1 东南大学能源与环境学院, 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室, 江苏 南京 210096
2 中冶华天工程技术有限公司, 安徽 马鞍山 243005
以焦炉上升管内壁结焦炭层为研究对象, 采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究各结焦炭层的微观形貌、 元素组成及键合状态, 分析结焦炭层织构形成及演化规律。 SEM研究表明, 焦炉上升管内壁各结焦炭层形貌呈现较大的差异性, 1#结焦炭层呈现0.1～1.0 μm颗粒化炭颗粒松散堆叠的多孔结构, 2#和3#结焦炭层呈现粒径为 1.0～3.0 μm 的炭颗粒堆积形貌且致密性有所提高, 4#结焦炭层呈现大量花纹状致密结构。 以上现象可说明结焦炭层的形成过程为: 首先由荒煤气中多环芳烃形成0.1～1.0 μm的颗粒状初级炭层, 颗粒状初级炭层在荒煤气粉尘中金属元素(如Fe)的催化作用下相互反应, 形成更为致密的1.0～3.0 μm的中级炭层结构, 中级炭层在高温条件下进一步形成致密的终级炭层结构。 XPS分析表明, 1#—4#结焦炭层含C量分别为91.78%, 91.95%, 92.74%和94.01%, 含O量分别为5.58%, 5.42%, 4.39%和2.86%, C/O比分别为16.45, 16.96, 21.12和32.87, 说明在炭层结构变化的同时, 炭层中含氧基团在高温及粉尘中金属元素(如Fe)作用下发生脱除反应, 使得炭层中宏观C/O比逐渐升高。 在此基础上, 通过对C元素键合状态分峰发现, 1#—4#结焦炭层中C—C/C—H结构含量分别为80.42%, 78.00%, 75.50%和81.29%, C—O/C—N结构含量分别为10.22%, 11.93%, 13.54%和9.35%, CO/CN结构含量分别为9.36%, 10.07%, 10.96%和9.36%。 O元素键合状态分峰发现, 1#—4#结焦炭层中O结构含量分别为20.40%, 22.21%, 19.93%, 18.36%, —O—结构含量分别为24.60%, 27.80%, 31.35%, 37.82%, O2/H2O结构含量分别为55.00%, 49.99%, 48.72%和43.82%。 以上现象说明结焦炭层上发生如下化学变化: 初级炭层中多孔结构会吸附荒煤气中的氧气(O2)和水分子(H2O)在高温条件下对炭层进行氧化。 脱除反应和氧化反应使得炭层中O元素在微观键合状态发生明显改变, 最终使得炭层中O2/H2O和O结构含量降低, —O—结构含量升高。 以上研究揭示了荒煤气上升管结焦炭层织构形成及演化机制, 为解决焦炉荒煤气上升管内壁结焦问题, 提高换热器效能, 降低焦化企业能耗提供了实验基础和理论依据。
光谱学分析 结焦机理 织构 扫描电子显微镜 X射线光电子能谱 分峰拟合 Spectroscopy analysis Coking mechanism Texture Scanning electron microscope X-ray photoelectron spectrometer Peak fitting 光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3333
1 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室, 东南大学能源与环境学院, 江苏 南京 210096
2 中冶华天工程技术有限公司, 安徽 马鞍山 243005
