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2019年  第47卷  第4期

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研究论文
摘要:
以典型宁东煤-梅花井烟煤和羊场湾烟煤焦为气化样品,并与典型气化用煤-神府烟煤焦对比,采用热重分析仪及高温热台-光学显微镜联用系统原位研究煤焦气化反应活性,并结合焦样理化结构特性的系统表征对其进行关联解释。结果表明,在相同气化温度下,三种煤焦的气化反应活性大小顺序为:羊场湾烟煤焦>梅花井烟煤焦>神府烟煤焦。由高温热台实验原位研究可知,随着煤焦-CO2反应的进行,大部分煤焦颗粒反应形式以颗粒收缩进行,到达反应中后期,反应由颗粒收缩转变为缩芯形式,并通过投射面积收缩率可发现,相同反应时间下,羊场湾烟煤焦的投射面积收缩率最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。气化反应活性的差异主要归因于不同煤焦理化性质间的差异:羊场湾烟煤焦的比表面积、炭结构无序化程度和K、Na、Ca总含量最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。
摘要:
This work aims to investigate the structural evolution of the char during gasification under a single or mixed atmosphere of H2O and/or CO2 with the synchronized investigation of the effect of the varying char structure on the gasification reactivity. The experimental char was prepared from a bituminous coal at 1000℃. The changes of the char structure along with the progress of the carbon conversion during gasification were characterized using N2 adsorption, SEM, and Raman spectroscopy. The results revealed that H2O showed a more dramatically change on the char structure than CO2 and two reactants had different reaction pathways. The different pathways of reactants affected the evolution manners of the char structure and different gasification reactivity of char was related to structural evolution. The specific reaction rate between the char and CO2 decreased monotonously with increasing carbon conversion. However, the opposite trends are observed when H2O exist, either H2O alone or the mixtures of H2O and CO2. The char gasification reactivity was under the common effect of physical and chemical structure. In terms of the mixture of H2O and CO2, the significant specific surface area caused by H2O provided more active sites for CO2. The interactions between H2O and CO2 promoted reaction between C and CO2 (C + CO2 → CO) in mixtures of H2O and CO2, leading to higher amount of CO and higher specific reaction rate than calculated.
