高浓度CO2气氛下水泥生料分解过程的试验和特性评估

为掌握水泥生料在高浓度CO₂气氛中的分解特性并给出最佳操作建议,构建了水泥生料分解试验和分解特性评价系统,研究了不同反应气氛、反应温度、水泥生料质量分数对分解特性的影响,并采用非线性拟合方法进行特性评估.基于试验数据开展了水泥生料分解特性评估.结果表明,CO₂生成曲线峰值、排放总量和分解时间都随氧气体积分数的增加而增大,当气氛由21%O₂/79%CO₂转变为25%O₂/75%CO₂时较为明显.较高的分解温度和煤粉含量延长了水泥生料分解的时间,有助于提高CO₂的生成率和总量,增加分解产物中CaO的质量分数至71%以上.水泥生料在30%O₂/70%CO₂气氛下分解特性最佳,且较有利于CO₂捕集.当温度为1 005℃时水泥生料分解特性评价指数最佳.水泥生料质量分数为94%时,燃料用量和分解特性处于最优平衡状态.     

O2/CO2气氛下乙烷可燃极限的实验研究和计算

可燃极限是表征燃烧特性的重要参数之一.本文以5L圆柱形反应器为基础,搭建了可燃极限实验系统,对O₂/CO₂气氛下乙烷的可燃极限进行研究,并与空气气氛下乙烷的可燃极限进行了对比.结果表明,高浓度的CO₂降低了可燃气的可燃上限,提高了可燃气的可燃下限,分析了高浓度CO₂对可燃极限的影响机理.根据热理论,推导出C₂H₆/O₂/CO₂可燃极限的计算方法,将实验值与计算值进行比较,平均绝对偏差在2.2%以内,两者吻合较好.     

阻燃氨基树脂对胶合板燃烧时CO和CO2释放的影响

【目的】研究阻燃氨基树脂对胶合板燃烧时释放CO、CO₂的影响机制。【方法】基于锥形量热仪研究了辐射强度30、50 kW/m²条件下桉木、桉木胶合板、阻燃桉木胶合板燃烧过程中CO、CO₂的释放规律。【结果】CO₂释放速率和质量损失速率均在引燃阶段和炭燃烧阶段较高,在炭化阶段和阴燃阶段较低,释放规律受辐射强度影响较小; 辐射强度对CO释放规律的影响主要表现在炭化阶段; 阻燃氨基树脂中的氨基树脂使样品表面炭化层更为稳定,抑制了热解产物的挥发,造成燃烧后期CO₂的集中释放; 阻燃氨基树脂对CO的释放规律影响较大,而且这种影响又与辐射强度密切相关。低辐射强度以及IFR膨胀炭质层的阻燃作用使CO的转化率大大提高。【结论】阻燃条件下,胶合板燃烧中CO₂的释放速率与质量损失速率变化趋势一致; CO释放速率在阴燃阶段达到最高; 阻燃氨基树脂可抑制CO₂产生,促进CO产生。     

高温高压下N2和CO2对CH4/C2H6/C3H8混合气抑爆效果研究

油田伴生气经常会发生燃爆事故,为提升采油过程的安全性,需研究N₂与CO₂在井筒高温高压条件下的抑爆效果. 目前对于高温高压条件下固定可燃气体积分数,不同体积分数N₂和CO₂对爆炸特性影响的研究较少. 对40 °C,初始压力0.5、1.0、2.0 MPa,不同N₂和CO₂体积分数下CH₄/C₂H₆/C₃H₈混合气到达最大爆炸超压的时间、最大爆炸超压和爆燃指数K_G进行了相关研究,分析了不同初始压力和2种惰性气体对爆炸特性参数的影响. 试验结果表明:不同初始压力下N₂和CO₂各自的惰化机理相同;CO₂的惰化效果优于N₂且存在最优点,该点之前CO₂的惰化效果与N₂相比优势逐渐增强,由化学作用占主导地位,该点之后化学作用已达到最大效果,因此CO₂的惰化效果虽仍强于N₂,优势却逐渐减小.      

