煤快速热解获得液态烃和气态烃的研究(Ⅱ)热解温度和压力的考察

用内蒙扎赉诺尔褐煤在气流床反应器中进行了快速加氢热解的研究,在500～900℃温度范围及0.1～6.0MPa氢压范围考察了温度、压力等诸因素对热解产物产率的影响.实验结果表明:苯的产率随温度及压力的增加而增加,而甲苯、二甲苯以及苯酚和二甲酚在700～800℃之间出现最高产率.当温度800℃、氢压6.0MPa时,可获轻芳烃液体(三苯+三酚)的最高产率6.62%     

煤快速热解获得液态烃和气态烃的研究(Ⅰ)——气氛影响的考察

报道了中国内蒙扎赉诺尔褐煤在H_2和N_2气氛中气流床反应器快速热解的特性.结果表明:在800℃、常压下,煤在氢气氛中快速热解,其气态生成物的产率是氮气氛中的2.5倍,轻质芳烃比在氮气中增加70%;在800℃、6.0MPa压力下,氢气氛中快速热解所获得轻质芳烃的产率是氮气氛中的6.8倍,甲烷是6.5倍.     

煤加压热解过程中C和H的转变规律

主要采用加压热天平进行了不同工况(压力、温度)下煤焦样品的制备,并利用元素分析仪对煤焦进行了元素分析,研究了不同热解压力和温度下煤热解过程中C和H的转变规律.在1000℃时,随热解压力的增加(从常压到5 MPa)煤焦产量增加,煤焦中的nC/nH(C/H摩尔比)也增加,从而增加了转化到煤焦中的碳量Cchar,而Hchar则先减小而后趋于恒定,在常压和加压下(3 MPa)时,随着热解温度的提高(500℃～1000℃),热解煤焦的产量都减少,煤焦中的nC/nH增加,转化到煤焦中的碳量Cchar和氢量Hchar都减小,但加压热解与常压热解相比,煤焦产量的减小速率要小,煤焦中的nC/nH在650℃～800℃的增加速率要大,从而使得转化到煤焦中的碳量Cchar较大.这主要是由加压热解加快了半焦和焦油的二次反应而引起的.nC/nH随热解压力的变化表明加压热解加快了煤焦微晶结构的有序化,这对煤焦的反应性将产生重要影响.     

N2气氛下温度和压力对煤热解的影响

研究煤热解的反应特性有助于提高煤热解的转化率和焦油收率并且能够改善焦油的品质。本文在固定床反应器上研究了N₂气氛中,不同压力和温度下的唐山烟煤热解反应,考察了温度和压力对热解失重率、热解气体组成及液相产物产率的影响规律。结果表明当热解压力由1MPa增加至3MPa时,唐山烟煤的失重率和焦油产率均先增加后降低,在2MPa时达到最大值。当温度低于600℃时,压力不影响CH₄、H₂和CO的收率,当温度超过600℃时,CH₄、H₂和CO的收率随热解压力的升高而降低。随着热解温度的升高,煤热解的失重率、水的产率以及CH₄、H₂的收率不断增大,焦油的收率和CO的收率先增大后降低,在2MPa下600℃时焦油的收率达最大值为9.23%。     

大同煤热解和加氢热解过程中产物生成规律的研究

在压力2MPa,温度350—650℃范围内,对比研究了大同煤分别在氮气和氢气气氛下热解过程中产物的分布和气体生成规律。研究表明,煤的热解和加氢热解转化率和水产率都随温度上升而增加;在热解条件下,焦油产率在500℃出现最大值。氢气对煤热解转化只有超过一定温度才具有促进作用,此时与热解相比具有较高的CO、CH4和C2^＋产率以及较低的CO2产率。     

