高钠煤化学链燃烧特性及煤焦气化反应动力学研究

采用连续提取法对新疆准东高钠煤进行萃取处理，制备含有不同存在形式钠元素的准东煤样品，在小型流化床上考察了水溶性钠、醋酸铵溶性钠和稀盐酸溶性钠对于准东煤化学链燃烧特性的影响。结果表明，去除水溶性钠后准东煤化学链燃烧产物中含碳气体相对浓度显著提高，相同时刻碳转化率明显提高。而经过醋酸铵和稀盐酸处理后的准东煤相比未处理的准东煤，其化学链燃烧反应性能显著降低。对四种不同处理程度准东煤焦的等温气化反应进行动力学分析表明，WW-ZDJ与水蒸气的气化反应的活化能最小，HAW-ZDJ的气化反应活化能最大。水溶性钠对于准东煤化学链燃烧过程具有抑制作用，而醋酸铵和稀盐酸溶性的钠在准东煤的化学链燃烧过程中促进作用显著。     

高钠煤化学链燃烧特性及煤焦气化反应动力学研究

采用连续提取法对新疆准东高钠煤进行萃取处理,制备含有不同存在形式钠元素的准东煤样品,在小型流化床上考察了水溶性钠、醋酸铵溶性钠和稀盐酸溶性钠对于准东煤化学链燃烧特性的影响。结果表明,去除水溶性钠后准东煤化学链燃烧产物中含碳气体相对浓度显著提高,相同时刻碳转化率明显提高。而经过醋酸铵和稀盐酸处理后的准东煤相比未处理的准东煤,其化学链燃烧反应性能显著降低。对四种不同处理程度准东煤焦的等温气化反应进行动力学分析表明,WW-ZDJ与水蒸气的气化反应的活化能最小,HAW-ZDJ的气化反应活化能最大。水溶性钠对于准东煤化学链燃烧过程具有抑制作用,而醋酸铵和稀盐酸溶性的钠在准东煤的化学链燃烧过程中促进作用显著。     

准东煤高温燃烧过程中含钙矿物质的转化规律

采用3种萃取液（水、醋酸铵和盐酸）对准东煤进行逐级萃取实验,使用高温气氛炉对准东原煤及萃取后的煤样进行燃烧实验,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和X射线衍射物相分析仪对萃取前后的固体煤样及燃烧后煤灰样品分别进行Ca元素分析和矿物检测。研究结果表明,准东煤中的钙元素主要以醋酸铵溶钙和盐酸溶钙形式存在。在燃烧过程中,准东煤中含钙矿物质与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、斜硅钙石与钙铝石等;其中经水萃取后碱酸比减小,灰熔融温度升高,盐酸溶钙与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、硅铝石等,不溶钙主要以稳定的硅铝酸盐形式存在。     

准东煤高温燃烧过程中含钙矿物质的转化规律

采用3种萃取液(水、醋酸铵和盐酸)对准东煤进行逐级萃取实验,使用高温气氛炉对准东原煤及萃取后的煤样进行燃烧实验,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和X射线衍射物相分析仪对萃取前后的固体煤样及燃烧后煤灰样品分别进行Ca元素分析和矿物检测。研究结果表明,准东煤中的钙元素主要以醋酸铵溶钙和盐酸溶钙形式存在。在燃烧过程中,准东煤中含钙矿物质与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、斜硅钙石与钙铝石等;其中经水萃取后碱酸比减小,灰熔融温度升高,盐酸溶钙与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、硅铝石等,不溶钙主要以稳定的硅铝酸盐形式存在。     

前处理方法对准东煤中钠含量测定的影响

为研究前处理方法对准东煤中钠含量测定的影响,以新疆准东木垒煤和五彩湾煤为原料,对比分析了逐级萃取、直接消解、815℃高温灰化、575℃低温灰化4种前处理方法对煤中钠含量测定的影响。结果表明:2种煤样中水溶性钠均占各自总钠含量的70%以上,硅酸盐形式的钠元素均不足5%。4种前处理方法测定2种准东煤中钠含量的大小顺序均为:逐级萃取575℃低温灰化直接消解815℃高温灰化;煤样逐级萃取过程中并无钠损失,钠含量测定结果准确,但操作步骤多、耗时长;2种煤直接消解的钠元素含量为煤样逐级萃取的75%以上;815℃高温灰化时钠元素含量均不足煤样逐级萃取的60%;575℃低温灰化钠元素含量均在煤样逐级萃取的85%以上。因此575℃低温灰化是一种简单、快捷、较准确获得准东煤中钠含量的前处理方法。     

准东煤脱钠提质研究

开发了一种洗涤溶液,并在实验室对该溶液脱除新疆准东煤中钠的效果进行了评估实验及工艺条件摸索.结果表明,温度是影响准东煤脱钠效果的主要因素,而洗涤溶液用量、洗涤时间、压力和颗粒尺寸的影响较小.在合适的工艺条件下使用本技术可将粒度为3mm~6mm,孔隙较不发达和钠含量较高的准东煤中钠含量降至2%以下,钠脱除效率高达70%以上.     