LN2/CO2复合制干冰对松散煤体降温特性

为研究LN₂/CO₂复合制备干冰对松散煤体的降温特性并实现最优复配,利用自主设计搭建的可视化凝华试验台,系统分析LN₂和CO₂在不同注输比下对管道内温度、压力及干冰成核效果的影响;以可视化凝华试验为基础,设计搭建松散煤体降温试验台,系统分析不同注输比下LN₂和CO₂在注输停注过程的传热特征及对松散煤体温度场的抑温效果。结果表明：CO₂凝华需要LN₂提供足够过冷度,当CO₂注输量不变,增大LN₂/CO₂注输比,管路内制冷温度降低,压力升高,LN₂和CO₂的混合流体换热效率增加,凝华发生时间提前;相变潜热引起的冷却能量具有时间-空间特征,压注阶段,箱体内各测点温度随时间持续下降,平面一降温速率明显快于平面二,低温区域逐渐呈锥形扩大;回温阶段干冰颗粒在煤层堆积,持续发挥降温惰化作用,注入口附近煤体与高温煤体之间...     

沼气水洗技术中解吸工艺对提纯性能的影响分析与优化

以中试规模的25 Nm³/h沼气压力水洗提纯实验系统为基础,耦合填料吸收塔/填料解吸塔和填料吸收塔/旋转解吸床两种工艺,研究解吸工艺对提纯性能的影响以及强化解吸的优化对比。塔/塔系统实验结果表明,当鼓风量Q_a从0增至20 Nm³/h时,吸收塔的分离效率快速上升(产品气CO₂体积分数y₂至3%以下)而后趋向稳定,权衡效率与能耗下Q_a与进气流量G的优化比值在3～4之间。在压力为0.85～1.15 MPa、温度为10～25℃、液气比1∶8～1∶5、进气CO₂体积分数为35%～50%及进气流量为15～30 Nm³/h条件下,分析了解吸对分离性能的影响程度及机理,发现当进水CO₂摩尔分数达0.000 1时相对纯贫液的传质单元数N_OG上升幅度在15.7%～42.8%之间。通过塔/床系统实验得出当转速增至840 r/min时,y₂快速下降至2.02%而后趋向稳定...     

锆酸锂的合成及其吸收CO2性能研究

以纳米级四方相ZrO₂(t)为反应物,采用高温固相法合成了在高温下可直接吸收CO₂的Li₂ZrO₃材料。用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线粉末衍射仪（XRD）分别分析了所合成材料的表面与结构特征,使用热重分析仪（TG）研究了Li₂ZrO₃材料吸收CO₂的性能。实验结果表明,吸收温度影响材料吸收CO₂的性能,500℃下Li₂ZrO₃材料具有最佳的CO₂吸收性能。此外,CO₂气体流量、Li₂ZrO₃材料样品重量以及升温速率均影响材料吸收CO₂的性能。     

含杂质CO2的管道输送

 作为CO₂捕集与封存的中间过程,管道输送是目前比较经济有效的CO₂输送方式。捕集到的CO₂通常含有氮气、氧气、甲烷、氩气、水蒸气等杂质,其对CO₂性质有不同程度的影响,进而影响CO₂的管输特性。采用Matlab 编程计算,利用Span Wag-ner 状态方程计算和分析了纯CO₂的物性参数(密度、黏度、比热等),对比了PR、SRK、BWRS 状态方程应用于CO₂物性计算的平均偏差,并以精度最高的PR 状态方程为基础,建立了一维可压缩流体管道模型,对含杂质CO₂管道在不同输送状态(超临界、密相、液态、气态)、不同杂质类型与含量、不同管道参数等条件下的管道稳态特性进行了研究。研究结果表明,PR 状态方程对于含杂质CO₂物性参数计算的偏差较小,在临界点附近也能有较高的精确度,可用于含杂质CO₂物性参数的计算;在相同输送条件下,CO₂管道密相输送的压降值最小、超临界状态输送的压降值次之、气态输送的压降值最大;杂质的存在使气液两相区的范围扩大,更容易出现两相流,增大摩阻。通过流动仿真,并与天然气管道对比,揭示了含杂质CO₂管道在多种稳态流动条件下的管道沿线参数变化规律。     

燃气轮机天然气掺氢燃烧及排放特性数值模拟研究

为了解掺氢对贫预混燃气轮机的性能影响,采用数值模拟的方法研究了某燃气轮机天然气掺氢比(体积分数0～30%)对其燃烧及排放特性的影响,对比了燃料体积流量恒定和热负荷恒定的情况下,掺氢对燃烧温度、NO_x、CO和CO₂排放的影响规律。结果表明,在燃料体积流量恒定的情况下：如果固定燃料当量比,掺氢会降低燃烧室热负荷,并能够降低燃气中CO和CO₂浓度,但会导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.48。在热负荷恒定的情况下,如果固定燃料当量比,掺氢能够降低燃气中CO和CO₂浓度,并导致出口燃气超温和NO_x排放超标;如果固定掺氢比,随着当量比的降低,燃烧温度降低,NO_x和CO₂浓度降低,CO浓度先降低后升高,当掺氢比为30%时,推荐的燃料当量比为0.47。...     

