乌拉盖褐煤热解特性及反应动力学参数研究

为获得较好的褐煤半焦制备工艺参数,研究了不同制备条件(热解终温、升温速率、原煤粒径、热解气氛)下制得的乌拉盖褐煤半焦的燃烧性能和燃烧动力学参数。结果表明,热解终温对半焦品质的影响最大,热解升温速率、原煤粒径和热解气氛对半焦燃烧特性的影响不显著。热解终温由350℃升至600℃时,反应指数RI由235℃升至292℃,半焦着火性能变差;燃尽指数Cb由4.68升至6.15,半焦燃尽性能变差;爆炸指数Kd由2.54降至0.46,半焦爆炸倾向性变低;反应活化能由44.4 k J/mol升至63.4 k J/mol,半焦燃烧动力学特性变差。热解终温为520℃时制得的半焦反应指数、燃尽指数、爆炸指数和反应活化能分别为265℃,5.34、0.80和53.2 k J/mol,属于易着火、易燃尽、中等爆炸燃料,燃烧特性良好。     

低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响

采用热重分析法研究了不同热解条件下半焦的燃烧性能和动力学特征，利用Ozawa法求取动力学参数。结果表明，热解温度越低、保温时间越短时，半焦的燃烧性能越好；热解升温速率对半焦燃烧过程的反应程度影响不大；粒度越大，燃烧性能差异性越明显。热解温度对半焦燃烧性能影响较大，550℃是本研究中制备高燃烧反应性半焦的适宜热解温度。两种不同粒度原煤制得的半焦均随转化率增大，活化能减小。1~3 mm原煤在热解温度为550℃时所得半焦在燃烧过程中符合反应级数模型，化学反应为限制性环节，反应最概然机理函数为f(α)=(1–α)2。     

气体热载体法煤热解动力学研究

采用热重分析和气体热载体实验考察了准东煤和神木煤的热解动力学特性,并根据热解动力学模型确定动力学参数。随热解温度的升高,反应停留时间对半焦收率及半焦挥发分的影响逐渐减小;煤热解活化能与反应停留时间、煤粒径大小均相关。研究结果对于煤热解工艺工业化具有参考意义。     

煤热解影响因素文献综述

煤热解的实际过程是一种复杂的物理变化和化学变化共同作用的过程。在煤热解的实际操作中,各种各样的热解条件变化会对热解行为产生影响。本文基于国内外煤热解方面的研究,综合叙述了升温速率、煤粉粒径大小、床料、热解气氛、气体停留时间、热解温度、热解压力以及煤种对煤热解产物的影响。     

脱腐植酸昭通褐煤残渣的热解特性

对抽提完腐植酸的云南昭通褐煤残渣进行热解,通过热解气产率、焦油产率和半焦产率研究其热解特性,考察温度、升温速率和热解气氛对褐煤残渣热解的影响,并对每组热解实验得到的气体产物进行气相色谱分析,研究热解气的主要成分和含量,用气质联用仪对焦油进行成分分析.结果表明,温度是影响褐煤残渣热解的最重要因素,温度越高,热解气和焦油产率越大,热解气中H_2和CO越多,焦油中脂肪族物质增多,芳香族物质芳环数增大;升温速率越低,气体和焦油的产率越大;热解气氛对产物分布有着较大的影响,不同的热解气氛影响着热解气和焦油中主要组分的含量.     

