基于HRTEM的炭黑芳香晶格条纹结构特性研究

为了深入开展碳质材料芳香结构相关的微观化学特性研究,掌握碳质材料化学生产与转化机理,基于高分辨率透射电镜技术(HRTEM)提出微晶结构定量分析方法,从4种来源不同的炭黑样品的HRTEM图像取芳香晶格条纹,并定量表征晶格条纹的长度、角度、曲率以及堆垛等特征参数。研究结果表明：同一样品不同区域、不同样品之间的微晶结构分布规律相似;随条纹长度递增,晶格条纹数量减少,短条纹居多;晶格角度、曲率分布分散;堆垛以单层为主,随堆垛层数递增,堆垛的数量减少;同一样品不同区域在同一条纹长度、角度及曲率范围内分布的晶格条纹数相差1%以内,微晶结构差异较小,不同样品之间相差可达5%以上,差异较为显著。所提的HRTEM微晶结构定量分析方法能够得到炭黑芳香晶格条纹微观结构分布特征,适用于包含多环芳香苯环结构的多种碳质材料,可为分子模型构建研究提供数据来源,对进一步认识碳质材料微晶结构特征及多环芳香结构演化有潜在的应用价值。     

铜川贫煤中氮赋存形态的红外光谱研究

目的 研究煤中氮的有机形态及煤转化利用过程中含氮污染物排放规律。方法 利用红外光谱法对铜川原煤及其干燥后的煤样进行了分析。结果 得到不同工况下煤样的FTIR谱图。3040cm^-1附近的吸收峰是煤中羟基与吡啶环上N原子形成的氢键振动，对比干燥前后煤样的红外谱图，发现吡咯环上N与H形成的氢键在3400cm^-1附近引起中强峰；同时，芳族伯胺基团、腈类物质中C≡N键也可以利用红外谱图检测到。结论 铜川贫煤中氮元素主要以吡啶、吡咯及氨基的形式存在，并存在腈类C≡N键的结构形式。     

热解及燃烧过程中燃料氮的N2转化特性

利用气相色谱设备实验研究了国内4种煤在热解及燃烧过程中煤中燃料氮向N2的转化特性.研究结果表明:在煤的热解过程中,燃料氮能够转化为N2,煤种不同,N2的转化率也不同;神木煤氮的N2转化率最高,焦作煤最低;随热解温度的升高,燃料氮的N2转化率升高;在煤燃烧过程中,燃料氮同样能够转化为对环境无害的N2,转化率同样与温度有关且随着温度的升高而增加,但当燃烧温度达到1 100℃时,除神木煤外,其他煤中燃料氮的N2转化率均有明显下降;无论是热解还是燃烧,所研究煤中的矿物质均能够促进燃料氮向N2的转化;无论脱灰与否,低温燃烧时燃料氮的N2转化率远比低温热解时高,但在1 100℃下的热解与燃烧时,N2转化率与煤种有关.     

抚顺煤热解过程中N2生成的实验研究

利用固定床反应器在600~1 300℃范围内进行抚顺煤的热解实验,研究了热解过程中燃料N向N2的转化,以及脱除矿物质元素和添加催化剂对N2生成的影响.升温速率是20℃/min,热解载气为高纯He,热解产生的N2用气相色谱方法定量分析.实验结果表明,抚顺原煤在600℃热解时N2生成量很少,不足10%.随着热解温度的进一步升高,煤中N向N2的转化率几乎呈线性增长.N2的来源一是直接从煤的大分子结构中释放,二是由矿物质元素与燃料氮之间的固相反应产生.抚顺煤脱除矿物质后热解时,N2的生成量明显减少.Ti、Na、K、Fe、Ca类矿物质元素的加入不同程度地促进了N2生成,而且其作用温度区间各不相同.     

气泡在垂直向上流动液体中的形成

研究了液体垂直向上流动、气体水平引入时，导管端头处形成的气泡的尺寸大小。考察了液体平均流速、气体流量和导管直径对气泡脱离尺寸大小的影响。在力平衡假设的基础上，获得了预测气泡脱离尺寸的关系式，预测值与测量值比较，结果令人满意。     

X射线光电子能谱确定铜川煤及其焦中氮的形态

利用X射线光电子以谱（XPS）,实验研究了铜川煤及其煤焦中氮的形态,探讨了煤受热放出挥发分过程中氮的迁移规律,实验研究结果表明：铜川煤中的氮有4种形态,即吡啶（N-6）、吡咯（N-5）、质子吡啶（N-Q）和氮氧化物（N-X）;在煤的低温热解过程中,N-Q可以转化为N-5,而N-5在热解温度不高时,较难释放出来,其释放量取决于热解温度,随着热解温度的升高,N-X在煤焦中的含量下降,在煤的高温热解过程中,N-X将全部进入挥发分中。     

管道内气液两相泡状流k—ε—kg—εg模型

从标准的单相湍流k-ε模型出发,提出了一个任意非正交曲线坐标系下模化管道内气液两相泡状流的k-ε-kg-εg模型。在该模型中,气泡湍动能的耗散受其自身耗散方程的制约,并全面考虑了气泡湍动能本身的对流、扩散、生成和耗散以及与液体之间的耦合作用。该模型在理论上比k-ε模型和k-ε-kp模型更加完善。采用该模型的数值模拟结果与试验数据吻合良好,二者相对误差在计算范围内不超过20％。     

矿物质对SO2释放的影响及钙的固硫机理

为了开发高效燃烧脱硫技术，通过热质量／选出气体分析实验研究了煤中矿物质对煤燃烧中SO2释放的影响以及钙的固硫机理，研究结果表明：脱灰后SO2的释放曲线由原煤的双峰变成单峰；Ca的添加能够促进煤中硫在低温下释放，但不同形态钙的固硫效果不同；脱灰煤中添加CaSO4后SO2的释放曲线又恢复为双峰，CaSO4没有固硫效果；添加CaCO3和CaO后SO2的生成会有明显减少，且CaO的固硫效果要比CaCO3显著．基于这个实验结果，提出了程序升温燃烧条件下煤中的矿物质对SO2释放影响所遵循的吸附-解吸附机理，以及钙基固硫剂固硫所遵循的吸附-解吸附／氧化机理。     

煤热解过程中焦炭氮变化规律的试验研究

为研究煤中氮在燃烧第一阶段随挥发分析出进入均相反应与残留煤焦发生异相反应的比例,评估均相反应与异相反应对最终氮氧化物排放贡献的大小提供依据,建立了固定床反应系统并在低加热速率条件下研究了煤阶、温度、脱灰以及不同灰成分在热解过程中对焦炭氮转化率变化规律的影响.研究发现:当高阶煤热解时,氮更多地保留在煤焦中,而低阶煤中的氮则容易析出形成气态含氮产物;高温利于氮从煤焦中析出;脱灰对低阶煤中氮的析出有强烈的抑制作用,脱灰对高阶煤的影响不如低阶煤明显;煤中含Ti、Na、K、Fe和Ca等类矿物质在温度高于800℃时促进氮从煤焦中析出,Mg的存在使焦炭氮的转化率略有提高,Si和Al类矿物质对于氮的析出无明显作用.