CaO对褐煤和无烟煤热解产物分布及煤焦结构的影响

为研究CaO对不同变质程度煤在催化热解过程中的作用规律,以锡林郭勒褐煤和宁夏石嘴山无烟煤为研究对象,利用实验室小型固定床反应器,研究了CaO对褐煤和无烟煤热解特性及煤焦结构的影响,运用X射线衍射(XRD)及傅里叶红外光谱(FT-IR)对比研究了不同温度下褐煤、无烟煤添加CaO前后热解半焦微晶结构以及脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数的变化规律。试验结果表明:在900℃时,添加质量分数2%Ca O的褐煤煤样H2累积产率最大,达39.11 m L/g;添加CaO后煤样在高温热解阶段生成CO的累积产率大于未添加CaO煤样的量。与加入CaO相比,温度对芳香层片间距和芳香层片直径影响更大;热解温度为900℃时,随着CaO的加入,褐煤半焦芳香层片堆积高度和晶层数逐渐增大;而对于无烟煤半焦来说,则与之相反;加入CaO的褐煤和无烟煤热解半焦的微晶结构偏离石墨化程度大于未加入Ca O的热解半焦。褐煤半焦的脂肪结构、芳构化、富氧程度等红外结构参数普遍高于无烟煤半焦。高温时,缩合反应程度增大,CaO促进半焦的转化率提高,导致芳构化参数变大;原煤中C O基团很少,高温下通过CaO促进芳环裂解和CO2反应生成C=O基团,进而导致半焦中富氧程度呈升高趋势。     

伊宁长焰煤催化热解产物收率的研究

煤的催化热解对煤的有效利用具有重要意义,利用格金低温干馏炉研究四种催化剂CaO、MgO、K2CO3和Na2CO3在不同添加量条件下对新疆伊宁长焰煤热解产物收率的影响。结果表明:随着添加量的增加,碱土金属氧化物CaO和MgO均可以提高半焦收率、降低焦油收率,而碱金属碳酸盐K2CO3和Na2CO3均提高煤气收率、降低焦油和半焦收率,对总水收率影响不明显。     

Fe_2O_3/CaO复合催化剂对低阶煤催化热解行为的影响

为了实现低阶煤的分级分质高效利用,采用Fe_2O_3/CaO作为复合催化剂,以子长禾草沟煤矿和大同矿区的煤样为研究对象,采用热重分析研究了不同添加量时,Fe_2O_3/CaO复合催化剂对子长煤和大同煤热解行为的影响,并从动力学角度和煤热解产物气相组分变化方面探讨了催化热解机理。结果表明:Fe_2O_3/CaO复合催化剂的加入对煤的热解有催化作用,对不同煤种的催化效果不同,加入催化剂后,煤催化热解的活化能降低,随着催化剂的加入,各段温度范围显著降低,使反应更加容易进行。同时热解气相组分也发生了明显的变化,促进了挥发分的逸出,使得煤的裂解和缩聚等反应更容易进行。过量Fe_2O_3/CaO复合催化剂的加入会对煤的热解有抑制作用,加入质量分数5%的Fe_2O_3/CaO催化效果最好。     

混合方式对CaO/煤焦水蒸气气化反应的影响

采用某内蒙烟煤,基于加压固定床反应器,通过气体产物分析研究了CaO/煤焦混合方式以及反应条件对煤焦水蒸气气化反应的影响。研究表明,在相同反应气氛下,添加CaO能够显著提高煤焦水蒸气气化反应速度,且其提高程度与CaO/煤焦的混合方式有关,与不添加CaO时相比,CaO/煤焦混合物共热解制得的煤焦/CaO水蒸气气化反应速度可提高182.34%,而煤单独热解制得煤焦与CaO机械混合的煤焦/CaO水蒸气气化反应速度仅提高21.13%,钙离子在煤焦中的分散程度是影响CaO/煤焦水蒸气气化反应的主要因素。CaO/煤焦水蒸气气化反应速率随Ca/C摩尔比增加先升高后降低,在Ca/C摩尔比约为1.0时反应最快。当温度由650℃升高至750℃,CaO/煤焦水蒸气气化反应速度提高了594.67%;水蒸气分压力由0.35 MPa提高至0.50,0.65 MPa,气化反应速度分别提高了95.86%和204.14%。     

