氧化钙孔隙参数对固硫反应速率的影响

为研究孔隙结构对固硫特性的影响,采用随机行走方法从分子运动理论的角度建立了多孔颗粒中的气体扩散模型。用简单碰撞理论来模拟气固反应,运用Fick扩散定律来模拟钙离子在产物层中的扩散。在不同温度和不同二氧化硫体积分数下进行数值模拟,研究了反应条件及孔隙参数对固硫速率的影响。结果表明,在固硫过程第一阶段,固硫速率与温度关系符合Arrhenius方程,与反应气体体积分数成线性关系;固硫速率受颗粒的孔隙率及比表面积的影响规律不明显,而与分形维数的指数成线性关系。     

考虑气体多层吸附的表面扩散传输模型

纳米孔内气体主要以吸附态为主,孔隙壁面的表面扩散传输对多孔介质内气体流动的贡献不容忽视。鉴于Langmuir单层吸附模型不能有效描述高温高压条件下的气体吸附特征,以单层吸附覆盖度为基础,推导出新的吸附气体表面扩散系数的理论计算公式,并利用相关实验和理论数据验证其合理性和准确性。在此基础上构建纳米孔隙壁面气体多层吸附表面扩散模型,分析压力和温度对表面扩散传输的影响效应和规律。结果表明:提出的新的吸附气体表面扩散系数计算公式在计算吸附气体表面扩散系数方面更具优势,有效反映了气体分子的多层吸附特征;基于多层吸附理论所建立起来的吸附气体表面扩散新模型,综合考虑了温度和压力的耦合效应,比传统气体表面扩散模型更加准确可靠;压力和温度是影响吸附气体表面扩散的两个重要方面,在以表面扩散传输为主的纳米孔中,气体表面扩散通量的压力影响效应显著(压力升高9 MPa,通量增大2个数量级),温度影响效应较弱(平均温度每升高1℃,通量降低1.13%)。     

氩气氛铬铁矿含碳球团还原动力学

用热重法研究了铬铁矿含碳球团在氩气流中还原过程动力学,考察了还原温度、球团中配碳量和铬铁矿粉粒度等对还原过程的影响。应用颗粒模型对还原过程的实验数据进行了动力学解析,发现在本实验条件下,球团还原中对速度的限制步骤是铬铁矿颗粒还原产物层中的内扩散过程。进一步的分析步明,在 1 200℃ 以下和以上两个温度区间,该内扩散过程的活化能不同。分别求出了这两个区间的有效内扩散系数的阿仑尼乌斯表达式,得到了铬铁矿含碳球团还原过程的综合速度式。应用所获得的动力学方程对不同加热条件下的还原过程进行模拟计算,与实验结果相当符合。     

煤造气制备碳化铁过程中压力的影响

研究了CO+CO2、CO-CO2-H2系气体压力对还原度、金属化率、碳化铁率的影响,通过实验研究得到:提高压力加速了还原、析碳和渗碳反应.温度700℃、反应时间180min、气体成分80%CO+20%CO2,压力0.2 MPa条件下,产物的还原度、金属化率和碳化铁率均超过了60%;相同温度、反应时间条件下,气体成分为75%CO+25%CO2,压力为0.48MPa产物的三个指标都超过了85%.氢气有促进还原和抑制析碳的双重作用.     

煤造气制备碳化铁过程中压力的影响

研究了CO＋CO2、CO—CO2-H2系气体压力对还原度、金属化率、碳化铁率的影响，通过实验研究得到：提高压力加速了还原、析碳和渗碳反应。温度700℃、反应时间180min、气体成分80％CO＋20％CO2，压力0．2MPa条件下，产物的还原度、金属化率和碳化铁率均超过了60％；相同温度、反应时间条件下，气体成分为75％CO＋25％CO2，压力为0．48MPa产物的三个指标都超过了85％。氢气有促进还原和抑制析碳的双重作用。     

温度对煤造气制备碳化铁的影响

研究了以煤造气为还原剂制备碳化铁过程中温度对还原度、金属化率、碳化铁率的影响,实验条件为压力0.3 MPa、反应时间180 min、还原气体中CO/CO2分别为3和1.5,反应温度在550～700℃之间变化.通过实验研究得到如下结论:产物的还原度、金属化率随温度的升高而逐渐增大;碳化铁率在600℃时最小;在气体成分达到一定还原势(CO/CO2=3)的条件下,700℃时碳化铁率最高;而在CO/CO2=1.5时,高温下不利于碳化铁的生成.     

