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%。     

煤快速热解固相和气相产物生成规律

利用能有效避免二次转化反应的高频炉热解装置对3种不同变质程度的煤进行了600～1200℃条件下的快速热解,考察了在煤热解最初阶段焦产率、焦-C产率、热解气产率、热解气4种主要组分H₂、CO、CH₄和CO₂的比例以及热解气热值随煤阶和热解温度的变化规律。结果表明,焦的产率和焦-C的产率均随煤阶的升高而升高,热解气的产率随煤阶的升高而降低;热解温度的提高能显著降低煤焦和焦-C的产率并提高热解气的产率。热解气组分以H₂相似文献   

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。     

褐煤的对流热解特性实验研究

在固定床热解过程中引入对流气体,考察了对流气体流量、对流气体温度、煤样粒度对褐煤热解过程传热和热解产物的影响;试验表明:随对流气体流量增加,传热系数增加,流量小于1.0 L/min时,引入的对流气体能及时带出热解过程逸出的挥发分,避免了挥发分的二次裂解,能提高焦油产率;为提高褐煤热解过程的转化率,热解温度与对流气体温度之差不能超过50℃;随煤样粒度增大,传热系数增加,热解气产率增大,20~30 mm时焦油产率最大,10~30 mm时半焦产率最大。     

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.     

大尺度褐煤的地下气化热解特性

为了考察地下气化过程中干馏和干燥作用对于气体产物组成的影响,以乌兰察布原煤为研究对象,采用大直径固定床反应装置进行了150℃～800℃范围内热解气体的形成与释放研究.结果表明,大粒径褐煤热解在400℃才开始有气体逸出,随着温度的升高气体总产率升高,平均孔径和孔容积呈现先增大后减小的趋势;不同粒度的块状煤有效气体析出规律大致相同,但5cm见方的褐煤呈现气体析出缓慢、产量较大的趋势;在慢速升温和中速升温过程中,5℃/min的升温速率可以明显增加大粒度褐煤热解失重率,提高气体产率.     

煤拔头工艺中煤与生物质快速热解的气体产物分布

在模拟煤拔头快速热解条件下,实验研究了煤、生物质及其混合物热解产物的产率、气体组成及气体热值随热解温度的变化规律. 结果表明,褐煤与生物质混合热解遵循单一物质的热解规律,但生物质配入比例对混合热解产物产率有一定影响;其质量配入比例低于50%时,随生物质配入量增加,气体产率增加,800℃时气体产率可从50%以下增加到60%以上;其配入比例增大至50%以上时,气体产率下降5%. 褐煤与生物质混合物热解产物的气体组成与原料单独热解时相似,均以CO2为主,其次为CO, H2,烃类组分中以CH4和C3H6为主,C2H4, C2H6, C3H8次之,C4H8略少,混合物热解气体中CH4含量比褐煤单独热解时高7%以上. 热解温度对气体的热值影响较明显,高温下热解气体热值高,热解温度500~800℃、生物质与褐煤质量配比为1:2时,热解气体的热值从11.38升至16.10 MJ/m3. 拔头条件下,褐煤与生物质混合快速热解的气体产率较高,有利于提高热解气体热值.     

污泥和聚氯乙烯共热解三相产物特性

伴随着社会发展和城市扩张，生活污泥和废塑料的处置压力越来越大，同时热解作为一种资源化处置有机固体废弃物的手段受到普遍关注。本文通过开展生活污泥(SS)和废聚氯乙烯塑料(PVC)在500～900℃共热解实验，探究了温度和PVC掺混比对热解三相产物分布及其性质的影响。结果表明：伴随温度的升高，热解的固相产率下降，气相产率上升，液相产率先上升后下降；与此同时，热解气中的CH₄和CO含量上升，CO₂的含量下降；热解油中有机物含碳数减小，烃类和芳香类有机物比例增大；热解炭表面孔隙结构变得不规则，官能团减少。与污泥单独热解相比，PVC的加入会在降低产炭率的同时提高产气率，且高温下将抑制液相产物的产生。除此之外，PVC有利于提升热解气品质，提高高温热解油中重质组分的含量，并在增大热解炭表面不规则程度的同时使其含氧官能团更为丰富。     