煤快速热解获得液态烃和气态烃的研究(Ⅲ)——气体停留时间的考察

用内蒙扎赉诺尔褐煤在气流床反应器中进行快速加氢热解的研究.在6.OMPa、700℃、氢气载气在反应器内的停留时间为7～71s范围内,总生成物产率随停留时间增加而提高,停留时间达42s时,液态轻质芳烃(三苯+三酚)出现最大值达13.5%,比短停留时间的产率增加了1.6倍;71s时,气态和气、液态生成物总产率分别为31.6%和42.1%.随气体停留时间的增加,气态和液态轻质芳烃产率的提高与焦油量的减少和半焦中残留挥发分的降低有密切关系.在快速热解过程中,加氢二次反应不可避免,且对气、液生成物的产率和产物分布有重要影响.载气停留时间是控制二次反应的重要手段.     

长焰煤热解特性及产物性质研究

以一种典型长焰煤为研究对象,采用立式管式热解炉、卧式管式热解炉和气相色谱仪等装置,系统研究了不同热解温度下该长焰煤的热解特性.结果表明,受二次反应的影响,随干馏终温的升高焦油产率略有减少,半焦产率略有增加;分段干馏煤气中H_2与CO的含量均随温度的升高而增加,CH_4的含量随温度的升高先增加后减少,在600℃左右达到最大值;800℃以上混合干馏煤气中,H_2的含量最高且随干馏终温的升高而增加;半焦挥发分含量随干馏终温的升高逐渐降低;900℃以上基本保持不变,并分析了900℃干馏所得煤焦油的基本性质.     

毛竹热解制备高附加值化学品

为了实现毛竹资源的高效利用,提高毛竹热解过程中高附加值化学品的产率,利用快速热裂解-色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）从热解温度、热解时间和预处理方式3个方面对毛竹的快速热解特性进行了研究。结果表明：温度是影响毛竹热解产物的重要因素,热解温度在350～800℃之间时,随着热解温度的提高,热解产物种类增多,各产物产率不同程度地增加,在600℃热解时,目标产物产率达到最大值;延长热解时间,产物的产率增加,但最终会趋于恒定;碱洗可以提高热解对酚类产物的选择性,而且碱性越强选择性越好,但是碱洗会使热解产物的产率降低。     

热解条件对西湾煤与秸秆流化床加压共热解的影响

在流化床加压热解装置中考察温度、压力、气氛和生物质掺混比等条件对西湾煤与秸秆共热解特性的影响,结果表明:在600℃,0.3 MPa,100%N₂气氛条件下,随着生物质掺混比增加,共热解油产率先增加后降低,实验值均大于计算值;当生物质掺混比为30%(质量分数)时,共热解油的实验值达到最大(16.90%),高于计算值(13.05%);热解压力由常压升至1.0 MPa时,受高氢分压作用下较多的氢分子参与自由基的加氢饱和作用,共热解油产率先增加后降低,在0.3 MPa时共热解油产率达到最大(17.90%);100%(体积分数,下同)N₂,100%CO₂和50%CO₂+50%H₂气氛下的共热解油产率分别为16.73%,16.55%和16.07%;与焦油相比,共热解油的密度变化不大,在元素中碳的质量分数由79.32%降低至71.80%,硫的质量分数由0.60%降低至0.31%,n(H)/n(C)增加;共热解油中脂肪烃、芳香烃和含氧化合物的质量分数降低,酚类组分的质量分数增加,三环及以上的多环产物裂解为小分子化合物,油品质量得到改善。     

平朔煤的热解试验研究

对平朔煤在不同温度下进行了热解研究,考察了热解温度对煤热解产物产率和热解气性质的影响规律。研究表明,对上述煤样,随煤的热解温度升高,半焦产率下降,干馏气产率增加;液体率在一定温度范围内先增后降,在600℃左右达到最高。热解温度升高,热解气中H2的含量就越高,热解气中CH4的含量在热解温度550～650℃左右达到最高。随热解温度的升高,CO2的含量显著降低,烃类组分随温度升高是先升后降,峰值出现在600℃左右。     