五彩湾煤微波脱钠提质研究

为探究微波处理对五彩湾煤脱钠提质的影响,使用微波炉及电加热炉对五彩湾煤进行水洗脱钠后并对水洗后五彩湾煤进行微波和传统鼓风干燥试验,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪对原煤及水洗煤样进行Na含量分析。研究结果表明,五彩湾煤中钠元素主要以水溶性钠形式存在。煤样经200℃微波加热水洗及传统热风干燥后脱钠率可达到51.6%,相同条件下微波水洗脱钠率高于传统电加热水洗脱钠率。传统电加热水洗后煤样微波干燥的条件下,总脱钠率随微波功率增加而增加,200℃微波干燥条件下最佳停留时间为10 min。相同条件下微波干燥脱钠率较传统热风干燥脱钠率高。     

高钠煤中水溶形态钠对热解的影响

为研究新疆准东高钠煤中钠的脱除及水溶性钠对热解过程的影响,采用水洗处理脱除煤中40%钠盐后,在热重分析仪和沉降炉内进行不同加热速率的热解试验,通过热重分析仪、电感耦合等离子发射光谱仪、气相色谱等仪器表征了热解半焦、气体和焦油的产物分配规律和特性。结果表明,在慢速和快速热解条件下,水洗过程均未对热解过程产生影响,水洗前后热解产物分配情况与气体组成基本一致。水洗脱钠工艺与低温热解提质工艺耦合后,脱除了部分煤(焦)中的钠,与原煤焦相比,水洗后的半焦燃烧特性指数提高约30%。     

五彩湾煤中钠在燃烧过程中的迁移释放规律

采用不同萃取液对新疆准东高钠煤进行逐级萃取实验, 分析了煤中钠的存在形式。分别检测了不同温度下五彩湾煤原煤以及815℃下不同萃取方式处理的煤燃烧后煤灰中钠的含量, 研究了五彩湾煤燃烧过程中钠的迁移释放规律。并且对传统灰分分析方法和微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-ICP-AES分析法)测量煤中钠含量进行了比较。实验结果表明, 新疆高钠煤中钠主要为水溶钠。五彩湾煤燃烧过程中, 钠的释放主要发生在815℃之前, 并且以水溶钠和有机钠的释放为主。不同存在形式的钠在燃烧中存在转化, 主要表现为水溶钠向不可溶钠的转化以及不可溶钠向有机钠的转化。通过比较, 微波消解-ICP-AES分析法对煤中钠含量的分析更准确。     

准东煤中钠的赋存形态及挥发特性

借助电感耦合等离子体原子发射光谱仪及管式炉实验系统对三种高钠准东煤进行实验研究.重点研究了煤中钠金属赋存形态及其在燃烧过程中的挥发特性.结果表明,三种准东煤中,金属钠以水溶钠和有机钠居多.钠的赋存形态对钠的挥发特性有一定影响,主要是可溶钠挥发到气相中,钠含量越高的煤,燃烧过程中钠的挥发量越高;煤中大部分钠的挥发发生在1 000℃之前,在此范围内,温度越高,钠金属的挥发率越高;在1 000℃前煤中钠会有大量集中挥发的现象,且水溶钠含量越高的煤,激增现象越明显.     

离子交换法洗涤准东煤脱钠提质研究

针对新疆准东煤钠含量偏高,锅炉燃用时易发生水冷壁结渣、受热面高温腐蚀和烟道沾污积灰等情况,对准东煤的煤质特性进行分析,采用阳离子交换树脂洗涤准东煤,利用树脂的离子交换功能,使树脂的交换基团中的阳离子与准东煤的钠离子发生置换反应,达到脱钠的效果,并研究洗涤温度与洗涤时间对准东煤脱钠效果的影响.结果表明:在4h,60℃的恒温洗涤条件下,准东煤脱钠效果达到最佳,可溶性钠脱除率达到90%以上,t_s提高124℃,煤质特性得到改善.     

