印尼褐煤的热分解特性研究

采用热重分析和热解实验对印尼褐煤的热分解特性进行研究,探讨了印尼褐煤的热解机理、升温速率和热解终止温度对热解过程的影响.结果表明,印尼褐煤的热失重过程包括水分蒸发、挥发分析出和焦炭形成三个阶段;在温度低于300℃时,印尼褐煤以水分蒸发和脱除吸附小分子气体为主,300℃时开始微热解反应,400℃时热分解反应剧烈.在同一热解温度条件下,升温速率为10K/min～20K/min的慢速升温热解过程中,焦油产率维持在8.5%(质量分数)附近,升温速率对热解产物产率的影响较小;在400℃～600℃的低温热解范围内,热解终止温度对焦油产率影响较小,但热解气体产率随热解终止温度的增大而增大,而半焦产率却随之降低.     

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.     

非等温热重分析长焰煤热解过程与动力学特征

为提高煤热解过程中焦油的产率,用非等温热重分析方法研究了不同粒径、热解终温和升温速率条件下长焰煤的热解过程和机理,分析了20和100℃/min升温速率下长焰煤热解过程特征,并求解了热解动力学参数。结果表明,煤颗粒在2.8mm以下时,粒径对热解过程影响较小;热解终温越高,热解最终固体产物中挥发分产率越低;升温速率越快,挥发分的析出速率越快。在同一升温速率下,不同热解温度段得到的活化能呈现两头大中间小的特征,且指前因子随活化能的增大而增大。     

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。     

陕北长焰煤低温干馏特性试验

为研究热解条件对陕北长焰煤热解过程的影响,利用管式炉进行低温干馏试验;结果表明:随着热解终温的升高,半焦产率减小,煤气产率增大,焦油产率先增大后减小,焦油中饱和烃含量持续降低,品质持续变差;在一定范围内,终温恒温时间的增加可以提高焦油和煤气的产率,当恒温时间大于30 min,热解产物分布基本不变;当载气流量小于450 mL/min时,增大载气流量可以显著提高焦油产率,改善焦油品质,同时大幅度减小煤气产率;综合分析得出,最佳热解条件为热解终温650℃、终温恒温时间30 min、载气流量450 mL/min,此时,热解产物中半焦、焦油、煤气的空干基产率依次为65.53%、8.33%、6.14%。     

生物质热裂解实验研究

介绍了用于生物质热解的试验装置及试验方法,研究了升温速率、加热终温两种因素对秸秆和锯末热解产物的产率及其质量的影响,试验结果表明两种不同生物质热解产物得率的变化规率基本一致,热解温度控制在300℃～400℃温度内,热解气产率最大,热解温度越高,热解产气量越大,测验结果还表明,常见热解条件下的生物质热解表现为四个阶段的反应特点。     

聚四氟乙烯废料的热解实验

在自制的管式热解反应器中进行填充PTFE废料(含45%不锈钢粉)热分解实验,考察了废料的热解过程及主要因素的影响.结果表明,热解终温、终温持续时间、升温速率、粒径大小和氮气(热解气氛)气速对废料热解过程有影响,其中前3个因素的影响最为显著.对此影响显著的因素进行正交实验设计,得出最佳实验操作条件:热解终温550 ℃、热解终温持续时间20 min、升温速率15 K/min.在该操作条件下聚四氟乙烯废料热解产物有四氟乙烯、六氟丙烯和八氟环丁烷.产物可直接用于六氟丙烯的生产应用.     

热解气催化活化促进石河子烟煤热解的研究

采用等体积浸渍法制备了Fe/MgO,Co/MgO和Ni/MgO催化剂,利用固定床反应器对石河子烟煤在热解气气氛下的催化热解行为进行了研究,考察热解气在催化剂作用下对煤热解焦油产率、半焦产率、轻重油比例以及焦油族组成的影响,并与相同条件下N2气氛和热解气气氛热解特性进行了对比分析.结果表明,三种催化剂对煤在热解气中的热解都有促进作用,其中Ni/MgO催化剂对提高焦油产率最明显.在气体流量为400mL/min,热解温度为550℃,Ni/MgO为催化剂的条件下,焦油产率为7.33%,与相同条件下在N2气氛和热解气气氛下热解相比,焦油产率分别提高了78%和42%.而Co/MgO催化剂对提高轻油的作用较明显.这表明热解气催化活化对煤热解有较好的促进作用,可抑制缩聚反应,提高焦油的产率和改善焦油的品质.     

