13.23 kJ/mol和-10.13 kJ/mol.当甲烷分子与已吸附水分子的煤表面作用时,甲烷分子吸附能显著下降,吸附平衡距离增大,表明水分子能迫使甲烷吸附到不稳定位置。水分子和甲烷共存时,水分子处于吸附状态,甲烷分子处于脱附状态且总能量最低,进而从分子水平表明水和甲烷竞争吸附时水处于主导地位。     

甲烷在页岩上吸附的热力学

为了研究页岩吸附甲烷的机理,通过容积法测定35,50和65℃时页岩甲烷吸附等温线,计算甲烷在页岩上的等量吸附热和极限吸附热,从热力学角度分析甲烷在页岩上的吸附行为。研究结果表明:甲烷在页岩上的吸附等温线具有Ⅰ型等温线特征,Langmuir吸附模型较好地拟合了吸附数据;根据吸附等温线计算的等量吸附热为15.50~17.65 kJ/mol,平均为16.88 kJ/mol,说明页岩对甲烷的吸附为物理吸附;等量吸附热随甲烷吸附量的变化而变化,是页岩表面的不均匀性和吸附分子间作用力综合作用的结果;极限吸附热定量地反映了页岩表面与甲烷气体作用力;在页岩气藏开发时,除了采用降压解吸开采外,对于极限吸附热较大的页岩气藏,可通过注入吸附能力更强的CO2等促使甲烷解吸。     

活化扩散和支撑层阻力对沸石膜分离性能的影响

采用Maxwell Stefan(MS)方程描述分离膜组件中沸石膜及支撑层区域内的晶内扩散、活化扩散、分子扩散和努森扩散,建立了一维定态扩散模型以模型化预测甲烷、乙烷在MFI沸石膜组件中单、双组分的渗透特性。结果表明：支撑层阻力对单组分以及混合物在膜组件中的渗透通量有显著影响,阻力大小与支撑层结构（孔径和空隙率等）相关;支撑层阻力中努森扩散阻力的效应对分子量大的组分以及在较低分离温度下不能忽略;考虑支撑层阻力时,甲烷、乙烷在膜层中气相活化扩散的活化能分别为(8.1±0.2)和(9.2±0.1)kJ/mol,约为文献报道值的1/2;温度越高膜层中气相活化扩散越明显,其对组分总通量的贡献甚至要大于表面扩散。     

基于多元高斯分布活化能模型的玉米秸秆水热炭燃烧动力学研究

农林废弃生物质作为植物光合作用的产物,具有可再生、总量大、分布广和低污染的特点,是目前唯一具有可再生性能的含碳清洁燃料。相比于其它种类的可再生能源,生物质还具备良好的可存储性和易运输特点,将丰富的农林废弃生物质应用于炼铁生产将助力钢铁行业实现“双碳”目标。但农林废弃生物质也存在水分高,固定碳和发热值低,碱金属含量高和燃烧过程不稳定的缺点,不经提质处理难以满足炼铁生产对固体燃料的性能要求。本文采用水热炭化技术处理玉米秸秆制备水热炭产品,并采用多元高斯分布活化能模型（DAEM）研究玉米秸秆水热炭的燃烧动力学。结果表明,采用DAEM模型能够精确表征玉米秸秆以及玉米秸秆水热炭的燃烧动力学行为,玉米秸秆原料的燃烧过程可以分为四个阶段:半纤维素、纤维素、木质素和半焦的燃烧,玉米秸秆水热炭的燃烧可分为三种阶段:纤维素、木质素和半焦的燃烧。动力学计算表明纤维素、木质素和半焦燃烧的平均活化能范围为分别为273.7–292.8 kJ/mol、315.1–334.5 kJ/mol和354.4–370 kJ/mol,标准差分别为2.1–23.1 kJ/mol、9.5–27.4 kJ/mol和12.1–22.9 kJ/mol,随着水热炭化温度的升高,玉米秸秆水热炭中纤维素和木质素质量分数先升高后降低,而半焦的质量分数逐渐增加。     

用从头计算研究煤表面与甲烷分子相互作用

依据所提出的煤表面原子簇模型,量子化学从头计算（ＳＴＯ－４－３１Ｇ）表明甲烷分子与煤表面相互作用是各向异性的,最大作用势（吸附势）为２．６５ＫＪ／ｍｏｌ,旋转势垒为１．３４ＫＪ／ｍｏｌ。结果表明甲烷在煤粒表面上的吸附属物理过程（表面凝聚）。     

稀土氧化物对甲烷催化氧化的分子束研究

通过分子束与表面散射实验确定甲烷在Ｌａ２Ｏ３清洁表面是平动能激活吸附，阈值平动能５３．４８ｋＪ／ｍｏｌ。氧在Ｌａ２Ｏ３清洁表面的吸附服从Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程关系，其脱附峰在９６０Ｋ。     

煤焦-CO_2高温气化反应特性的实验研究

利用STA409PC综合热分析仪以等温法研究煤焦-CO2高温气化反应,考察了煤种、气化温度及气流速度对煤焦气化反应的影响,并对其动力学参数进行了求算.实验结果表明:当气化温度低于煤焦灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率峰值随气化温度的升高而增大,当气化温度高于煤焦的灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率变化十分缓慢,甚至有下降的趋势;不同煤种的气化反应动力学参数有很大的差异,鞍钢煤焦和本钢煤焦的活化能均为140kJ/mol,阜新煤焦的活化能为70kJ/mol.当煤焦的气化反应温度高于煤焦的灰熔点温度时,扩散成为煤焦气化反应的主要限制环节,提高气流速度有利于煤焦气化反应的进行.     