熔融碱热解生物质制氢

利用熔融碱作为反应催化剂、分散剂和热载体,热解生物质原料制备富氢气体,提供了一种生物质制氢的新途径。在自行设计的生物质热解反应器中,以熔融碱NaOH热解水稻秸秆,初步探讨了熔融碱热解生物质制氢机理,考察了热解温度和热解反应时间等因素对生物质热解制氢过程的影响。结果表明:熔融碱热解生物质制备富氢气体,可以显著提高气体产物含量和氢产率,气体产物中氢含量随热解温度先降低后升高,而氢产率随之逐渐提高,在550℃时达70.82 g/kg生物质;氢含量和产率均随反应时间的增加而逐渐减小。研究对熔融碱热解生物质制氢具有一定的理论指导意义。     

玉米秆酶解残渣木质素热解实验研究

对玉米秆酶解残渣木质素进行热重分析,结果表明,木质素热裂解主要发生在180～500℃,综合考虑热解效率和液体产物产率最大化,选取快速热解实验的热解温度范围为500～600℃。并在实验室自行设计的装置上对木质素进行热解实验,在550℃时得到热解液体产物热解油最大产率,为30.9%。对热解油进行气相色谱―质谱分析,结果显示木质素热解产物相对简单,一级和二、三、四级热解油的成分主要是酮类和酚类;而电捕油中酮类很少,大部分是酚类,另有15.07%的2,3-二氢苯并呋喃。     

惰质组含量对上湾煤液化性能的影响

对不同惰质组分含量的上湾煤样进行了高压釜煤液化实验。在反应温度440～465℃,氢初压7～11 MPa条件下,研究了5种不同惰质组含量的上湾煤的液化性能。结果表明:在反应温度为440～465℃内,随着温度的升高,除惰质组含量最高的5号煤样在温度高于465℃时转化率开始下降以外,其余不同惰质组含量的4种煤的转化率、油产率、气产率和氢耗均随着温度的升高而增加,沥青烯产率随温度的升高而减小;随着氢初压的增加,不同显微组含量的煤的转化率和油产率增加,沥青烯产率减小。惰质组含量越高,煤的转化率和油收率越低。     

生物质与供氢甲醇共催化热解耦合集成优化制备芳烃的研究

为了提高目标产物的产率以及选择性,以HZSM-5介孔分子筛为催化剂,采用高有效氢碳比化合物——甲醇与生物质进行催化共热解,探讨热解温度、催化温度、有效氢碳比以及醇的种类对芳烃的产率、选择性以及催化剂的抗积碳性能的影响。结果表明,芳烃的产率以及选择性随着生物质与供氢试剂共催化热解时有效氢碳比的增加而显著增加,尤其是二甲苯的选择性,二者之间存在协同效应,当热解温度为400℃,催化温度550℃,甲醇的进样量为2 mL/min,氮气流速为200 mL/min时,其苯及其同系物等芳烃含量达到81.34%,单环芳烃(S_(BTXE))含量达到71.75%,而二甲苯的选择性达到40.81%,同时,供氢甲醇的添加提高了催化剂的抗结焦能力,使其石墨化焦炭含量增加。     

生物质与供氢甲醇共催化热解耦合集成优化制备芳烃的研究

为了提高目标产物的产率以及选择性,以HZSM-5介孔分子筛为催化剂,采用高有效氢碳比化合物——甲醇与生物质进行催化共热解,探讨热解温度、催化温度、有效氢碳比以及醇的种类对芳烃的产率、选择性以及催化剂的抗积碳性能的影响。结果表明,芳烃的产率以及选择性随着生物质与供氢试剂共催化热解时有效氢碳比的增加而显著增加,尤其是二甲苯的选择性,二者之间存在协同效应,当热解温度为400℃,催化温度550℃,甲醇的进样量为2 mL/min,氮气流速为200 mL/min时,其苯及其同系物等芳烃含量达到81.34%,单环芳烃(S_(BTXE))含量达到71.75%,而二甲苯的选择性达到40.81%,同时,供氢甲醇的添加提高了催化剂的抗结焦能力,使其石墨化焦炭含量增加。     