催化剂的添加对煤化学链燃烧过程的影响研究

利用热重分析仪,研究了煤直接化学链燃烧中催化剂的添加对煤化学链燃烧过程的影响。实验结果表明:催化剂的添加可以降低煤直接化学链燃烧过程中煤的气化温度,提高气化速率及煤的转化程度。5种催化剂对于原煤转化过程的催化作用满足K2CO3>Na2CO3>Ca(NO3)2>KCl>K2SO4。催化剂的添加会造成载氧体表面催化剂以及煤灰分甚至未燃尽碳的黏结。担载5%K2CO3催化剂之后的煤在5次循环直接化学链燃烧过程中,载氧体的循环性能降低。     

河南义马煤加氢热解的热重法研究

采用热重方法研究了义马煤在氮气中的热解和加氢热解的反应性。结果显示:义马煤有较好的热解反应活性,热解温度较低,是加氢解聚利用的较适宜煤种;义马煤加氢热解的失重率为55.20%,比氮气条件下增加了11.75%,显示加氢对提高煤热解转化率有明显的作用,提高的转化率主要源于煤的活泼热分解阶段;催化加氢能使整体的反应温度有较大程度的提前。     

溶胀预处理煤热解特性研究

以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂溶胀预处理煤为研究对象,利用热重分析研究其热解特性,考察了溶胀条件对褐煤及溶胀预处理对不同变质程度煤热解反应的影响。研究发现,溶胀预处理后大多数煤样热解转化率提高,原煤经溶胀预处理后其热解过程表现出明显的两阶段失重。溶胀温度升高和超声作用时间增加,抑制溶胀褐煤的热解转化,溶胀预处理时间对褐煤热解过程影响较小。溶胀预处理对褐煤转化率提高幅度最大,溶胀贫煤失重率反而较原煤降低。     

松枝与浮选尾煤共热解协同效应及动力学分析

为研究松枝与浮选尾煤共热解协同效应及动力学参数,采用热分析天平研究了松枝不同添加比例与浮选尾煤共热解协同效应,并在此基础上计算分析了松枝不同添加比例下与浮选尾煤共热解的N级(n=1,2,3)热解反应模型。实验结果表明:松枝与浮选尾煤单独热解规律不同,松枝的最大热解失重速率大于浮选尾煤。当热解终温为900℃时,松枝和浮选尾煤失重率分别为74.33%和13.25%,二者主要热解阶段的温度范围有相互重叠部分,有存在发生相互协同效应的可能性。当松枝添加比例在20%~80%时,反应级数n=2时松枝不同添加比例与浮选尾煤共热解动力学方程拟合度较好,且共热解过程中所需活化能要低于浮选尾煤和松枝单独热解时所需活化能,有利于共热解反应的进行,进而导致挥发分更易析出。     

硫酸化反应对天然CO 2载体CaO高温循环碳捕集的影响

研究了碳酸化炉烟气中存在SO 2时,CaO硫酸化反应对系统平均碳酸化转化率、CO 2捕集效率和煅烧炉再生CaO所需能量的影响。结果表明：在相同CO 2载体流量比率时,硫酸化引起了平均碳酸化转化率和CO 2捕集效率下降;当载体流量比率相同时,硫酸化时煅烧炉所需能量均低于无硫酸化时,增加载体补充流量比率能减缓硫酸化对煅烧炉所需能量的影响,增大载体循环流量比率能加剧硫酸化对能量的影响作用;在相同CO 2捕集效率时,硫酸化时煅烧炉所需能量均高于无硫酸化时;当烟气中SO 2为CO 2体积的1%和CO 2捕集效率达到90%时,硫酸化时煅烧炉所需能量为290 kJ/ mol CO 2,比无硫酸化时所需能量增长了14%。     

调质对钙基固硫剂固硫效果影响的TG-FTIR研究

针对目前燃中固硫技术普遍存在的钙转化率较低、固硫效果不理想的问题,以不同的调质剂分别浸渍CaO,然后把调质后的CaO以添加和不添加Fe2O3助剂两种形式与高硫煤在模拟空气中燃烧,采用TG-FTIR的测试方法对固硫效果进行定性分析.实验结果表明,将钙基固硫剂分别用2%的NaCl、2%的Na2CO3、50%的乙醇和25%的乙酸溶液浸渍后与煤混燃,经TG-FTIR在线分析,得出用50%的乙醇浸泡后CaO的固硫效果较好,其烟气红外3D图上,SO2峰的高度最低,调质剂的固硫效果依次为:50%乙醇＞2%NaCl＞25%Na2CO3＞2%的Na2CO3;在加入助剂Fe2O3后,经50%乙醇浸渍过的CaO固硫效果显著提高,固硫率达到97.42%.     

