几种年轻煤在氮热等离子体中的热解

研究了几种中国年轻煤在氮电弧热等离子体中的热解行为,考察了煤的基本性质、煤的粒度及加煤速率等条件对煤热解特性的影响.结果发现,煤在氮等离子体条件下热解所得气体产物中的主要成分是氢、乙炔、一氧化碳和丙炔腈,此外还有甲烷和乙烯等小分子烃.乙炔的收率随煤种的不同和操作条件的变化而波动.煤中的挥发分含量愈高、加煤速率愈低,乙炔收率则愈高.其中扎赉诺尔褐煤的乙炔收率最高可达22.3%(以煤中碳为基准);原料煤在氮等离子体中热解后,除部分芳香C—C键得以保留外,煤有机结构中的外围官能团全部消失,同时在热解半焦中有新的氮基官能团(如—C(?)N)引入.     

煤在等离子体热解制乙炔工艺过程优化研究

煤等离子热解制乙炔工艺是传统电石法制乙炔的潜在替代新工艺,对该工艺过程进行优化是研究的重要方向。首先建立煤在等离子体热解制乙炔反应器数学模型并进行数值模拟,然后通过反应器结构优化、采用惰性隔离气体及工作气体再循环等措施,能使煤在等离子体热解制乙炔工艺过程连续运行时间延长2倍左右,乙炔转化率提高10%左右、降低了乙炔比能耗5%左右。     

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。     

等离子体在煤化工中的应用

本文从煤的冷氧等离子体氧化、煤的等离子体气体、煤在富氢等离子体中热值直接生产乙炔等几个方面阐述了等离子体在煤化工中的应用现状。指出煤在等离子体中热解直接生产乙炔的技术是一种对环境友好，技术经济上可行，具有潜在工业发展前景的工艺路线，值得重视。     

煤中氯在不同气氛下的热解析出

研究了在不同的气氛（惰性气氛、氧化性气氛、蒸汽和它们之间的混合气氛），不同的时间（0－45min)下，煤中氯热解析出的变化，同时考察了气体流速、热解温度和不同比率的水蒸气对煤中氯析出的影响。研究表明，气体流速对煤中氯的析出具有明显的影响；热解温度影响最大在800℃时，氯析出率明显高于较低温度时氯的析出，达79．1％；氧化性气氛中，氯的析出率比惰性气氛中高；水蒸气的存在有利于氯的析出率。     

不同热解方式下长焰煤的热解特性研究比较

为提高长焰煤热解转化率,研究其热解过程和机理,采用格金干馏设备、固定床和间歇蒸气流化床3种不同热解装置,分别进行长焰煤的低温热解实验。研究结果表明,格金干馏实验中液体产率较高;在固定床低温热解装置中,煤颗粒达到完全热解需要的时间长,热解气体产物中氢气的产率高;在间歇蒸气流化床中,煤颗粒的热解反应速度快,但受热解过程中流化气吹损的影响,半焦产率低;热解气体的组成和分布也随热解气氛而改变,在水蒸气气氛条件下,水蒸气可能参与大分子烃类物质的部分反应,热解气体中CH4和C2以上小分子烃类物质CmHn总含量降低,CO2和CO含量增高。     

等离子体热解煤制乙炔工程化过程中的关键问题

从等离子体热解煤制乙炔的特点出发,总结了国内外的研究现状,探讨了煤种、气氛及淬冷3个因素对乙炔收率和能耗的影响,结果表明:挥发分在25%￣40%、氧含量低、H/C比较高的煤种有利于乙炔的生成;在惰性气体中引入氢气可以提高煤的转化率和乙炔的生成率;淬冷能够促进生成乙炔的反应、提高乙炔的收率、降低反应能耗,并分析了实现工业化过程中需要解决的几个关键问题。     