基于碳化反应提高古青砖防水性能的试验研究

采用甲基硅酸钠防水剂,以碳化反应为切入点,通过注入足量化学反应物CO₂,对提升古青砖防水性能展开研究.结合碳化反应过程中甲基硅酸钠溶液的pH变化及砖体吸水率,进行CO₂注入节点测定试验.采用正交试验研究碳化因素对古青砖防水性能影响的强弱.结果表明：古青砖吸收甲基硅酸钠溶液达到饱和后为最合适的CO₂注入节点.以吸水率作为指标进行极差分析,发现CO₂浓度对古青砖防水性能影响最大,作用时长次之,甲基硅酸钠浓度影响最小,最优碳化方案为：20%CO₂浓度、4 h作用时长、5%甲基硅酸钠浓度,经水滴入渗试验验证,最优组合内部也产生了很好的防水效果,远超过未经碳化处理的砖体,电镜扫描发现碳化改性后的砖体孔隙明显减少.     

纳米CeO2催化CO2和CH3OH合成碳酸二甲酯

在常压条件下,采用化学沉淀法制备了纳米二氧化铈(CeO₂)材料,应用其催化CO₂和甲醇(CH₃OH)直接合成碳酸二甲酯(DMC).考察了反应温度、CO₂压力和CeO₂用量对合成DMC收率的影响,结果表明CH₃OH用量为15 mL时,在反应温度140 ℃、CO₂压力4.0 MPa、催化剂用量0.15 g的最优条件下,合成收率可达47.9%.     

不同密度级别无烟煤粉催化燃烧研究

利用热重法研究了K₂CO₃对不同密度无烟煤煤粉燃烧特性和动力学的影响。结果表明:K₂CO₃能够改善煤粉的燃烧性能; 在K₂CO₃溶液最佳添加量浓度为 15%时, 低密度煤粉着火温度降低 56.7℃,中密度煤粉着火温度降低 30℃;随着K₂CO₃负载量的增加, 煤样的最大失重速率对应的温度先降低后升高, 但均低于原煤; 由于中密度煤粉矿物质含量高, K⁺离子含量低,在最佳催化剂含量下, K₂CO₃对低密度煤粉的催化作用优于对中密度煤粉的催化作用; K₂CO₃催化煤燃烧机理可用氧转移理论解释; K₂CO₃可减小体系表观活化能。     

桑托斯盆地盐下CO2聚集条件及对油气成藏影响

巴西桑托斯盆地盐下层系是近几年世界油气勘探的热点地区,但盐下已发现的油气田中普遍含有CO₂。通过对CO₂含量、CO₂碳同位素和伴生氦气同位素分析,明确桑托斯盆地盐下油气田中的CO₂成因类型主要为幔源无机成因。从CO₂成因类型出发,结合对桑托斯盆地盐下已发现油气田中CO₂含量与基底断裂展布关系,提出紧邻基底大断裂的油气田中CO₂含量往往高于远离基底断裂的油气田。同时,通过对桑托斯盆地盐下典型油气田中的CO₂形成条件和聚集成藏特征分析后,认为火山活动和晚期活化的基底断裂是桑托斯盆地盐下CO₂聚集成藏的主要控制因素,其中火山活动为CO₂的聚集成藏提供气源条件,晚期活化的基底断裂为CO₂聚集成藏提供了有利通道条件。受后期大量幔源CO₂源源不断地注入影响,油气藏中的油气组分发生蒸发分馏作用,并形成高含CO₂的凝析气顶和下部的稠油油环。     

注二氧化碳促排煤层瓦斯机制转化过程实验研究

为了厘清注CO₂促排煤层瓦斯机制及主导作用,采集了豫西荥巩煤田二煤层构造软煤煤样,利用大尺度煤层注气促排瓦斯模拟实验平台,进行了注 CO₂促排瓦斯实验.实验结果表明:注CO₂促排煤层瓦斯是一个动态演化过程,结合国内外专家对煤层注气驱替瓦斯机理的认识,给出了置换效应和驱替效应定义.以出气口CH₄体积分数的变化规律,将注气过程分为3个阶段对煤层注CO₂驱替瓦斯机制转化过程进行了研究.在CO₂突破腔体以前,主要表现为置换效应,注入CO₂的置换效应占主导地位;CO₂突破腔体之后,注入的CO₂一部分与CH₄发生置换吸附,另一部分与CH₄流出腔体,此时置换和驱替效应共存.针对整个实验过程,CO₂置换效应表现得更为明显,起主导作用.     