Kinetics of petroleum coke/biomass blends during co-gasification

The co-gasification behavior and synergistic effect of petroleum coke, biomass, and their blends were studied by thermogravimetric analysis under CO₂ atmosphere at different heating rates. The isoconversional method was used to calculate the activation energy. The results showed that the gasification process occurred in two stages: pyrolysis and char gasification. A synergistic effect was observed in the char gasification stage. This effect was caused by alkali and alkaline earth metals in the biomass ash. Kinetics analysis showed that the activation energy in the pyrolysis stage was less than that in the char gasification stage. In the char gasification stage, the activation energy was 129.1–177.8 kJ/mol for petroleum coke, whereas it was 120.3–150.5 kJ/mol for biomass. We also observed that the activation energy calculated by the Flynn–Wall–Ozawa (FWO) method were larger than those calculated by the Kissinger–Akahira–Sunosen (KAS) method. When the conversion was 1.0, the activation energy was 106.2 kJ/mol when calculated by the KAS method, whereas it was 120.3 kJ/mol when calculated by the FWO method.     

Combustion characteristics and kinetic analysis of co-combustion between bag dust and pulverized coal

The combustion characteristics of blast furnace bag dust (BD) and three kinds of coal-Shenhua (SH) bituminous coal, Pingluo (PL) anthracite, and Yangquan (YQ) anthracite-were obtained via non-isothermal thermogravimetry. The combustion characteristics with different mixing ratios were also investigated. The physical and chemical properties of the four samples were investigated in depth using particle size analysis, Scanning electron microscopy, X-ray diffraction, X-ray fluorescence analysis, and Raman spectroscopy. The results show that the conversion rate of the three kinds of pulverized coals is far greater than that of the BD. The comprehensive combustion characteristics of the three types of pulverized coals rank in the order SH > PL > YQ. With the addition of BD, the characteristic parameters of the combustion reaction of the blend showed an increasing trend. The Coats-Redfern model used in this study fit well with the experimental results. As the BD addition increased from 5wt% to 10wt%, the activation energy of combustion reactions decreased from 68.50 to 66.74 kJ/mol for SH, 118.34 to 110.75 kJ/mol for PL, and 146.80 to 122.80 kJ/mol for YQ. These results also provide theoretical support for the practical application of blast furnace dust for blast furnace injection.     

废轮胎活性炭对水中低浓度苯酚的吸附动力学特性

为了去除水中残留的低浓度苯酚,采用水蒸气活化法制备废轮胎活性炭,分析了废轮胎活性炭自水溶液吸附低浓度苯酚的吸附动力学特性,考察了吸附剂投加量和苯酚初始浓度对吸附过程的影响。分别采用拟一级反应、拟二级反应和颗粒内扩散反应模型对不同温度下的反应动力学数据进行拟合。研究结果表明：拟二级反应动力学模型能够较好地描述废轮胎活性炭吸附低浓度苯酚的动力学数据,颗粒内扩散影响吸附速率,但不是唯一的速率控制步骤,计算得到的表观吸附活化能表明,该吸附过程以物理吸附为主,废轮胎活性炭用量为0.3 g/L时,苯酚浓度小于2 μg/L。     

聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料的热分解

采用TG、DTA研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土纳米复合材料(PMNC)在N2气氛条件下的热降解行为.结果表明,在N2中,PMMA有一个失重阶段,而PMNC为两个失重阶段.利用改进的Coats-Redfern积分法计算PMMA及PMNC的热分解动力学参数,PMMA热分解的平均表观活化能E为160.58kJ/mol,指前因子的对数值lnA为28.07,其热分解的机理函数为三维扩散方程.PMNC第一个阶段的平均表观活化能E为258.731 kJ/mol,lnA为45.623 1,第二个阶段的平均表观活化能E为199.897 kJ/mol,lnA为27.482 4,其热分解的机理函数均为二维扩散方程.     

玉米芯活性炭的制备及储气性能

天然气、氢气、二氧化碳等气体的吸附研究在洁净气体代油燃料的强化存储、温室气体减排、大气治理等方面具有重要意义,其重点内容是高效吸附材料的开发．以玉米芯为原料,采用磷酸活化法制备了含有较高中孔比例的活性炭,其比表面积达到1,610,m2/g,孔容为1.72,cm3/g,中孔体积达到1.14,cm3/g,占孔容的66％．测定了H2、N2、CH4和 CO2在该吸附剂上的吸附等温线．在0.4,MPa 时,CO2对 CH4的选择性达到2.76,对 N2的选择性达到7.63,对 H2的选择性达到42.31,具有良好的分离应用前景．测定了水存在条件下甲烷在该活性炭上的吸附等温线,由于孔尺寸有利于甲烷水合物的生成,因此甲烷吸入量较在干燥吸附剂上提高了82％．根据克劳修斯-克拉佩龙方程计算了甲烷水合物的生成焓为-64.37,kJ/mol．     

有机改性凹凸棒石对活性艳红的吸附动力学

文章研究了用溴代十六烷基吡啶改性的凹凸棒石对水中活性艳红的吸附动力学,在初始质量浓度为16.7~33.3 mg/L,转速为100~200 r/min,温度298~328 K时,有机改性的凹凸棒石对艳红的吸附动力学数据符合准二级速率方程。结果表明:改性凹凸棒石对活性艳红的吸附仅在外表面吸附,吸附表观活化能为12.72 kJ/mol,说明此吸附并不是由单一的化学吸附为速率控制步骤,是由化学吸附液膜扩散共同控制的吸附过程。