钙基吸收剂吸收和释放CO2特性的研究

对CaO及白云石煅烧产物吸收CO2进行了研究.结果表明,CaO作为吸收剂,在CO2体积分数为20%的气氛下,当反应温度为550 ~700 ℃时,CaO能有效地吸收CO2;当温度为800°C时,生成的CaCO3开始分解,870 ℃时分解速率最大.白云石作为吸收剂,其热分解分为两步,在N2气氛下,这两步的反应温度范围有所重合;在CO2气氛下,所生成的CaCO3分解温度提高,两步反应区分明显.     

焦炭与原煤混烧和分别燃烧时NO生成的差异性

以3种具有不同煤阶的原煤作为试样,将其热解后制备的焦炭与原煤采用2种方法进行实验：混烧和分别燃烧,在973~1 373 K范围内研究了NO的生成规律.研究发现,焦炭和原煤混烧生成的NO大于其分别燃烧时生成的NO的总和.而且当焦炭占混合物的质量分数为13.04 %时,随着燃烧温度的提高,2种方法所得NO的差异还有增大的趋势.在此温度范围内,当混烧时,焦炭对NO的主要作用表现为对其前驱物的吸附.     

热解气氛对煤催化热解焦油品质的影响

为考察不同热解气氛对煤热解产物分布及焦油品质的影响,在固定床反应器内,以粒径范围为0.2～0.5 mm的和什托洛盖煤为研究对象,依次考察了热解温度、热解气氛和模拟热解气（SPG,N2+H2+CH4+CO+CO2）经过不同填装催化剂后对煤热解产物分布及焦油组成的影响。实验结果表明：N2气氛下,煤在550～750 ℃范围内进行热解时,在600 ℃热解时的焦油产率最大,为15.0%,是格金理论焦油产率的83.3%;在考察各热解气组分及模拟热解气对煤热解特性的影响时,发现以模拟热解气为热解气氛时,焦油中轻质焦油质量分数（沸程＜360 ℃）为63.2%,比在N2气氛下提高6.6%;当煤在通过各种催化剂层后的模拟热解气氛中热解时,获得的焦油产率均下降,但焦油中轻质焦油质量分数显著提高。其中,当模拟热解气通过Ni,Mo质量比为1∶1的4%Ni-4%Mo/HZSM-5催化剂时,煤热解焦油中轻质焦油质量分数为68.6%,这比无催化剂条件下煤在模拟热解气氛以及N2气氛中获得的轻质焦油质量分数分别提高8.5%和15.6%。     

采用配煤及添加助熔剂降低不连沟煤灰熔融性的试验研究

为降低不连沟煤的灰熔融性,进行了配煤试验和加入不同助熔剂的试验,得到了较为合理的操作方法:利用A煤可在配入量为60%时有效降低不连沟煤的灰熔融性,利用CaO作为助熔剂可在干基煤添加量为2%时将原煤的流动温度降低至1390℃。由配煤添加助熔剂以降低灰熔融性的试验可知,不同的助熔剂对于2种配煤各有不同的作用结果。通过对煤中灰分的理想化假设,计算出理想灰分的硅铝比和硅钙比分别为1.18、1.07,以此推算并解释不同助熔剂在降低煤灰融性方面的作用机理,指出推算结果与试验结果基本相符。     

CO2气氛中低变质煤微波热解研究

煤-循环煤气微波共热解是煤清洁高效转化利用的一种新技术。为深入剖析其作用机理,主要研究了二氧化碳气氛中低变质煤的微波热解过程,系统考察了微波功率、热解时间、气体流量和煤样粒度等因素对热解产品收率、组成及煤气成分的影响。结果表明：CO2加剧了低变质煤的微波裂解程度,使原煤中挥发分析出较多,有机质分解加快,兰炭中矿物质有效富集。在微波功率960 W、热解时间40 min、CO2流量0.56 L/min、低变质煤样粒度5～10 mm的优化工艺条件下热解,兰炭收率最高可达60.8%,液体产品（煤焦油和热解水）收率最高可达21.8%,煤气中有价成分（CO+CH4+H2）体积分数达54.03%。所得兰炭中固定碳含量达84.89%,满足FC-4级兰炭标准;挥发分含量为4.86%,满足V-1级兰炭标准。所得煤焦油中烷烃类化合物含量高达35.5%。     

