TPD 法研究平朔煤半焦的灰分在气化中的作用

目的用 TPD(程序升温脱附)法研究平朔煤的灰分在气化中的作用. 方法使用 TPD 和 TGA(热重分析)方法对平朔煤含灰样与酸洗样在气化中形成表面复合物的能力进行测试, 考察其形成与发生分解的基本规律. 结果与结论平朔煤含灰煤半焦在 730 ℃可以测到 CO 脱附峰, 酸洗样在整个过程中无 CO 脱附峰. TPD 和 TGA 的研究表明, 平朔煤半焦中的灰分在气化中可以起催化作用, 730 ℃的 CO 脱附峰与灰的催化作用关系很大. XRD(X 线衍射)对煤半焦中灰分组成的考察表明, 含灰样中灰分主要成分为 CaO, 酸洗样中主要为 CaF2. 因此灰中的 CaO 是在气化中起催化作用的活性物种. 在气化中, CaO 与煤半焦在 730 ℃可以发生反应, 生成 CO, 同时金属氧化物被还原. 在该温度范围内, 被还原的 CaO 又可在 CO2 气氛中被氧化. 上述过程构成了催化气化的循环过程. 显然 CaO 对气化过程有催化作用而 CaF2 没有催化作用. 酸洗过程可以使 CaO 转化为 CaF2, 造成催化活性组分的损失, 是使煤半焦的反应性降低的原因.     

TPD法研究平朔煤半焦的灰分在气化中的作用

目的：用TPD（程序升温脱附）法研究平朔煤的灰分在气化中的作用。方法：使用TPD和TGA（热重分析）方法对平朔煤含样与酸洗样在气化中形成表面复合物的能力进行测试，考察其形成与发生分解的基本规律。结果与结论；平朔煤含煤半焦在730℃可以测到CO脱附峰，酸洗样在整个过程中无CO脱附峰，TPD和TGA的研究表明，平朔煤半焦中的灰分在气化中可以起催化作用，730℃的CO脱附峰与灰的催化作用关系很大，XRD（X线衍射）对煤半焦中灰分组成的考察表明，含灰样中灰分主要成分为CaO，酸洗样中主要为CaF2.因此灰中的CaO是在气化中起催化作用的活性物种，在气化中，CaO与煤半焦在730℃可以发生反应，生成CO，同时金属氧化物被还原，在该温度范围内，被还原的CaO又可在CO2气氛中被氧化。上述过程构成了催化气化的循环过程，显然CaO对气化过程有催化作用而CaF2没有催化作用。酸洗过程可以使CaO转化为CaF,造成催化活性组分的损失，是使煤半焦的反应性降低的原因。     

中国典型无烟煤中矿物质对气化活性的影响

在水蒸汽和二氧化碳2种气氛下，采用热重方法考察了6种中国典型无烟煤中矿物质对气化活性的影响．结果表明：在水蒸汽气氛下，高温时脱灰无烟煤焦气化反应活性不变，低温时晋城、汝箕沟的脱灰煤焦气化反应活性降低，而阳泉、湖南、广东、龙岩的脱灰煤焦气化反应活性增加；二氧化碳气氛下，在所研究温度范围内晋城、汝箕沟的脱灰煤焦气化反应活性降低，而阳泉、湖南、广东、龙岩的脱灰煤焦气化反应活性增加；这与煤中矿物质含量和组成及脱灰后孔结构特征不同有密切关系．脱灰后的无烟煤焦与水蒸汽反应的活化能减小，确良而与二氧化碳反应的活化能随煤种的不同而变化．     

K-Fe复合催化剂对煤半焦气化速率与产物的影响

在热天平与固定床反应器中研究K-Fe复合催化剂对煤半焦的催化气化特性,并考察K-Fe催化剂种类、K-Fe配比与气化温度对气化过程的影响,分析反应过程中碳转化速率和气体产物(H_2、CO和CO_2)的变化规律.结果表明:K-Fe复合催化剂具有良好的催化作用,兼单一催化剂提高气化反应效率与调节气体产物组成的功能;在850℃时,碳转化速率比无催化剂时提高了3.2~4.8倍,产品气中H_2产率提高了6.4%~12.6%、CO产率提高了5.8%~22.3%;复合催化剂中提高气化速率的原因主要是K,而Fe对气体产物组成的影响更大;高温会显著加快气化反应过程,促进CO生成,使H_2及CO_2产率降低,在850℃及更高温度时,升温对反应速率的促进作用逐渐降低.     

淮南煤焦结构及其高温气化反应性研究

采用FTIR、TG／DTA和比表面分析对淮南煤焦进行研究,考察了成焦条件对淮南煤焦的物理、化学结构及其CO2气化反应性的影响。结果表明,随着热解温度的升高,煤焦中的碳含量增加、氢含量降低、孔容减小,煤焦与CO2的气化反应性降低;在热解温度相同的备件下,与快速热解煤焦相比,慢速热解煤焦的碳含量较高、氢含量较低、孔容和比表面积较小、与CO2的气化反应性较低。     

对煤焦的水蒸汽催化气化及煤灰的研究

为改善煤的气化性能,本文研究了煤的水蒸汽催化气化反应.考察了南宁褐煤、焦作无烟煤在加入 KOH、Ca(OH)_(2)时,产气量、焦油量、灰中碳含量的变化.由于催化剂可降低灰熔点和增加灰中可溶性硅和枸溶性钾,提出了在煤的催化气化同时,利用副产煤灰制硅钙钾肥料的方法.     