氢气还原芒硝制硫化钠的动力学研究

研究了用氢气还原芒硝制备硫化钠反应动力学，经过实验，获得了该反应的表现活化能、级数和速度常数，讨论了硫酸钠固体颗粒的大小、转化率的高低及温度的变化对反应的宏观动力学影响，在动力学和扩散混合控制下，实验结果近似符合多孔固体气－固体反应“粒子模型”。     

温度对煤造气制备碳化铁的影响

研究了以煤造气为还原剂制备碳化铁过程中温度对还原度、金属化率、碳化铁率的影响，实验条件为压力0.3MPa、反应时间180min、还原气体中CO／CO2分别为3和1.5，反应温度在550－700℃之间变化。通过实验研究得到如下结论：产物的还原度、金属化率随温度的升高而逐渐增大；碳化铁率在600℃时最小；在气体成分达到一定还原势（CO/CO2=3)的条件下，700℃时碳化铁率最高；而在CO／CO2=1.5时，高温下不利于碳化铁的生成。     

基于Sierpinski地毯的气体扩散规律

采用Sierpinski地毯作为分形孔隙模型,从分子运动理论的角度建立了分形孔隙中的气体扩散模型。在所建模型基础上,研究了分形孔隙中气体扩散的浓度分布规律,并研究了气体温度对气体扩散的影响。结果表明:与已有的多孔介质气体扩散线性模型不同,Sierpinski地毯孔隙中气体浓度分布具有非线性的特点,总体趋势沿总浓度梯度方向递减而中间略有波动;通过分形介质的气体分子流量与温度的1/2次方成简单线性关系,且其斜率与分形介质分形维数及孔隙率有关。     

基于Sierpinski地毯的气体扩散规律

采用Sierpinski地毯作为分形孔隙模型,从分子运动理论的角度建立了分形孔隙中的气体扩散模型。在所建模型基础上,研究了分形孔隙中气体扩散的浓度分布规律,并研究了气体温度对气体扩散的影响。结果表明:与已有的多孔介质气体扩散线性模型不同,Sierpinski地毯孔隙中气体浓度分布具有非线性的的特点,总体趋势沿总浓度梯度方向递减而中间略有波动;通过分形介质的气体分子流量与温度的1/2次方成简单线性关系,且其斜率与分形介质分形维数及孔隙率有关。     

弥散石灰石颗粒煅烧和表面积形成的数值模拟

建立了石灰石煅烧、烧结以及表面积形成的数学模型，讨论了ＣＯ２在生成的多孔ＣａＯ产物中的扩散系数和表面积的模拟方法，得到了转化率、表面积以及颗粒内的温度和压力的变化规律，模拟的结果与实验结果相符     

基于孔隙尺度的燃料电池气体扩散层结冰研究

针对燃料电池用气体扩散层内液态水在孔隙尺度下的动态结冰过程,首次引入了一种介观模拟尺度方法——格子Boltzmann方法.首先,构造燃料电池用真实气体扩散层三维微孔隙结构;其次,通过一维半无限大空间凝固热传导、二维直角区域凝固和二维介质方腔凝固三组数值试验严格考察该凝固模型中液态水、固体冰和碳纤维不同热物理参数选取的精确性,证明引入的格子Boltzmann方法在研究燃料电池气体扩散层中结冰现象的有效性;最后,针对孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的二维气体扩散层在孔隙尺度下的结冰过程进行模拟研究.模拟结果表明,对应孔隙率分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9时,气体扩散层孔中液态水完全结冰量纲一时间F_0分别为2.67、3.11、3.68、4.31和4.84,有自然对流情况下的结冰时间F_0比无自然对流时分别减少0、0、0.001、0.001和0.007.     

红土镍矿焙烧过程中的矿相转变及其对气体还原的影响

研究了印度尼西亚红土镍矿焙烧过程中的矿相转变过程以及焙烧温度对混合气体 (V (CO) : V (O₂)=50 : 50)还原的影响. 采用差热/热重分析(differential scanning calorimeter/thermal gravimetric, DSC/TG)、比表面积分析法(Brunauer Emmett Teller, BET)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)等方法综合考察了各因素对红土镍矿焙烧过程及其对后续还原的影响. 结果表明: 在焙烧阶段, 红土镍矿中的针铁矿在 300°C 左右脱除结晶水形成赤铁矿, 600~700 °C时蛇纹石分解形成无定形态硅镁酸盐, 且当温度继续升高时无定形态硅镁酸盐会结晶形成橄榄石; 利用混合气体 (V (CO) : V (O2)=50 : 50)还原红土镍矿时, 随着焙烧温度的升高, 镍和铁的金属化率也逐渐升高, 经700°C焙烧后, 还原产物镍的金属化率最高可达86.81%, 但是当焙烧温度超过橄榄石结晶温度时则不利于红土镍矿的还原, 镍的金属化率降至66.73%.     

Carbothermic reduction characteristics of ludwigite and boron-iron magnetic separation

Ludwigite is a kind of complex iron ore containing boron, iron, and magnesium, and it is the most promising boron resource in China. Selective reduction of iron oxide is the key step for the comprehensive utilization of ludwigite. In the present work, the reduction mechanism of ludwigite was investigated. The thermogravimetry and differential scanning calorimetry analysis and isothermal reduction of ludwigite/coal composite pellet were performed. Ludwigite yielded a lower reduction starting temperature and a higher final reduction degree compared with the traditional iron concentrates. Higher specific surface area and more fine cracks might be the main reasons for the better reducibility of ludwigite. Reducing temperature highly affected the reaction fraction and microstructure of the reduced pellets, which are closely related to the separation degree of boron and iron. Increasing reducing temperature benefited the boron and iron magnetic separation. Optimum magnetic separation results could be obtained when the pellet was reduced at 1300℃. The separated boron-rich non-magnetic concentrate presented poor crystalline structure, and its extraction efficiency for boron reached 64.3%. The obtained experimental results can provide reference for the determination of the comprehensive utilization flow sheet of ludwigite.     