低阶煤热解条件对气相产物分布和半焦结构的影响

以内蒙古鄂尔多斯煤为研究对象,在立式固定床反应器中考察不同热解条件对半焦、油和气三种产物的影响,并通过XRD和SEM-EDS对煤和半焦进行微观结构表征。结果表明:焦油和热解气的生成量与热解温度有直接关系,热解气中H_2与CO_2存在着相互竞争的关系;温度越高对成型热解具有越好的黏结作用,程序升温条件下热解气体释放的时间区间较长,大约在60 min,而恒温热解过程中热解气体释放完成时间主要集中在25 min～30 min。通过热解可以降低煤中的挥发分,控制民用煤加煤阶段的大量污染物释放,解决民用煤的污染问题。可以根据煤质和半焦产品的用途调整热解过程,半焦民用可以采用较低热解温度,若需提高焦油和气的收率可适当提高温度,民用热解型煤可以采用中低温热解得到。     

内蒙古褐煤热解半焦燃烧特性研究

为实现内蒙古乌拉盖褐煤的高效利用,以粒度小于6 mm乌拉盖褐煤为原料,用马弗炉模拟工业炭化炉热解条件,制取了乌拉盖褐煤中低温热解半焦,测定了热解半焦的工业分析、发热量、哈氏可磨性指数,分析了半焦的燃烧动力学,研究了热解条件与半焦燃烧特性之间的关系。结果表明:热解终温对乌拉盖褐煤热解半焦燃烧特性影响最大,升温速率和保温时间对半焦燃烧特性影响不显著。乌拉盖褐煤热解半焦反应活化能随热解终温、保温时间的升高而增加,燃烧特性指数随热解终温、保温时间的升高而降低。热解终温为600℃时产生的半焦具有最高发热量24.50 MJ/kg,比原煤提高77%;燃烧特性指数最高为1.4×10-7%2/(min2·℃3),适宜燃料比为7~9,是很好的燃料。     

碱/碱土金属对煤热解半焦燃烧特性的影响

低温热解提油-半焦燃烧可以实现低阶煤的梯级高效利用,是目前低阶煤高效利用的研究热点。由于热解半焦挥发分低,导致其燃点高、难燃尽,而添加助燃剂是改善低挥发分煤热解半焦燃烧特性的有效途径。采用热重法研究了碱金属(K_2CO_3)和碱土金属(CaCO_3)添加剂对半焦燃烧特性的影响,并利用Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)模型对不同条件下的燃烧活化能进行研究。结果表明,半焦着火温度高、燃烧性能差,半焦中碱性矿物质对其燃烧性能有一定催化作用;CaCO_3的添加对半焦燃烧特征参数的影响不大,说明其对半焦燃烧性能的促进作用不明显;与碱土金属CaCO_3不同,添加碱金属K_2CO_3能显著降低煤热解半焦的燃点、最大燃烧峰温及燃烧指数;同时随着K_2CO_3添加比例的增加,半焦表观燃烧活化能显著降低,说明其能明显促进半焦的燃烧反应性;在本研究试验条件下,添加2%K_2CO_3对改善半焦燃烧性能效果最好,同时采用浸渍法添加K_2CO_3的分散效果更好,因此相比机械混合方式,浸渍法添加K_2CO_3更能改善半焦的燃烧特性。     

煤炭地下气化过程中半焦孔隙结构的变化规律

在煤炭地下气化过程中,热解反应生成的半焦孔隙结构性质是影响气化过程的重要因素.对大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤及其热解半焦的比表面积、孔容积和孔径进行了测定,总结出了不同煤种、不同热解温度和不同热解气氛下半焦孔隙结构变化的规律.结果表明,半焦的表面结构特性受热解温度和热解气氛双方面的影响,改变热解终温或气氛,孔径分布特征变化幅度不大.     

DAEM和Coats-Redfern积分法研究煤半焦燃烧动力学的比较

利用恒温和程序升温热重技术研究了神木煤半焦的燃烧动力学,采用DAEM（分布活化能模型）和Coats-Redfern积分法对其进行了动力学分析,比较了二者在处理程序升温半焦燃烧反应动力学的差异,同时还对恒温及程序升温的燃烧动力学进行了分析.结果表明,在恒温燃烧和程序升温燃烧过程中,随着燃烧反应的进行,比燃烧速率逐渐增加,所得半焦燃烧的活化能有不同的变化趋势.DAEM和Coats-Redfern 积分法因所用方法的不同而使结果有所差异.而恒温燃烧时由于所用燃烧温度较低,可以最大限度地消除外扩散的影响,使所得动力学参数更接近半焦燃烧的本征动力学参数.     