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。     

BGL炉煤气化过程建模和模拟

建立了BGL气化炉的三维非稳态煤气化模型，模型考虑煤炭颗粒的收缩过程，应用收缩核模型集成煤热解模型、气相湍流模型、气固流动模型、气固异相反应模型、气相均相反应模型、能量守恒方程以及相间传热模型等。该模型充分考虑了气化炉内部三维空间的温度和组成分布，通过煤热解段模型化学计量参数优化，得到CO/H₂摩尔比在1.59左右，符合BGL炉热解段运行机制；然后对BGL炉气化段过程进行三维非稳态模拟，模拟出口气组成(CO，H₂，CO₂，CH₄，H₂O，O₂)与文献结果对比，误差均小于4%。证明了BGL模型的准确性。基于该模型，本文对煤气化过程的主要参数进行影响分析。分析结果表明：煤气化效率随汽氧比的增加而提高，当汽氧比确定在1~1.3之间可以满足工艺要求及生产的需要，适合本文研究所用褐煤的特点；氧煤比增加会降低煤气化效率，但合成气中有效气的含量呈现出先增大后减小的趋势，当氧煤比在0.17左右时有效气含量达到峰值；随着煤粒直径的增加，BGL炉内的温度呈降低趋势，最高温度从2536.77 K降到了2047.81 K；同时，煤粒直径增加会减小CO、H₂和CH₄的生成量，并增大CO₂的生成量。     

褐煤与大豆荚共热解的产物特性分析

利用自制的低温热解装置研究褐煤与大豆荚共热解的产物特性,考察大豆荚掺混比和催化剂Fe₂O₃对热解产物特性的影响。通过FT-IR、GC-MS、SEM-EDX和UV-vis分析共热解产物的性质,并将半焦用于亚甲基蓝吸附实验。研究结果表明：掺混比30%时,共热解焦油的产率达到最大值11.98%,比煤焦油产率增加44.86%,与计算值的正偏差最大（0.8%）,同时,大豆荚的添加有促进焦油生成的协同作用。大豆荚的添加有利于共热解焦油中含氧杂环的断裂,使共热解焦油中直链烷烃增多,芳香族化合物减少,使重质组分转化为轻质组分,从而提高焦油品质;同时,大豆荚的添加使共热解半焦的含氧基团增加,微观形貌变粗糙。而Fe₂O₃的加入使共热解焦油中酚、醇类物质增加;加Fe₂O₃共热解半焦的褶皱更加明显。共热解半焦对亚甲基蓝的吸附率为33.62%,比煤半焦的吸附率提高8.84%,加Fe₂O₃共热解半焦的吸附率为55.57%,比共热解半焦提高65.29%。     

锡林郭勒褐煤在超临界水和不同气氛下的液化性能

研究了锡林郭勒褐煤在超临界水和N₂气氛下,以及K₂CO₃,FeS+S和KOH三种催化剂分别作用下的液化性能,并与其在供氢溶剂四氢萘和H₂气氛下的液化性能进行比较。结果表明:锡林郭勒褐煤在供氢溶剂四氢萘和H₂气氛下具有较高的液化活性,在420℃、无催化剂条件下褐煤的液化转化率和油水气收率分别为76.8%和51.0%;而在相同温度、添加5%甲酸的超临界水和N₂气氛下,褐煤的液化转化率和油水气收率分别降为32.0%和29.2%,且褐煤液化主要转化为附加值高的油气部分。K₂CO₃,FeS+S和KOH三种催化剂对锡林郭勒褐煤在超临界水中液化都具有较好的催化活性,按催化活性由高到低排序为K₂CO₃,FeS+S,KOH;420℃时K₂CO₃对锡林郭勒褐煤具有最好的催化效果,褐煤的液化转化率和油水气收率最高,分别为46.5%和42.2%。气氛对锡林郭勒褐煤在超临界水中的液化性能具有较大的影响,在CO气氛下锡林郭勒褐煤的液化活性最高,420℃时褐煤的液化转化率和油水气收率最高,分别为52.2%和44.4%。这是由于在CO气氛下能够发生水煤气变换反应,可以为液化过程提供原位活性H,从而促进了油气收率和液化转化率的提高。     