基于响应面分析的辉光等离子体解离CO2的工艺参数优化

采用辉光等离子体设备开展了CO₂解离及工艺参数优化试验。分别探究CO₂,CO₂/N₂,CO₂/N₂/He 3种试验气体中4种因素(时间、电流、体积及温度)对CO₂解离效果的影响,采用响应面分析法(RSM)优化并确定了最佳工艺参数,同时研究了3种气体最佳工艺下CO₂的解离效果。结果表明：纯CO₂解离时间85 min,电流16 mA,温度21℃,体积250 mL;CO₂/N₂解离时间87 min,电流24 mA,体积54 mL,温度20℃;CO₂/N₂/He解离时间51 min,电流32 mA,体积288 mL,温度20℃。CO₂/N₂/He混合气体CO₂解离效果最佳,CO₂/N₂混合气体CO     

影响锆酸锂吸收CO2循环性能的一些因素

以纳米级单斜相ZrO₂为反应物,按照n(Li₂CO₃) : n(ZrO₂) : n(K₂CO₃) = 1 : 1 : 0.03的比例制备了可在高温460～650℃下直接吸收CO₂的锆酸锂材料。使用热重分析仪（TG）进行了循环吸收CO₂性能的研究, 采用扫描电镜（SEM）、X－射线衍射仪（XRD）对再次合成的材料分别进行了形貌、结构的分析。实验结果表明,在吸收CO₂后材料的再次合成过程中合成温度及空气流量影响材料吸收CO₂的循环性能,在再次合成温度为750℃,空气流量为100mL/min的条件下,合成的材料具有良好的循环吸收CO₂的性能。     

设施农业增施CO2利用效率的影响因素及调控策略

 为提高设施农业增施CO₂的利用效率和经济效益,减少CO₂的逸散损失,降低成本,本研究以增施CO₂利用效率计算方法为基础,分析了增施CO₂利用效率的可能影响因素,探讨了提高CO₂施肥经济效益的有效技术与方法。分析表明,影响增施CO₂利用效率的主要因素为设施的换气次数、设施内外CO₂浓度差和植物的光合能力。因此,在进行CO₂施肥时,应综合考虑植物种类、生育阶段、栽培条件及其他环境要素等条件,选择适宜的CO₂增施方法、施肥浓度和施肥时间。     

Mg-MOF-74对CO2/CH4吸附分离的分子动力学模拟及气体吸附性能研究

天然气是一种环保型能源并且可被广泛用做化工原料，但是其中的CO₂会严重影响天然气的热值与输送性能，因此对天然气中的CO₂进行有效脱除尤为重要。选用Mg-MOF-74作为吸附剂，采用分子动力学模拟计算方法分析Mg-MOF-74对CO₂/CH₄吸附分离性能的影响。模拟计算结果显示，在一定的温度、压强条件下，CO₂比CH₄更容易与Mg-MOF-74的金属位点相结合，Mg-MOF-74对CO₂气体的相互作用力更强，从而证明Mg-MOF-74对CO₂的吸附能力也更好。为验证模拟结果的准确性，制备了Mg-MOF-74并测试了其CO₂/CH₄吸附性能，实验结果与模拟结果一致，证明Mg-MOF-74对CO₂有很高的选择性。     

基于碱法机理减少船舶CO2排放研究

提出了利用NaOH溶液吸收船舶CO₂的方法,分析了船舶CO₂回收机理,依据6135G128ZCa型船舶柴油机的特点,设计了船舶CO₂吸收系统,推导出船舶CO₂吸收效率数学模型.通过实例分析了NaOH溶液浓度变化、反应温度变化对船舶尾气中CO₂吸收效率的影响.验证了利用NaOH溶液吸收船舶尾气中的CO₂,能够有效降低船舶CO₂排放量20%以上,为未来船舶CO₂的减排技术奠定基础.      

CO2微通道气冷器的流场分解模拟及实验验证

为了研究CO₂流量分配不均匀度对气冷器流动特性和传热特性的影响,建立了跨临界CO₂制冷系统的微通道气冷器分解模型. 实验结果表明：随着CO₂制冷剂质量流量由110 kg/h增大到470 kg/h,扁平管内最大流量不均匀度由97% 降低到18%,流量是影响不均匀度的重要因素;流量分配不均度对CO2微通道气冷器的流动特性影响明显,而对传热特性影响较小. 比较了不同工况下相应的模拟结果与实验数据,平均换热系数误差为4.82%~38.25%,摩擦系数误差为6.09%~26.65%.