油页岩半焦热解特性

利用热重分析仪对油页岩半焦热解特性进行了研究.综合考虑制取半焦所获得的页岩油品质、半焦成分、发热量和循环流化床设计,认为干馏温度介于500～600℃为宜;干馏度对半焦热解初析温度和低温段热解过程有影响,但对高温段热解影响不明显,高温干馏所制取的半焦其热解过程包含于低温所制取的半焦热解过程中;随升温速率的提高,相同温度下的半焦热解度降低,当升温速率超过40℃•min^-1后,升温速率对半焦热解过程影响不大;最后采用Coasts法计算了油页岩半焦热解动力学参数,计算结果可供数值仿真和工程设计参考.     

反应气氛对平朔煤热解反应性能的影响

在固定床反应器上研究了平朔煤在N2,H2,CH4/CO2和CH4/CO2(catalyst)不同热解气氛下的煤热解性能.主要考察了不同热解气氛下的热解温度和升温速率对焦油、水、半焦产率以及脱硫率的影响.结果表明,甲烷在催化剂的作用下能够产生大量的CHx基团,CHx基团能使煤热解产生的自由基更稳定,从而提高焦油产率.平朔煤在CH4/CO2(catalyst)气氛下热解的焦油产率最高,在600℃的热解温度下,焦油、水、半焦产率和脱硫率分别为33.5%,25.8%,69.5%和25.3%(质量分数),其中焦油产率为相同条件下H2和N2气氛下热解的1.6和1.8倍.     

油页岩半焦燃烧反应活性分析

采用美国Perk in E lm er公司生产的Pyris1 TGA热重分析仪,对桦甸油页岩半焦进行燃烧特性试验研究,得到3种不同升温速率下的油页岩半焦燃烧特性曲线,并使用平均质量反应性指数和燃烧稳定性指数对半焦反应性加以评价。油页岩半焦燃烧分燃烧快速段、过渡段和燃烧慢速段3个阶段进行。随着升温速率的提高,在燃烧快速段,表观活化能为133.901 3—100.204 2 kJ/mol;在燃烧慢速段,表观活化能为146.317 1—211.409 3 kJ/mol。利用Coats-Redfern法确定了燃烧快速段反应级数为3,而燃烧慢速段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。     

气氛对煤热解行为影响的研究进展

总结了不同热解气氛对煤热解行为的影响,其中氧化性气氛的存在不仅可以促进挥发性有机物的裂解,也可以与挥发性有机物发生反应进一步形成焦油及半焦;还原性气氛促进了煤热解自由基的生成,同时还原性气体热裂解也会形成自由基,这些自由基间的相互结合会进一步形成热解气、热解水、热解焦油及半焦。混合气氛热解有利于焦油产率的提高,且不同气体的混合对焦油中各组分含量及性质的变化均会产生较大的影响。最后提出,下一步研究中应就不同气氛对煤热解过程的影响机理进行深入探讨并结合计算机模拟的方法对其影响过程进行模拟和优化,同时应放大实验装置,为工业应用提供更为准确可靠的参考依据。     

气氛对煤热解行为影响的研究进展

总结了不同热解气氛对煤热解行为的影响,其中氧化性气氛的存在不仅可以促进挥发性有机物的裂解,也可以与挥发性有机物发生反应进一步形成焦油及半焦;还原性气氛促进了煤热解自由基的生成,同时还原性气体热裂解也会形成自由基,这些自由基间的相互结合会进一步形成热解气、热解水、热解焦油及半焦。混合气氛热解有利于焦油产率的提高,且不同气体的混合对焦油中各组分含量及性质的变化均会产生较大的影响。最后提出,下一步研究中应就不同气氛对煤热解过程的影响机理进行深入探讨并结合计算机模拟的方法对其影响过程进行模拟和优化,同时应放大实验装置,为工业应用提供更为准确可靠的参考依据。     