CO2气氛下煤与蓝藻共气化的行为演变特性

煤与蓝藻共气化是兼顾煤炭高效利用与蓝藻资源化利用的重要途径。采用TG-FTIR联用技术,探究不同掺混比混合物在CO₂气氛下的共气化特性,为其应用化学链燃烧技术提供理论基础。实验表明,蓝藻多糖解聚温度低,于100℃便可析出气相产物。在热解阶段中,DTG曲线有两个失重峰,其中峰值大、温度低的由蓝藻热解产生,主要气相产物为羟基和芳香族化合物;温度较高的失重峰对应煤炭的热解,气相产物以CO、CO₂和烃类为主。均相模型适用于热解、炭化阶段,且对蓝藻的拟合度高于煤炭,而缩核模型对气化阶段和高煤炭比例样品的拟合效果好。共气化的协同作用起始于热解阶段,主要作用区间为气化阶段,掺混蓝藻可有效提高煤焦的气化活性。     

高硫煤泥燃烧过程中的汞排放特性

通过固定床程序升温汞脱附试验系统对所选高硫煤泥中汞排放特性进行在线监测,并利用热重分析仪对煤泥热解和燃烧特性进行研究,结合试验所得热解和燃烧特性参数,采用分布活化能模型,进行动力学分析。结果表明：煤泥的热解和燃烧过程可分为3个阶段,非等温条件下,随着升温速率增加,热解过程在高温区发生,最大失重率提升,对应峰值温度偏移,产生热滞后,利于挥发分析出;在煤泥热解过程中少量氧气的参与,抑制挥发分的析出,在7% O₂条件下综合热解特性参数值D最大。热解性能随CO₂浓度升高而得到改善;煤泥燃烧性能随升温速率的增加而得到加强,其活化能随转化率变化呈现“U”型趋势分布;煤泥中无机汞化合物主要为HgCl₂、α-HgS、HgSO₄以及硅铝酸盐类结合汞,总汞释放主要范围对应200~600℃;煤泥中汞释放量随O₂浓度增大,CO₂气氛条件下,随着CO₂浓度增加,总汞释放量逐渐增大。     

松木成型燃料水蒸气气化反应特性

采用自制蒸气气化炉试验系统,以废弃松木屑为原料制作成型颗粒燃料,采用高温水蒸气气化,考察不同气化温度及气料比（S/B）对生物质水蒸气气化反应的影响,利用XRD射线衍射和傅里叶红外图谱分别分析生物质反应残留物及气化焦油,反应残留物的比表面积及空隙特性由BET多点法和BJH法测得。结果表明,蒸汽流量和反应温度有利于促进蒸汽重整、碳还原、CO的变换反应,当S/B由0.5增加到1.5时,温度为900℃,H₂体积分数由52.32%增长到67.3%;随温度升高（750~950℃,S/B=1）,松木颗粒的失重率由82.91%升高到91.27%,其微孔结构充分发展,平均孔直径由20.96 nm降低到3.76 nm,焦油中脂肪烃含量增加,芳香烃因发生开环反应使其含量降低,有益于降低气化气中焦油含量。     