煤在等离子体中热解直接生产乙炔

煤在富氢热等离子体中热解直接制取乙炔，是一条具有潜在工业发展前景的新工艺路线。最近发表的该技术的技术经济评价报告表明：等离子体热解煤直接制乙炔的生产成本与传统的水解电石法的乙炔成本基本相同，但新技术对环境没有污染，新技术的经济可行性在很大程度上取决于乙炔的最大收率及单位体积乙块的能耗，而这两个指标又由工艺条件（等离子体发生器和煤热解反应器的结构及氢气源成本等）和煤的性质决定。本文对国外在这一领域的工作进行了全面的评述，并扼要介绍了我们自己的研究工作。     

反应气氛对煤热解过程中硫变迁与释放的影响

通过固定床、流化床热解脱硫过程,重点对比分析反应气氛对煤中硫变迁与释放行为的影响.研究结果表明:还原性气氛较惰性气氛和氧化性气氛更有利于煤中硫的释放.较高的热解温度有利于有机硫和硫酸盐硫的脱除,较长的热解时间可以使更多种类的硫发生分解反应.选择合适的热解条件参数是实现煤热解预脱硫、有效提高脱硫效率的关键.     

纤维素在等离子体射流水平床内热解气化特性

采用新型等离子体射流水平床反应器,以羟丙基甲基纤维素(HPMC)为实验物料,考察了进料速率对热解气体产物组成、原料组成元素气相转化效率、气体产率和气体热值的影响,并进行了热解气化过程的能量转化规律研究。结果表明:等离子体热解气化产物主要为可燃气及少量固体残碳,无焦油存在;气体产物中以化学合成气(H2和CO)为主。随进料速率的增加,组成元素的气相转化率、气体产率均减小,而热解气热值增加。在进料速率为0.11 g/s时,氢元素气相转换效率可达93%,热解气中H2和CO体积分数之和可达95%,气体产率为1.37 L/g。在等离子体热解气化HPMC的过程中,电能主要转化为热解气和系统冷却水的显热,并未转化成热解产物的化学能,但等离子体射流为气化过程提供了高温、高焓、高升温速率的反应环境。     

煤热解过程中气态产物分布的研究

利用固定床热解装置对3种不同煤种进行了热解研究,考察了温度和煤的性质对热解气态产物以及硫元素逸出规律的影响,结果表明:除了煤的性质外,温度是影响热解产物分布的重要影响因素;同时CO和CO2的逸出量与煤中氧元素的含量有关,而生成CH4和气态烃的量与H/O原子比有很大关系;热解过程中含硫物质以H2S和少量COS的方式逸出到气相,而逸出的气态硫也与煤的含硫量有直接关系.     

Chemical looping gasification of maceral from low-rank coal:Products distribution and kinetic analysis on vitrinite

The product distribution and kinetic analysis of low-rank coal vitrinite were investigated during the chemical looping gasification (CLG) process.The acid washing method was used to treat low-rank coal,and the density gradient centrifugation method was adopted to obtain the coal macerals.By combining thermogravimetric analysis and online mass spectrometry,the influence of the heating rate and oxygen carrier (Fe2O3) blending ratio on product distribution was discussed.The macroscopic kinetic parameters were solved by the Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) method,and the main gaseous product formation kinetic parameters were solved by the iso-conversion method.The results of vitrinite during slow heating chemical looping gasification showed that the main weight loss interval was 400-600 ℃,and the solid yield of sample vitrinite-Fe-10 at different heating rates was 64.30％-69.67％.When β =20 ℃·min-1,the maximum decomposition rate of vitrinite-Fe-10 was-0.312％·min-1.The addition of Fe2O3 reduced the maximum decomposition rate,but by comparing the chemical looping conversion characteristic index,it could be inferred that the chemical looping gasification of vitrinite might produce volatile sub-stances higher than the pyrolysis process of vitrinite alone.The average activation energy of the reaction was significantly reduced during chemical looping gasification of vitrinite,which was lower than the average activation energy of 448.69 kJ·mol-1 during the pyrolysis process of vitrinite alone.The gaseous products were mainly CO and CO2.When the heating rate was 10 ℃·min-1,the highest activation energy for CH4 formation was 21.353 kJ·mol-1,and the lowest activation energy for CO formation was 9.7333 kJ·mol-1.This study provides basic data for exploring coal chemical looping gasification mecha-nism and reactor design by studying the chemical looping gasification process of coal macerals.     