热重法研究介休煤的热解与燃烧特性

采用热重(TG)分析仪对介休水峪煤样的热解及燃烧特性进行了研究,并考察了升温速率对煤的热解与燃烧特性的影响,得出了不同升温速率下的燃烧特性参数,如着火温度、燃烧最大速率、燃尽温度、燃烧特性指数等,并计算了不同升温速率下的反应动力学参数。经研究发现:煤在热解与燃烧区间的某一温度范围内能较好地满足一级反应方程,且线性相关系数都在0.98以上。由一级反应动力学模型得出的活化能与指前因子等数据能较好地验证煤的TG/DTG曲线所得出的一些结论。     

内蒙古褐煤流化热解反应特性试验研究

基于小型流化床评价装置研究了内蒙古褐煤流化热解反应特性,考察了温度、压力、线速率和催化剂负载量对热解产物分布、热解气组成、半焦组成以及膨胀率的影响。研究结果表明:随着热解温度升高,热解气产率大幅升高。随着热解压力增加,热解气产率和焦油产率逐渐降低。随着线速率提高,热解气产率和焦油产率呈明显增大的变化趋势。添加催化剂后热解更加完全,半焦中残留的挥发分降低,煤颗粒的塑性软化能力升高,膨胀率逐渐增大。     

热解气氛对油漆稀料和塑料共热解特性的影响

为研究不同热解气氛对油漆稀料与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）共热解特性的变化规律，采用同步热分析仪，根据预实验结果，测定在升温速率为10 ℃/min时，不同热解气氛（空气和氮气）条件下油漆稀料和PET塑料共热解过程中失重（TG）、焓变（DSC）的变化，并采用Coats?Redfern法对样品进行热动力学分析。结果表明，样品在氮气气氛下的热解过程存在明显的滞后现象，质量损失率为82.2 %；在空气气氛中更有利于油漆稀料和PET塑料的共热解反应中间产物的检出；PET塑料及其燃烧残留物在空气中的平均活化能均小于氮气中的值，但混合物在空气中400~475 ℃温度间活化能更低；500 ℃后混合物达到二次燃烧条件。     

生物质型煤热解半焦的燃烧特性研究

为开拓低阶粉煤资源高效分质利用途径,在前期制备的能满足直立炉热解要求的生物质型煤的基础上,利用同步热分析仪研究了生物质型煤热解半焦的燃烧性能,并与原煤、原煤半焦及型煤的燃烧性能进行了对比,考察了热解温度对半焦燃烧性能的影响规律。由结果可知,生物质型煤热解半焦的燃烧特征温度低于原煤半焦;随热解温度的升高,原煤半焦的燃烧特征温度呈线性增加,而型煤半焦燃烧特征温度的增加幅度较小;在热解温度较高时,型煤半焦的燃尽性能较好;型煤半焦的综合燃烧特性略差于相同热解温度的原煤半焦,但差别很小。热解温度为650℃的型煤半焦具有最好的燃尽性能和综合燃烧特性。     

热解气氛对所得半焦燃烧污染气体释放的影响

采用热质联用技术,考察了不同热解气氛下制备的半焦在燃烧过程中污染气体的释放特征。结果表明:加入氢气、甲烷和一氧化碳的热解气氛与纯氮气气氛下热解制备半焦相比,SO_2,NO_2和CO的释放强度均有显著降低,这反映出还原性气体能促进含硫有机官能团、含氮有机官能团和部分含氧羧基官能团的断裂与释放;在还原气氛下制备的半焦在燃烧过程中污染气体的释放温度区间也有明显缩短,进一步说明了还原性热解气氛有助于降低半焦燃烧过程中污染气体的释放;此外,还原性气体还显著提高了半焦的放热量。因此,提高热解气氛中还原性气体比例,是实现半焦清洁燃烧的有效方法。