煤炭热解气体产物分析

以陕西神府煤(SF)、新疆广汇煤(GH)和内蒙古贺斯格乌拉煤(HSG)为对象,采用了基于程序升温法的固定床热解装置,研究了热解终温对热解气体组成的影响。实验结果表明,随着热解终温的升高,煤热解气体产物产率越大;煤的煤化程度越高,热解气体中低碳烃类产物越少;煤热解气中的CO、CO_2含量取决于煤中O/C。     

基于正交实验对宁东煤热解条件的研究

采用正交实验设计方法和热分析法,用热分析仪研究了宁东三种煤样在不同升温速率和加热终温条件下的热解失重情况,综合评定了宁东煤热解过程中的失重率。通过方差分析表明:加热终温和煤种是影响煤热解时失重率的主要因素,加热速率对失重率影响不明显。实验结果对于进一步研究煤热解过程中产物的产率、产物分布及高附加值化学产品的获得具有指导作用。     

升温速率及热解温度对煤热解过程的影响

为了研究煤热解过程中升温速率及热解温度对热解产物分布及热解过程吸热量的影响,采用热重和热红联用技术对煤热解过程进行了分析.研究了不同升温速率和热解温度对煤热解过程的气态产物分布的影响,并对所产生的焦炭性质进行了分析.结果表明:煤的整个热解过程的吸热量随升温速率的增加而减小;煤热解产生的焦油组分含量包括芳香族、脂环族和脂肪族含量达到最大值所对应的热解温度随升温速率的增加产生滞后现象,但是煤热解产生的煤气成分随着升温速率增加而急剧释放;随着热解温度的升高,焦炭结构逐渐致密,裂纹及裂缝产生,芳香晶核增大,同时焦炭中的氧和氮含量由于含氮和含氧化合物的继续分解而降低.     

内构件固定床反应器中不同水分煤的热解特性

通过在有无内构件(传热板和中心集气管)固定床反应器中研究不同水分含量煤的热解特性,考察了两反应器中煤料的升温特性、热解产物分布、焦油品质以及气体产物组成和半焦热值。结果表明,内构件可以强化传热和调节热解产物在反应器内的流动,相对无内构件反应器,有内构件反应器的反应时间缩短近一半。在有内构件反应器中,当煤水分增加,导致煤热解反应要求的时间延长,焦油中轻质组分(沸点低于360℃)含量明显升高,焦油收率先增加后降低,热解水和热解气产率升高,而无内构件反应器的热解产物无明显差异。当加热温度900℃时,煤水分从0.41%(本文中无特殊说明的均为质量分数) 增加至11.68%,焦油产率从9.21%增长到10.74%;当煤水分增加到15.93%,焦油产量下降到10.26%。两反应器气体平均组成随水分增加的变化趋势相似,气体热值均随水分增加呈下降趋势。     

温度梯度与产物流动对先锋褐煤热解产物分布的影响

通过两段固定床反应器分离了煤热解和二次反应过程,模拟了传统外热式固定床反应器和外热式内构件固定床反应器内挥发性热解产物流动与固相反应颗粒间的相互作用,研究了不同温度的半焦对先锋褐煤热解产物分布和品质的影响。结果表明：当半焦的温度在500～900℃时,焦油发生剧烈的二次反应,热解气收率增加,焦油收率大幅下降,H/C同时大量降低且均低于空白样,油品质下降;在100～400℃半焦作用下,焦油发生轻微的二次反应,热解气收率略微增加,焦油收率缓慢下降,但H/C均高于空白样,油品质提升。该结果验证内构件外热式固定床反应器热解产生的焦油具有更高的收率及品质。     

Mechanism of coal pyrolysis in relation to industrial practice

The validity of our earlier postulates of the mechanism of primary pyrolysis (at and up to 600 °C) is critically examined and it is indicated that the mechanism is strictly followed only under ideal conditions, e.g. in thin beds at rapid rates of carbonization, as in fluidbed and transport reactors. The departure of the Gray-King assay (600 °C) from the ideal path of pyrolysis, e.g. by yielding 20–30% less tar than the yield corresponding to hydroaromatic carbon content, is shown to be due to interaction between the potential tar-forming constituents and the incipient coke-forming substance. This appears to be a function of the thickness of the coal bed, the rate of heating, etc. The greater the thickness, the greater is the degree of interaction and consequent inhibition of tar formation, resulting in a proportionate increase in coke yield. Coke and tar yields are thus partly interconvertible, and the proportions of such interaction have virtually no effect on the proportion of carbon appearing as gas. In industrial high-temperature carbonization, the higher yields of coke and lower yields of tar are due to the same interaction, which occurs to a greater extent primarily because of the greater thickness and/or depth of the coal bed in coke ovens. The fixation of up to 75% of the ‘tar-forming’ carbon (hydroaromatic carbon according to the theory) does not appear to be due to cracking of tar after its formation, but is shown to be foreshadowed well within the primary stage of pyrolysis (below 600 °C), perhaps through condensation-polymerization reactions within the formative coke mass, the mechanism of which is ill-understood at present. The process appears to be very different from the cracking mechanism hitherto believed to explain it. This conclusion is also supported by a study of the distribution of carbon in the gas. Further, such comparative studies between laboratory and industrial conditions do not indicate any significant cracking of methane, hitherto believed to occur in coke ovens. Correspondingly, the reasons for carbon deposition on the exposed hot walls and other regions of coke ovens are discussed and doubt is thrown on the belief that it derives from the cracking of tar and gas.     