低变质煤水热提质及气化特性研究

将低变质煤在高压反应釜中进行不同温度(100℃~250℃)的水热提质试验,然后采用非等温热重分析法对不同提质煤进行CO2气氛下的气化特性分析。分析结果表明,水热提质后煤样表面形貌发生较大变化,煤整体结构发生收缩,表面结构致密化并产生裂缝和断裂。原煤和提质煤在气化过程中均经历了热解和碳气化这2个主反应段。随着水热温度增加,提质煤由于挥发分含量减小使其热解段的反应速率明显下降,而碳气化段反应速率增加不明显;在碳气化段,提质煤的碳转化率随着水热温度的升高而有所增加,煤焦气化活性指数整体上略呈增大趋势。研究表明,该低变质煤提质后的气化活性受物理孔隙结构变化的影响可能超过煤阶和化学微晶结构等因素的影响。     

脂肪醇对氧化煤浮选的促进作用研究

以氧化煤为研究对象,探究了药剂用量变化对其浮选效果的影响,并从脂肪醇种类和添加量两方面研究了脂肪醇对氧化煤浮选的促进作用。试验结果表明,脂肪醇可以通过氢键吸附在含氧官能团上,改善煤粒表面的疏水性,从而提高精煤产率和浮选完善指标;并且脂肪醇中碳原子数量越多,促进作用越明显;当脂肪醇添加量为0.3 kg/t时,对浮选的促进作用相对最好。     

添加物对宁夏煤热解气相产物生成的影响

以西部弱还原性宁夏煤为研究对象,酸洗脱灰并负载Na、Ca及Fe盐,对其进行了固定床热解过程中气相产物生成规律的研究。实验结果显示,原煤中的矿物质和Na、Ca、Fe添加物的存在均降低了煤的起始和最大分解温度,对煤的热解反应均表现出较好的促进作用;煤中原有的矿物质和添加物对煤热解气相产物形成的影响可以划分为200~550,550~750和750~1 000 ℃三个温度区间,在各温区中的影响显示出明显不同的作用。低温时促进了CH₄的生成,高温时抑制了H₂的生成;除载铁煤外,累积产率均表现为H₂的增大和CH₄的减少,这主要受中温段热解结果的影响;煤中矿物质及Ca在整个热解过程中均使CO和CO₂累积产率增大,Na和Fe在较低温度区间也表现出对CO和CO₂生成的促进作用,但温度较高时抑制作用明显。     

胜利褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理分析

褐煤的热解反应是褐煤利用的重要研究方向之一。为了分析褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理,首先将胜利褐煤（SL）在固定床上进行热解制焦,利用800 ℃时SL热解气体生成速率曲线选取半焦终温,同时用气相色谱在线检测其所生成的热解气;其次结合煤焦傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的表征进行分析,将半焦的FT-IR分峰拟合计算;最后将计算参数结合热解气生成规律,提出了热解升温过程中各反应阶段生成气体机理和气体生成过程中煤体结构的演变规律。结果表明,SL具有羟基、脂肪烃、芳环、羰基、醚键等丰富的官能团,热解温度低于350 ℃,胜利褐煤中主要官能团未发生明显变化;350~450 ℃,脂肪族侧链含氧官能团分解,热解温度450 ℃比350 ℃时煤焦中C〖CDS1〗O相对含量（C1）降低78%;560~800 ℃,热解反应主要以芳香烷基侧链含氧官能团裂解为主,热解温度800 ℃时煤焦中C-O相对含量（C2）比560 ℃时降低27%;热解温度710~800 ℃时,煤热解以缩聚反应为主,热解温度800 ℃煤焦中芳香稠和度（D2）比710 ℃时升高65%。对4种热解气生成过程进行研究分析,CO2主要来源于中低温区煤中不同结构的羧基官能团分解;高温区生成CO,来源于煤中酚类、醚类、含氧杂环等结构的分解;CH4主要由芳环侧链的甲基、亚甲基或连接芳环结构亚甲基的分解;高温区产生的约60%H2主要来自于煤中芳香结构的缩聚反应。     

褐煤与塑料共混非液化中度加氢改性试验研究

为研究在非液化加氢反应条件下添加聚丙烯（塑料）对褐煤加氢的影响,进行了8MPa氢压、不同反应温度条件下褐煤加氢及褐煤与聚丙烯共混加氢试验,分析和测定了加氢煤的官能团、热解反应性和黏结性。结果表明,加氢反应使得褐煤结构发生了明显改变,煤结构中脂肪烃含量明显增多,其热解反应性显著提高,300和350oC加氢反应后,煤的黏结指数从0分别提高到9．47和14．44;相同加氢反应条件下,褐煤与聚丙烯共混加氢反应后煤的热解反应性、黏结性虽然比原煤好,但与未添加塑料的加氢煤相比,均有不同程度的降低,在非液化中度加氢反应条件下,聚丙烯的添加对褐煤通过加氢反应改善其黏结性带来不利影响。