高温气流中铁矿粉的热分解和还原行为

研究了铁矿粉伴随气流在高温竖型空筒炉管内下落过程中的热分解和还原反应行为,考察了炉温、气流组成及粉矿粒径等对反应结果的影响,发现,与还原反应相比,温度对热分解反应有更大影响;氢还原反应速度约为CO 还原的2倍;当矿粉还原率高于 33.3％时,采集到的样品是熔融后又凝固的球形体且铁相还原产物被维氏体所包裹,进一步讨论了高温气流中粉矿熔融还原反应过程的机理。     

硼铁矿碳热还原过程中MgO的挥发

在热力学分析的基础上,研究了碳热还原硼铁矿过程中MgO的还原挥发过程.结果表明,试样的总失重率随着温度的升高而增大,1 400~1 450℃时很快达到最大值,最大失重率为61.8%.MgO以镁蒸气的形式挥发而造成失重,试样中MgO最大失重率达到98.0%.挥发过程中又被重新氧化,一部分在炉管底部形成羽毛状的白色晶体,另一部分和硼、硅的挥发物一起在炉管口形成白色粉末,附着在炉管壁上.证明了碳热还原硼铁矿过程中MgO有挥发现象.     

混合气体在典型多孔介质内扩散过程的数值模拟

为研究孔径大小对扩散过程的影响及组分之间在扩散过程中的相互作用,采用Maxwell-Stefan模型对混合气体在典型多孔介质内的扩散过程进行了数值模拟.首先引用前人的实验结果验证了该模型及数值方法的可靠性.在此基础上,采用该模型研究了孔径大小对CH4/Ar二元混合气体在多孔介质内扩散过程的影响,以及CH4/Ar/H2三元混合气体在多孔介质内扩散过程中各组分之间的相互作用.研究表明:当孔半径小于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程随孔半径的增大而加快,当孔半径大于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程不受孔半径的影响;当不同组分之间的相互拖带作用大于自身的浓度梯度作用时,可能产生逆向扩散、局部压力回升现象;小分子较大分子扩散得快;Maxwell-Stefan模型能够有效地模拟多元混合气体的扩散过程.     

分子扩散对枯竭油藏型地下储气库动态的影响

针对枯竭裂缝性油藏型储气库渗流特性非常复杂,许多矿场在应用和理论研究中往往忽略气体分子扩散对枯竭裂缝性油藏型地下储气库动态的影响。引入了Fick第一定律,对多孔介质中的扩散系数进行了修正,计算了气体扩散流量;并将气体分子扩散流量代到WarrenRoot双孔模型中,建立了考虑气体分子扩散的枯竭裂缝性油藏型地下储气库的数学模型,应用该模型进行了实例计算。算例分析表明：储气库运行18年后,考虑分子扩散比不考虑分子扩散自由气量多损失6％,累积产油量增加1.35倍;证明了气体分子扩散是储气库气体损失的一个重要原因,同时也是注气提高原油采收率的重要机理。     

超临界水中310-ODS钢表面氧化膜形成机制和性能

采用腐蚀增重方法研究310-ODS钢在600℃低溶氧的超临界水中的全面腐蚀敏感性,取样周期分别为100、300、600、1 000、1 500h,对试样表面氧化膜进行扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析.结果表明:310-ODS钢在浸泡早期(300h)已经在表面形成较为致密的氧化膜,腐蚀速率快速降低;氧化膜为双层结构,内层致密富Cr,外层多孔富Fe,随着浸泡时间的增加,内层变得均匀,外层变化不大.310-ODS钢在600℃超临界水中的氧化过程满足固态生长机制,晶界处的Y2O3改善了材料的耐腐蚀性能.     

柱坐标下多孔介质反应体系传递过程的研究

多孔介质反应器内流体同固体骨架间的化学反应和流体的传输过程同时进行,并相互影响·采用Ergun-Forchheimer-Brinkman方程描述多孔介质中的流体流动,建立了柱坐标下多孔介质反应体系内对流-扩散-非线性反应数学模型·运用交替方向隐式(ADI)方法对模型离散求解·以固定床中铁矿石的间接还原反应为例,计算了不同条件下床层内反应气体浓度场和固体转化率分布·结果表明,增大入口渗流速度将使得反应气体浓度场升高,发生化学反应的区域加深,固体物料转化率增大·在反应器入口端附近,颗粒半径越小,固体转化率越高,但随反应区域的逐渐深化,固体转化率分布则呈相反变化的趋势·