低变质粉煤热解过程研究

在管式电炉上研究了碱房沟、王家沟、孙家岔煤热解过程中温度变化对其热解产物收率和性能的影响。研究结果表明,管式炉电加热25 min温度达到500℃左右,热解气体大量析出,且随温度的升高,煤样失重率、煤气收率呈递增趋势,焦油收率基本不变;加热终温为800℃时,除CO外三种煤热解气体成分变化趋势基本一致,这和煤样的组织结构有关。     

Effect of pressure on the hydropyrolysis of Manvers coal

Manvers weakly-coking coal was pyrolysed to 500 °C in a stirred autoclave under varying pressures of hydrogen and nitrogen. As expected the major changes produced by increase in nitrogen pressure were a decrease in tar yield accompanied by increases in gas and, to a smaller extent, in coke yields. Total pressures and hydrogen :coal ratios were altered to obtain maximum yields of tar, gases and liquor. All products were investigated. Tar fractions, separated into neutral, phenolic and basic components, were analysed by g.c.-m.s. Short-chain hydrocarbons were detected in the gas sample. Methanol densities and micropore surface areas the cokes were related to the conditions of pyrolysis. At the relatively low rates of heating employed, pressure had effects on tar composition similar to increasing the temperature of pyrolysis.     

高硫煤焦化过程气体返回耦合脱硫实验研究

通过模拟工业焦化过程,针对一种高硫煤考察了不同气体种类、气体流量及加热速率下,气体返回焦化过程对固体产物焦炭中硫含量变化及气相中H2S气体逸出行为的影响. 结果表明,焦化过程中通入H2, CH4和N2气体可以抑制热解气中的硫在逸出过程中返回到固体焦炭中,H2达到的焦炭脱硫量最大,其次是CH4和N2;气相中硫逸出行为表明,煤热解第一高峰阶段也是硫析出时的高峰阶段,800℃后均可达到总析出硫量的90%;增大气体流量、减小加热速率有利于使硫向气相转移,从而使固体焦炭中的硫分配降低;固体焦炭中硫含量变化亦表明,H2气氛下脱硫效果较佳,在空塔速度0.8, 1.3, 2.1 mm/s和3.0, 1.5℃/min两种加热速率下可使焦炭中硫含量分别降低0.36%~0.39%和0.46%~0.56%.     

间热径向流反应器料层厚度对煤热解特性的影响

考察了方形径向流固定床煤热解反应器中变化煤层厚度对料层升温速度及煤热解产物分布特性的影响。随着料层厚度增加,导致煤热解反应要求的时间增长,热解水和气的产率相应增加,焦油和半焦收率逐渐降低,但焦油中轻质组分(沸点低于360℃组分)含量呈升高趋势,半焦和煤气热值稍许降低。如,加热壁温度900℃、从45 mm至105 mm增加煤料层厚度时,焦油产率从7.17%(质量,下同)下降到6.26% (相对干基煤),但焦油中的轻焦油组分含量则从67%升至72.7%,半焦产率由80.0%降至77.0%,热解水和煤气产率分别由6.96%和5.91%增至8.85%和7.90%,煤气热值则由24348.5 kJ·m^-3下降至20649.2 kJ·m^-3。所得半焦的热值径向上由高温侧向低温侧逐渐降低,煤料层越厚、热值降幅越大,而相同煤料层厚度处与加热壁平行的同一轴向平面上的半焦热值基本相同。针对研究的反应器,气相热解产物在反应器内沿径向(横向)由高温料层区向低温料层区流动。在该过程中伴随着热解产物对远离加热壁的低温煤料的传热、热解生成重质组分的冷凝和在煤/半焦颗粒表面的吸附截留,进而在低温料层进一步升高温度时发生二次裂解等物理化学过程。反应器内煤层厚度越大,上述各种伴随的物化作用越显著,从而明显影响煤料层的升温及热解特性。     

内旋式移动床煤热解新工艺开发及试验

采用2t/d外热内旋式移动床热解试验装置,通过控制反应器物料热解区及粉尘沉降气室区的温度,研究了内旋式移动床工艺温度分布对13mm以下神木煤热解产物产率及性质的影响规律。结果表明：物料热解温度控制为650℃和700℃时,煤料均实现了较好热解,半焦挥发分V_daf降低至10.36%～11.95%;相同物料热解温度,提高粉尘沉降气室温度后,辐射传热作用增强,半焦和焦油产率降低,煤气产率升高;在物料热解温度700℃,粉尘沉降气室温度500℃时,焦油收率Tar_d最高,为7.44%;物料热解温度为650℃,焦油模拟蒸馏360℃以下馏分含量为63.3%～72.0%,物料热解温度700℃时为67.5%～72.2%;相同物料热解温度,提高粉尘沉降气室温度后,焦油中轻油组分减少,洗油和沥青质含量增加,煤气中氢气含量增加;粉尘沉降气室温度达到550℃时,挥发物二次反应作用明显强于450℃和500℃;各工艺条件下,焦油中喹啉不溶物含量均低于1%,最低为0.51%。