准东煤成灰过程中钠的迁移特性及形态变化

为研究准东煤成灰过程中钠的迁移特性及形态变化,通过热重试验分析了5种准东煤的着火温度和燃烬温度,在575和815℃成灰温度下对5种准东煤进行灰化试验;重点研究了成灰温度对准东煤成灰特性的影响,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜-能谱分析仪(SEM-EDS)等方法对成灰理化特性进行了表征,最后采用化学热力学软件Fact Sage模拟了准东木垒煤灰化过程中钠的迁移特性。结果表明,5种准东煤的着火温度均低于400℃,燃烬温度均低于500℃。575和815℃成灰物质形态与理化特性差异明显,815℃时5种准东煤成灰中钠含量相比575℃分别降低了47.67%、88.89%、62.45%、52.48%和85.78%,成灰表面钠含量分别降低了67.52%、75.70%、44.87%、63.71%和90.08%。成灰温度不仅影响煤灰中钠含量,还影响钠的赋存形态,800℃以上高温灰中出现黏结现象。最终确定5种准东煤的成灰温度为575℃,既能保证煤样成灰完全,又能最大限度减少灰化过程中碱金属钠元素的损失。     

硝酸预处理对正丙醇脱除煤中有机硫的影响

用1:4硝酸脱除无机硫后,通过正交实验确定了1:1正丙醇水溶液脱除涪陵高有机硫煤的最佳条件.分析了煤样的粒径、溶浆浓度、萃取时间及萃取温度对有机硫脱除率的影响.结果表明:用1:4硝酸脱除无机硫后,1 : 1正丙醇水溶液对高硫煤中有机硫的脱除率高,反应条件温和,容易实现.最佳脱硫条件为:煤样粒径0.12 mm,煤浆浓度0.083 g/mL,萃取时间90 min,萃取温度87 ℃,煤样的有机硫脱除率最高可达52.29%.     

微波协同化学助剂强化脱除煤中硫

硫是煤中主要有害元素,煤炭利用过程中硫的排放是酸雨的重要成因,脱硫是煤炭洁净利用的研究热点之一。微波具有促进反应发生、加快反应速率的作用,微波协同化学助剂脱硫是煤炭脱硫的重要手段。本文通过微波辐照结合3种化学助剂研究煤中硫的脱除效果,利用正交试验考察微波辐照时间、化学助剂种类和煤种对脱硫效果的影响。结果表明,煤种对微波协同不同助剂的脱硫效率影响较大,所选3种煤样的最佳辐照时间各不相同;硝酸与微波联合的脱硫效果最好,其中贵州(GZ)煤在微波协同硝酸作用下,全硫脱除率可达71. 2%。形态硫测试分析表明煤样经脱硫后无机硫脱除效率较高,最高可达90. 5%,有机硫脱除效率在20%～40%。XRD谱图分析显示微波协同化学助剂脱硫后,煤中主要矿物和煤质结构没有明显变化,微波在脱除煤中硫分的同时可保持煤炭基质稳定。XPS谱图分析表明,煤样硫醚(醇)类有机硫脱除效果较好,脱除率可达49. 4%,亚砜类略低,脱除率为23%～28%,噻吩类有机硫脱除效果最差,脱除率在10%～20%。     

微波氢氧化钠联合脱硫及机理分析

采用微波与氢氧化钠溶液协同法对乌海煤中硫进行脱除,通过正交实验确定了微波氢氧化钠溶液协同脱除煤中硫的最佳条件,考察了煤样粒度、氢氧化钠浓度、微波辐照时间和微波功率等因素对煤中硫脱除效果的影响,并对脱硫机理进行了分析.借助SEM,XRD,FTIR和XPS测试方法对实验前后的煤质进行了对比分析.结果表明,微波与氢氧化钠溶液协同可脱除煤中29.53%的硫分,煤的基本结构并未发生变化,煤中矿物含量减少.通过介电常数测试,研究了不同氢氧化钠浓度条件下的固体混合物对微波的介电响应情况,同时借助material studio软件模拟了电场效应对有机硫脱除的影响作用.     