市政污泥中低温气化及重金属迁移转化特性

利用管式炉进行了污泥CO₂气化实验,并与N₂热解实验进行对比,系统研究了污泥中低温气化及重金属迁移转化特性。研究发现：热解过程中各可燃气体释放速率峰值出现的时间顺序为CO峰 < H₂次峰 < CH₄峰≈C_nH_m峰 < H₂主峰,气化过程中为CO主峰 < CH₄峰≈C_nH_m峰 < H₂主峰 < CO次峰。在450~550℃的区间内,气化和热解的冷煤气效率、样品失重率及残渣含碳量均相近,温度超过550℃冷煤气效率差距逐渐增大,温度超过700℃,样品失重率及残渣含碳量差距逐渐增大。气化温度为850℃时,冷煤气效率达87%。在450~700℃的区间内,气化残渣中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb的残留率均随温度增加呈缓慢降低的趋势,在700~850℃区间,上述重金属的残留率下降较快。Cd的残留率在450~550℃区间缓慢下降,550~700℃区间快速降低,700~850℃区间缓慢降低。气化残渣中Cr、Ni、Zn、As、Cd的稳定形态所占比例相较于污泥原样明显提高,而Pb、Cu的稳定形态所占比例与污泥原样相近。污泥中温（700℃）气化时,冷煤气效率约为50%,气化残渣中Cr、Ni、Cu、Zn、As的残留率约为高温（850℃）下的1.2倍,Pb约为2.7倍,Cd为7.5倍,残渣中各重金属的稳定形态比例与高温时接近,环境危害性小。     

Temperature dependence of crosslinking processes in pyrolysing coals

Changes in the macromolecular structure of a lignite and a bituminous coal during rapid pyrolysis in the temperature range 300–1200 K are described. Solvent swelling techniques have clearly demonstrated that crosslinking occurs in lignites at somewhat lower pyrolysis temperatures than it does in bituminous coals. The onset of the crosslinking processes in bituminous coals coincides with the end of the tar formation period. In lignites, crosslinking occurs very early in the pyrolysis process, coinciding with low temperature release of CO₂. The presence of natural moisture in the lignite appears to have a significant effect on pyrolysis chemistry, increasing the amount of crosslinking observed at any temperature.     

流化床煤燃烧过程不同气氛下的气态氮释放特征

利用微型流化床反应装置,结合快速过程质谱仪,在850~940℃操作温度下,研究了三种不同粒度分布烟煤和无烟煤在热解、气化和燃烧反应条件下四种主要气态氮产物HCN、NH₃、NO和NO₂的释放规律。结果表明,微型流化床可以实时检测挥发分氮和焦炭氮的动态释放序和类型,热解、气化和燃烧反应气氛的改变主要影响HCN和NH₃的释放量。热解产物的气态氮主要是来自于挥发分,燃烧反应的HCN和NH₃的释放量与温度有明显关系,而气化反应的各类气态氮释放量随温度变化波动不大。煤颗粒尺寸和温度变化对烟煤和无烟煤中各类气态氮释放量产生影响比较复杂,其中NH₃的释放特性是区分挥发分N释放和半焦N释放的重要特征。     

Analysis of pyrolysis and gasification reactions of hydrothermally and supercritically upgraded low-rank coal by using a new distributed activation energy model

Hydrothermal water treatments and supercritical (SC) water treatments of a lignite were performed to examine the feasibility of upgrading low-rank coals. The treatment below 400°C was found to be effective enough to keep high gasification reactivity at high temperature, as well as to suppress spontaneous combustion. The pyrolysis and gasification behaviors of raw and pretreated coals were examined by thermogravimetry (TG). The kinetic analysis was carried out based on a new distributed activation energy model (DAEM) presented by Miura [K. Miura, Energy & Fuels, (12), 864–869 (1998).]. According to this method, thermogravimetric curves measured at two or more different heating rates were needed to obtain the activation energy distribution function f(E) of a given coal sample. It was found that in the case of pyrolysis, the peak values of f(E) curves for upgraded coal samples are nearly 300 kJ/mol, whereas, the peak value of f(E) curve for their parent coal is about 200 kJ/mol. In the case of gasification, where only single reactions occur, the application of this new DAEM can give the changes of activation energy during reaction. Some interesting results occur, which may hint at some changes in the rate-controlling step of reaction or in the physical structure of coal during gasification.