新疆伊犁南台子煤热解耦合CO变换反应的研究

为探索提高焦油产率的新途径,以新疆伊犁南台子煤为研究对象,考察了CO变换反应与煤热解反应耦合对焦油产率的影响。采用常压固定床反应器,B205为变换催化剂,分别考察了热解气氛、反应温度对南台子煤热解反应的影响。结果表明,CO变换反应与煤热解反应耦合条件下,热解温度在450℃~650℃范围,焦油产率随温度的升高而增大;650℃之后,焦油产率保持稳定。在热解温度650℃、其他反应条件完全一致、CO变换反应与煤热解反应耦合条件下,焦油产率分别为N2、H2气氛中焦油产率的1.62倍和1.43倍。半焦和焦油的红外分析表明,CO变换反应生成的活性氢参与了芳烃的加成反应,使氢数量增多,提高了焦油产率。     

不连沟煤加压催化的热解特性

在固定床反应器中考察了压力、K_2CO_3和不同气氛对不连沟煤热解特性的影响,结果表明:在N_2气氛、700℃条件下,热解压力由常压升至3.5MPa,原煤和负载催化剂煤样的热解特性呈现相似的规律,即提高压力导致半焦产率和气体产率均增加,焦油和热解水产率下降;相比于原煤,添加K2CO3后,半焦产率下降,焦油和热解水产率下降而气体产率明显增加;在压力与K_2CO_3双重作用下,热解气体组成中CH_4收率显著提高,在700℃,3.5 MPa条件下,H_2气氛促进了加氢热解反应的进行,同时水蒸气易与焦油中稠环芳烃大分子发生重整反应,导致在H_2+H_2O气氛下甲烷收率和焦油中正己烷可溶物产率均明显提高.     

毛竹热解制备高附加值化学品

为了实现毛竹资源的高效利用,提高毛竹热解过程中高附加值化学品的产率,利用快速热裂解-色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS)从热解温度、热解时间和预处理方式3个方面对毛竹的快速热解特性进行了研究。结果表明:温度是影响毛竹热解产物的重要因素,热解温度在350~800℃之间时,随着热解温度的提高,热解产物种类增多,各产物产率不同程度地增加,在600℃热解时,目标产物产率达到最大值;延长热解时间,产物的产率增加,但最终会趋于恒定;碱洗可以提高热解对酚类产物的选择性,而且碱性越强选择性越好,但是碱洗会使热解产物的产率降低。     

小粒径低阶煤热解特性试验研究

为优化小粒径低阶煤热解工艺参数,以典型小粒径长焰煤为研究对象,结合热重分析,利用1kg外热式固定床热解装置,考察了热解温度对热解产品产率及质量的影响。结果表明:500~750℃时,随着热解温度升高,半焦产率降低,煤气产率升高,煤气中H2含量不断增加,最高为44.64%,CH4含量不断降低,为28.83%~38.55%;焦油产率先升后降,在700℃时达到最高。物料热解过程中发生粉化,炉壁温度高于650℃以后,物料粉化现象加剧,粉末比例迅速增加,因此最终确定小粒径神木煤适宜热解温度为600~700℃。     

甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对热解产物的影响

为考察甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对煤热解产物的影响,以榆林锦界煤为研究对象,以管式炉为反应器,以HZSM-5为载体,分别制备了Mo/HZSM-5,Ni/HZSM-5,Co/HZSM-5,Zn/HZSM-5和Fe/HZSM-5催化剂,考察了催化剂种类、热解温度(600℃,650℃,700℃,750℃,800℃)和催化剂负载量(1%,2%,3%,4%,质量分数)对热解产物分布的影响。结果表明:在热解温度为650℃,采用Mo负载量为2%的Mo/HZSM-5催化剂的条件下焦油产率最高,在此最优工艺条件下焦油产率为13.26%,较煤单独热解的焦油产率提高了31.5%。