抗生素菌渣与煤混合燃烧特性及其动力学分析

以抗生素菌渣、煤为研究对象,利用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)研究两种物质单独以及混合燃烧的燃烧特性,并采用Coats-Redfern法确定混合燃烧的动力学参数。分析菌渣掺混比和粒径对燃烧过程的影响,阐明菌渣与煤混合燃烧的可能以及超细化燃烧的优势。结果表明:抗生素菌渣与煤混合燃烧主要包括3个阶段,添加菌渣能明显改善煤的燃烧特性。随着菌渣掺混比例的增加,着火温度、燃尽温度呈现降低的趋势。超细、非超细混合燃烧燃尽特性指数在菌渣掺混比为30%时最高,分别为5.82×10~(-3)、5.49×10~(-3)。超细混合燃烧活化能均低于非超细混合燃烧,说明超细化燃烧有利于降低活化能。超细、非超细混合燃烧活化能E和指前因子A之间均存在动力学补偿效应。     

合成煤中钠对煤燃烧及灰特性影响

准东煤中钠含量高，燃用时锅炉会出现严重结渣问题。通过向准东煤为原料制取的超纯煤中添加灰的模型化合物，得到合成煤。并在此基础上利用热重-差示扫描量热分析法（TG/DTG/DSC）、X射线衍射仪（XRD）和灰熔融温度测定分析手段，研究Na₂O含量对煤燃烧特性和灰熔融性的影响。结果表明：钠主要影响合成煤的着火温度（T_i）与焦炭燃烧阶段，钠含量增加使T_i升高，并且Na₂O在灰中质量分数由5%升高至8%后，钠含量增加使焦炭燃烧速率先减小后加快，并能够改善煤粉燃尽特性。钠能够降低灰熔融温度，并在Na₂O质量分数高于5%后，温度下降更加明显。在三元相图中钠对莫来石的助熔作用是造成灰熔融温度降低的重要原因。XRD分析表明Na₂O含量增加，充当骨架作用的石英在钠的助熔作用下与难熔矿物硅钙石、MgO等生成低熔点长石类矿物，这类矿物在高温下有助熔作用，能够降低灰熔融温度。同时还生成助熔性含钠矿物霞石，加剧了灰熔融。     

原油脱金属剂的开发及性能评价

自主研发了MPTR和MPTT型原油脱金属剂,并进行原油脱金属性能评价。结果表明:MPTR型原油脱金属剂对金属元素的总脱除率可达到56.6%,脱钙率为60.5%,对金属元素钠和镁的脱除率均高于90%;而MPTT型原油脱金属剂对金属元素的总脱除率高达76.5%,脱钙率为95.0%,金属元素钠和镁的脱除率均大于95%,金属元素铁的脱除率为57.7%,具有较MPTR型原油脱金属剂更好的原油脱金属效果。MPTR和MPTT型原油脱金属剂溶液对脱金属剂储罐及电脱盐装置的模拟腐蚀实验结果表明:在不同温度条件下,不同浓度的原油脱金属剂溶液对20号碳钢的腐蚀速率均较低;利用扫描电子显微镜观察不同实验条件下腐蚀试片表面的腐蚀情况可知,MPTR和MPTT型原油脱金属剂溶液对20号碳钢的腐蚀均为均匀腐蚀,腐蚀凹坑遍布整个碳钢表面。     

响应曲面法评价与优化混煤富氧燃烧特性

研究了小龙潭褐煤、富源烟煤和昭通褐煤混煤的燃烧特性,对比了不同氧气浓度、不同升温速率下煤样的热解及燃烧特性,采用响应曲面法优化软件对氧气浓度、升温速率及煤粉配比进行优化.结果表明,富氧燃烧时,煤样着火温度和燃尽温度降低,燃烧时间缩短;氧气浓度高于30%(?)后,煤粉燃烧特性参数变化趋于平缓,实际应用中氧气浓度应控制在30%左右;煤粉燃烧后段活化能较高,煤样活化能、指前因子随氧气浓度增大而增大;升温速率增大,煤样的着火温度和燃尽温度升高,煤粉燃烧时间延长,稳定性、燃烧性变差.氧气浓度越高,煤样燃烧性能越好,设置可燃性指数和燃烧特性指数最大,燃尽温度和投资成本最小,小龙潭褐煤:昭通褐煤:富源烟煤质量比为100:55.07:1时优化的4个评价指标最好,可燃性指数为43.56×10-7,燃烧特性指数为4.27×10-10,燃尽温度为680.01℃,成本为252.49$/t.     

煤中钠存在形式的研究

煤中钠的存在形式与煤的灰污性质密切相关。本文通过萃取的方法，分别以水、醋酸铵和盐酸溶液为萃取液对钠在我国一些煤中的存在形式进行了研究。结果显示，煤中钠的存在形式与煤种、煤龄、煤的显微组份和煤粒径有关。本文还分析了水溶钠和水溶氯之间的关系。结果显示水溶钠和水溶氯之间没有明显的数量依赖关系。