摘要:
在加压固定床反应器上研究了Fe催化剂在不同比表面积煤焦中分散性对催化加氢气化性能的影响,利用XRD、BET、H2-TPR、FT-IR、TEM、拉曼光谱对煤焦及催化剂进行了分析表征。结果表明,煤焦活性位点和石墨化程度并非影响催化气化反应的唯一因素,而催化剂的分散性对反应影响更大。煤焦的比表面积越大,Fe催化剂在煤焦表面的分散更均匀,催化剂活性组分平均晶粒粒径越小,并可以促进煤催化加氢气化中间相产物Fe3C的生成,甲烷收率越高。对于比表面积较高的900-char,在氢气压力为2 MPa,温度为750 ℃,Fe负载量为5%(质量分数)时,催化加氢气化甲烷收率可达53%。在900-char上考察了Fe催化剂负载量对催化加氢气化的影响,甲烷收率呈先增加后降低的趋势,Fe负载量存在饱和点。
摘要:
选用内蒙古的胜利褐煤作为研究对象,通过固定床反应装置对褐煤进行不同温度(200-300 ℃)下的低温氧化,利用FT-IR、Raman和XPS等方法对氧化处理后煤样的结构进行了表征,考察了不同温度下低温氧化对褐煤微结构和质量变化的影响,并利用热重分析仪研究了氧化后煤样的燃烧反应性能。结果表明,温度对低温氧化过程中胜利褐煤的质量变化率影响较大,低于220 ℃时,褐煤的质量变化率很小,高于220 ℃时,质量变化率有明显的改变。特别在220-230 ℃,煤样的质量变化率由5.80%(220 ℃)突变为42.55%(230 ℃)。FT-IR/Raman/XPS表征结果显示,220 ℃氧化后的煤样中有明显的苯醌类结构形成,此结构的形成使苯环骨架C=C的伸缩振动吸收峰发生红移,且Raman谱图中D峰位置偏移,D峰和G峰两峰间距增大。氧化温度低于220 ℃的煤样表面C-O-和C=O的含量均增加,推测煤样在220-230 ℃质量变化率的突变主要与苯醌类结构的氧化分解有关。
摘要:
采用一维沉降炉,辅以灰熔点仪的实验方法,将蛭石与高钠高钙准东煤掺混燃烧,研究其对高钠高钙准东煤结渣特性的影响。结果表明,随着蛭石掺烧量的提高,灰熔点温度呈现先降低后升高的趋势,当掺烧量为6%时灰熔点温度最低;蛭石掺烧量越高,高钠高钙准东煤结渣情况改善越明显,当掺烧量达到4%时,渣样变得疏松多孔,质地变脆,渣样与沉积探针之间的黏附性较弱,极易通过吹灰除去,建议蛭石掺烧量为4%;煤灰中原始矿物质以石英、钙铝黄长石或钙黄长石以及辉石类的低熔点矿物质为主,掺烧蛭石后,含钠的绿辉石矿物质被转化为韭闪石,含铁的斜辉石、赤铁矿等矿物质被转化为铁橄榄石,渣样中的矿物质均以高熔点的镁橄榄石为主;蛭石具有固钠的作用,取样温度越低,蛭石掺混量越高,其固钠效果越明显。
摘要:
以对苯二甲酸(H2BDC)为配体、乙酸钴为Co源、水作溶剂,通过共沉淀法合成了金属有机框架材料(Co-BDC MOFs);以其为前驱体分别在乙炔和氩气氛下采用化学气相沉积法制备了核壳结构Co@C催化剂。结合XRD、氮吸附、SEM、TEM、XPS、TGA和Raman光谱等手段对Co@C催化剂的结构和组成进行了表征,考察了该催化剂在费托合成反应中的活性及稳定性。结果表明,炭化气氛对炭层结构的石墨化程度有较大影响,而对金属Co核的物相结构和粒径影响较小;乙炔气氛有助于形成多孔的石墨炭壳,从而促进烃链的生长,Co@C-C2H2催化剂上的C5+烃产物选择性高达82.66%,反应过程中催化剂物相由单相金属Co转变为金属Co与Co2C的混合相,且无失活现象发生,表明Co2C具有较高的费托反应催化活性。
摘要:
采用物理掺杂法制备了生物质灰分作为助剂的融铁催化剂,通过X射线衍射、透射电镜、穆斯堡尔谱等方法对催化剂进行了表征,并在固定床反应器中对其CO2加氢制高碳烃的催化性能进行了评价。结果表明,与不含生物质灰分助剂的催化剂相比,添加助剂的融铁催化剂粒径较小且尺寸分布较窄,Fe3O4、Fe5C2、Fe3C和α-Fe四相协同共存,进而促使逆水气变换反应与C-C偶联的串联反应高效进行,在有效抑制甲烷生成的同时,可明显提升高碳烃选择性。高碳烃产物以C4-18的烃类为主,在300 ℃、1.0 MPa、4800 h-1、H2/CO2=3.0、助剂添加量为5%(质量分数)的条件下,其在烃类产物中选择性最高可达73.9%。
摘要:
Y-Co3O4 catalysts with Y/Co molar ratio of 0.03 were prepared by several methods, such as one-step hydrothermal, two-step hydrothermal, and impregnation methods, to catalyze the decomposition of N2O. Among these catalysts, the one prepared by one-step hydrothermal method exhibited the highest activity, and then the Y-Co3O4 catalysts with various molar ratios of Y/Co were synthesized by one-step hydrothermal method. Subsequently, the optimized 0.03Y-Co3O4 was impregnated by K2CO3 solution to prepare K-modified catalyst and named as 0.02K/0.03Y-Co3O4. These catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), nitrogen physisorption, hydrogen temperature-programmed reduction (H2-TPR), oxygen temperature-programmed desorption (O2-TPD), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques. The results show that both Co3O4 and Y-Co3O4 exhibit spinel structure, however Y-doped Co3O4 catalysts are more active than bare Co3O4. After further modified by potassium, the 0.02K/0.03Y-Co3O4 reveals higher activity due to the more active sites (Co2+) and easier desorption of surface oxygen species than un-modified 0.03Y-Co3O4. In detail, the temperatures of N2O full conversion over 0.02K/0.03Y-Co3O4 catalyst are 325, 350, 375℃, under the reaction atmospheres of 1%N2O+Ar, 1%N2O+2%O2+Ar, 1%N2O+2%O2+8.2%H2O+Ar, respectively. In addition, over 90% conversion of N2O can be maintained at 350℃ after continuous reaction for 50 h in the co-presence of oxygen and steam on K-modified Y-Co3O4 catalyst. There is a dynamic compensation effect between apparent activation energy (Ea) and pre-exponential factor (A) in N2O decomposition over Y-Co3O4 and K-modified catalysts.
摘要:
采用液相沉淀法制备了Co3O4催化剂,并对其进行还原-氧化预处理制得Co3O4-RO。通过XRD、N2-physisorption、Raman、H2-TPR、XPS和O2-TPD等技术对催化剂进行表征,在连续流动微反应装置上考察了催化剂催化分解N2O性能。结果表明,经过还原-氧化预处理,与Co3O4催化剂相比,Co3O4-RO结晶度变差,晶粒粒径减小,尤其是尖晶石结构重构过程削弱了Co-O键,增强了催化剂表面的氧物种脱附能力,降低了催化分解N2O反应的活化能,因而显著提高了催化剂的催化活性。同时,Co3O4-RO对原料气中的O2 2%(体积分数)和H2O 2.3%(体积分数)表现出较强的耐受性。
摘要:
以经不同温度(120、250、350、450 ℃)焙烧处理的ZrO2为载体,采用沉积-沉淀法制备了系列CuO/ZrO2催化剂;考察了富氢气氛下催化剂的水煤气变换反应(WGS)催化性能。结果表明,CuO/ZrO2催化剂的催化活性随ZrO2载体焙烧温度的升高呈现先升高后降低的"火山型"变化趋势,在焙烧温度为250 ℃时取得最高值。采用X射线粉末衍射、N2物理吸附-脱附、N2O滴定、H2程序升温还原和CO程序升温还原及质谱跟踪等技术研究了系列ZrO2载体及CuO/ZrO2催化剂的结构和还原性能。结果表明,随着ZrO2焙烧温度的升高,一方面,CuO/ZrO2催化剂的Cu分散度逐渐降低,与ZrO2具有强相互作用的高分散活性Cu-[O]-Zr物种("[]"表示ZrO2表面氧空位)逐渐减少;另一方面,Cu-[O]-Zr物种的还原能力逐渐增强,并诱导催化剂活性表面羟基的还原能力也相应增强(CO为还原剂),即降低了催化剂对WGS反应的起活温度。两方面的综合作用使得ZrO2载体焙烧温度为250 ℃(中等温度)时,CuO/ZrO2催化剂的WGS催化活性最高。
摘要:
采用后嫁接法制备了不同铝负载量的Al-MCM-41分子筛。运用XRD、N2吸附-脱附、NH3-TPD、Py-FTIR等方法对分子筛进行物性表征,利用固定床评价其对噻吩的吸附性能。通过将分子筛吸附噻吩能力与分子筛的酸性质及织构性质进行关联,考察烯烃存在对Al-MCM-41活性位物种吸附脱硫机制的影响。结果表明,铝物种的引入即产生了B酸中心,也同时产生了两种类型的L酸中心L1和L2。引入低含量铝物种利于形成B酸中心和L1型酸中心,引入高含量铝物种利于形成L2型酸中心。其中,L2型酸中心对噻吩的吸附效果最佳。烯烃和噻吩在B酸中心发生竞争吸附和催化转化反应,且催化转化反应占主导地位。L2酸中心的存在促进了B酸中心上的催化转化反应,其所生成的大分子硫化物取代噻吩吸附在分子筛酸活性中心上提高了Al-MCM-41分子筛的饱和吸附硫容量。
摘要:
以硝酸锆、硝酸铜和硝酸钴为金属源,过硫酸铵作为浸渍液,采用共沉淀浸渍法合成出固体超强酸催化剂S2O82-/ZrO2、S2O82-/ZrO2-CuO和S2O82-/ZrO2-CoO,通过XRD、FT-IR、NH3-TPD、BET对催化剂进行表征。结果表明,Co(钴)改性催化剂S2O82-/ZrO2-CoO在三种催化剂中超强酸位最多。将其作为催化剂,过氧化氢作为氧化剂用于FCC汽油氧化脱硫反应,研究不同反应温度、催化剂用量、反应时间、氧化剂用量对FCC汽油脱硫效果的影响。结果表明,FCC汽油氧化脱硫的最佳条件为:反应温度70 ℃,反应1.5 h,FCC汽油加入量与氧化剂体积比7.5:1,催化剂用量0.02 g/mL。反应产物利用N,N-二甲基甲酰胺进行萃取分离,萃取剂/汽油体积比为1:1时,FCC汽油脱硫率最高可达85.34%,回收率为94.45%,并且催化剂表现出较为稳定的催化活性。
摘要:
以生物质气化焦油典型组分——苯作为模型物,采用填充床介质阻挡放电(DBD)对气化燃气氛围中的苯进行脱除。考察了燃气组成、填充物种类、反应温度及催化剂还原方式对苯脱除的影响。结果表明,反应温度200 ℃时,空气气化燃气与水蒸气气化燃气氛围内的苯脱除率比较接近,但燃气中存在少量O2会导致脱除率明显下降。并且,提高放电能量密度,使用高介电常数、高比表面积及孔容积的填充物能提高苯脱除率。采用传统还原和等离子体还原两种方式分别制得Ni/γ-Al2O3(C)、Ni/γ-Al2O3(P)催化剂,以Ni/γ-Al2O3(C)为DBD填充物,反应温度在230-330 ℃时,苯脱除率随温度升高而下降,330 ℃时达到最低脱除率11.6%;温度高于330 ℃,苯脱除率随温度急剧上升且在430 ℃达到最大值85.4%。等离子体还原可制得大比表面积及高分散性的Ni/γ-Al2O3(P),其苯脱除率随温度变化的趋势与Ni/γ-Al2O3(C)一致,但在430 ℃时达到更高的脱除率90.0%。苯脱除过程中燃气的甲烷化可提高出口燃气中CH4浓度,但燃气的热值略有下降。
摘要:
通过简单溶剂热法制备了一种新型复合光催化剂BiVO4/MIL-53(Fe);运用XRD、SEM/EDS、FT-IR、N2吸附-脱附和UV-vis DRS等手段对其进行表征,并对其光催化降解RhB活性进行了研究,提出了相应的光催化降解RhB的可能机理。结果表明,相较于单一BiVO4材料,复合催化剂的比表面积增大,且其光催化效率相较于纯BiVO4和MIL-53(Fe)也有了较大的提高;其中,BF-2复合材料的光催化活性最高,分别约为纯MIL-53(Fe)和BiVO4的5.2倍和8.1倍。同时,BiVO4/MIL-53(Fe)复合光催化剂经过四次循环实验后,仍能保持较稳定的光催化活性和结构。