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。     

典型气流床煤气化炉气化过程的建模

利用Aspen Plus、基于热力学平衡模型对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。根据煤颗粒热转化的历程,将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段,利用David Merrick模型计算热解过程,采用Beath模型校正压力对热解过程的影响,选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应,编制Fortran程序计算半焦裂解产物收率,最后基于Gibbs自由能最小化方法计算气化反应。结果表明,采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合,对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分（CO+H₂）体积分数模拟结果的误差均不超过2%,建立模型的可靠性得到验证。     

Decomposition of polyethylene in radio-frequency nitrogen and water steam plasmas under reduced pressures

The possibility of radio-frequency (RF) nitrogen and water steam plasmas under reduced pressures for gasification of plastic waste as a thermal recycling method has been investigated in order to develop an innovative method for directly recycling plastic waste to hydrogen, synthesis gases or fuels. The products of pyrolysis were analyzed and classified into gaseous fraction and solid soot; and analytical interest was focused on the gaseous product composition. It was found that the electrode geometry, input power, reactor pressure and plasma working gas were the key parameters affecting the plasma characteristics and pyrolysis product. Experiments with different plasma media indicated that when polyethylene (PE) powder was injected into nitrogen plasma, the PE was decomposed and hydrogen formed as a main product by reaction with the plasma; when water steam plasma was used for conversion of PE, the carbon conversion to gas was dramatically enhanced in the presence of water steam, and the main gas products were carbon monoxide and hydrogen. Preliminary solid products analysis and pyrolysis mechanisms for the different plasmas processes were also discussed.     

煤热解特性研究

对大雁、协庄和昔阳3个不同煤化程度的煤样，在N2，CO2和水蒸气3种不同气氛及不同温度下进行了热解研究，考察了煤化程度、热解气氛和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3个煤样，随煤化程度加深，焦产率增加，油和气产率一般随煤中挥发分增加而增加，但又与煤的大分子结构、热解温度和加热速率等有密切关系；干馏气组成H2和CH4含量协庄煤样最高，而(CO CO2)含量因煤中氧含量的降低而下降．与N2气氛相比，CO2和水蒸气气氛中半焦产率下降，气产率增加；油产率水蒸气气氛下最高．H2组分含量在水蒸气气氛下最高，而CO，CH4和烃类C2～C5组分则最低．LHV在N2，CO2和水蒸气气氛下逐次降低．     

葡萄树枝烟气气氛下热解气化特性研究

以葡萄树枝为研究对象,采用热重-傅里叶变换红外光谱（TG-FTIR）联用技术,研究了反应气氛和升温速率对其热解特性的影响。结果表明：在烟气气氛（80% N₂、15% CO₂、5% O₂）下,DTG曲线在80、350和800℃温度附近存在3个明显失重峰,而在氮气气氛下仅存在80和350℃左右2个失重峰;升温速率为30℃/min时,氮气气氛下样品失重率达80%左右,而烟气气氛下达到95%。说明烟气气氛可提高葡萄树枝转化率,促进热解气化反应的进行。升温速率对生物质热解气化过程有双重影响,提高升温速率有利于葡萄树枝挥发分析出,促进热解气化反应进行,但容易引起葡萄树枝炭结焦,进而影响热失重的进程。热解析出产物采用FTIR分析,结果表明：不同热解阶段气体析出产物及析出量差别很大,且不同热解产物的析出特性由葡萄树枝样品内部官能团的重组、断裂引起。360℃时热解析出的气相产物种类最多,主要包括CO、CO₂、H₂O和CH₄等小分子气体,以及醛类、烃类、羧酸类等大分子物质。     

有关煤洁净制乙炔的等离子技术的基础研究

用等离子技术生产乙炔是实现煤洁净转化的途径之一。本文在对乙炔化等离子体系的热力学、动力学分析基础上，讨论了煤等离子乙炔化过程中Ｈ含量对乙炔产率的影响、加热时间和转化率的计算方法及反应器中煤粒的温度和速度分布。     

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。