以焦炉上升管内壁结焦炭层块为研究对象, 采用X射线荧光光谱仪(XRF)、 X射线衍射仪(XRD)、 傅里叶红外光谱仪(FTIR)和激光共聚焦拉曼光谱仪(Raman)对结焦炭层的元素组成, 以及各结焦炭层的矿物组成、 组成结构和分子结构进行测试。 分析从结焦炭层块外表面向内表面过渡的各结焦炭层的差异性, 揭示焦炉上升管内壁结焦机理。 结果表明焦炉上升管内粉尘中Fe, S和Cr极易催化荒煤气中蒽、 萘等稠环芳烃化合物成炭, 在焦炉上升管内壁形成炭颗粒沉积, 为焦油凝结挂壁提供载体, 在荒煤气温度降至结焦温度时易结焦积碳。 结焦炭层均含有芳香层结构, 随着结焦炭层从外表面向内表面过渡, 各结焦炭层的面层间距(d002)逐渐降低、 层片直径(La)先降低后增加、 层片堆砌高度(Lc)和芳香层数(N)先稳定后增加。 结焦炭层石墨化过程是由结焦炭层内表面向外表面进行, 主要包括其片层外缘的羧基和部分C—O结构的降解剥离, 从而形成高度规整的共轭结构。 结焦炭层块中C元素是以结晶碳与无定型碳的混合物形式存在。 以上研究为解决焦炉上升管内壁结焦及腐蚀问题, 提高换热器换热效率, 有效回收焦炉荒煤气显热, 降低焦化企业能耗提供实验基础和理论依据。
结焦机理 X射线荧光光谱 X射线衍射光谱 傅里叶变换红外光谱 激光共聚焦拉曼光谱 光谱学分析 Coking mechanism X-ray fluorescence spectrometer X-ray diffractometer Fourier transform infrared spectroscopy Laser confocal Raman spectrometer coke layer Spectroscopy analysis 光谱学与光谱分析
2019, 39(10): 3148
太原理工大学 机械工程学院 车辆工程系, 太原 030024
为了获得结构简单、成本相对低廉的高功率780nm激光, 采用了单块倍频晶体的腔外倍频方法。分布式反馈半导体激光器产生的连续激光注入光纤放大器后, 通过周期极化铌酸锂晶体进行准相位匹配, 取得了铷原子的饱和吸收光谱。结果表明, 该激光器产生了1.2W的倍频光, 具有较高的输出功率。这一结果对铷原子钟、原子干涉仪等冷原子物理实验的小型化是有帮助的。
激光光学 倍频 准相位匹配 周期极化铌酸锂晶体 铷原子 laser optics frequency doubling quasi-phase matching periodically poled lithium niobate crystal Rb atom
1 中北大学， 仪器科学与动态测试教育部重点实验室， 山西 太原 030051
2 清华大学精密仪器与机械学系， 精密测试技术及仪器国家重点实验室， 北京 100084
3 中国计量科学研究院清华大学精密测量联合实验室， 北京 100084
应用荧光法和飞行时间(TOF)法实现了冷原子束纵向速度谱、通量及原子能态分布的在线检测。设计用于荧光收集的光学系统和机械结构，实现了焦距可微调的即插即用式荧光检测装置，实现了冷原子束检测系统的集成性和检测结果的高信噪比(SNR)。利用LabView软件实现对光电倍增管(PMT)、飞行时间法检测时序及检测激光的扫频范围等的控制，可在线得到原子束性能参数，并对数据进行平滑处理。检测结果表明，检测系统检测信号的信噪比为571(在20 ms内)。
原子与分子物理学 冷原子束 飞行时间法 荧光法 能态检测
1 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 清华大学 精密仪器与机械学系, 北京 100084
2 中国地质大学信息工程学院, 北京 100084
3 中北大学电子与计算机科学技术学院, 山西 太原 030051
本文提出一种利用磁光阱冷却捕获技术制备低速、连续、单色性好原子束的方法及技术。采用3维磁光阱从背景Rb蒸汽中捕获Rb87原子进行冷却、捕获形成原子云团，利用在纵向方向上结构设计的小孔将冷原子云团推出形成冷原子束，并在原子束行进方向上采用2维光学黏胶对原子束进行准直，采用态制备激光对其进行态制备，全部制备到Rb87原子的基态能级｜F=1上，从而为原子惯性技术(原子干涉仪、原子重力仪、原子加速度计)、原子频标(原子钟)提供低速、连续、单色性好的原子束。文章对于制备技术的实验系统及实验结果进行了详细的阐述。
原子束 磁光阱 态制备 atomic beam MOT state preparation