潞安煤灰化学性质调控及工艺条件选择

为提高高灰熔点潞安煤对大规模煤基合成油气化工艺的适应性,采用灰熔点测试仪、XRD射线衍射、热重分析仪等测试手段,研究了添加助熔剂和配煤2种灰化学性质调控方法对潞安煤灰熔融特性及气化反应性的影响,提出了山西潞安集团180万t/a煤基合成油项目气化工艺.结果表明:助熔剂的质量分数为0~7%时,CaO,Fe2O3,MgO使灰流动温度降低的最大值分别为150,73,68℃,随着助熔剂含量继续增加,Fe2O3,MgO的助熔效果明显提高.在考察的实验范围内,平均每加入1%的神木煤,灰熔融温度降低约3℃.莫来石含量的逐渐降低及铁橄榄石和钙铝榴石的不断形成是混煤灰熔融温度下降的主要原因.潞安原煤中的原生矿物质对煤焦气化反应性影响很小,添加助熔剂和配煤能显著提高煤焦的气化反应性.     

煤-富钾生物质共转化催化煤焦气化反应的研究

在喷动一载流床中制备了不同比例煤与麦秸的共热解焦,在热天平中考察了共热解焦CO^2气化反应性,分析了原料比率、热解温度等对共热解焦气化反应特性的影响．结果表明,20％生物质添加比例下,煤一麦秸共热解焦的气化反应性即明显高于煤焦,且共热解焦反应性随生物质比例增加而增大,脱碱金属麦秸与煤共热解焦的反应性则与煤焦相近;试验条件下,热解温度750℃制备的共热解焦中碱金属钾含量最高,并具有最高的气化反应性．动力学分析表明,与煤焦相比,煤一麦秸共热解焦的气化反应活化能显著降低．     

神木煤显微组分热解气化的对比研究

考察了神木煤镜质组和丝质组在热解的气化过程中存在的差别,包括不同压力下热解和气化的挥发分收率,生成半焦的C含量,半焦的表面形态和燃烧反应性,结果表明：在热解过程中,镜质组的反应性高于丝质组,生成的镜质组半焦比丝质焦有较高的C含量,而在气化中丝质组有较高的反应性,气化压力较低时,生成的丝质组半焦有较高的C含量,气化压力较高时生成的镜质组半焦有较高的C含量,但不论是热解还是气化过程中,生成的镜质组半焦的燃烧反应性高于丝质组半焦,气化过程生成半焦的燃烧反应性高于热解半焦。     

AAEM赋存形态对生物质半焦反应活性的影响

为深入研究碱金属碱土金属元素(AAEM)赋存形态对生物质热解半焦反应活性的影响,采用化学分析分馏法与ICP-AES测定半焦内AAEM元素赋存形态的分布情况,用热重分析法分析AAEM元素赋存形态对半焦反应活性的影响.结果表明:半焦中Na、K元素以水溶态为主,Mg、Ca元素则以不溶态为主;370℃下,NH4Ac溶态AAEM元素主要在反应中后期起作用;经H2O、NH4Ac、HCl洗后半焦比反应速率依次降低;在碳转化率较小时,AAEM对焦炭反应活性起促进作用,碳转化率大于一定值时,原始半焦活性低于H2O洗半焦活性;NH4AC溶态AAEM对半焦反应活性的催化作用相对稳定,HCl态AAEM对生物质快速热解半焦反应活性的影响最大.     

高硫煤半焦水蒸汽部分气化预脱硫的研究

要：在固定床中考察2种高硫煤半焦水蒸汽部分气化预脱硫的行为．结果表明：硫的气化脱除因煤而异，大同半焦的脱硫率随着温度的升高而增加，义马半焦在温度高于700℃时，由于灰分中碱性矿物质的固硫作用，脱硫率降低；气化剂水蒸汽含量提高有利于半焦中碳和硫的析出，且可抑制灰分中碱性矿物质的固硫作用，使半焦中含硫量降低；增加气速有利于改善传质，使生成的气相硫快速移出反应区，提高脱硫率；在初始阶段，半焦停留时间的增加可有效降低部分气化半焦的含硫量，增加脱硫率；但随着反应的进行，脱硫率逐渐升高，脱硫速度减缓．水蒸汽部分气化可改善煤焦结构，有利于硫的脱除；大同和义马半焦中无机硫化物脱除率分别达94％和64％。     

义马煤的流化床热解脱硫研究

在常压惰性气氛中采用流化床反应系统对义马原煤，脱灰，脱黄铁矿煤进行了热解脱硫，效果考察，主要考察了温度，热解时间及气氛对煤中硫变化的影响。结果发现：义马原煤，脱灰煤在700℃左右可得到低硫半焦，而在ψ（O2）为0.6%的N2气氛下，原煤在650℃左右即可得到硫含量更低的半焦，其脱硫率可达到72.9%。且半焦收率变化不大，表明在惰性气氛中配入少量氧气，可大大提高全硫脱除率，在实验所涉及的温度范围内原煤半焦中有机硫含量呈增加趋势，义马原煤中碱性矿物质固硫作用导致原煤半焦中硫含量高于脱灰煤半焦中硫含量，而增加热解停留时间不利于提高脱硫效果。     

铁基矿物质对西部煤热解特性的影响

以神东、新疆煤为研究对象,采用微量热重、常量固定床实验装置分别对原煤、脱矿煤、载铁煤在热解过程中的质量变化和气相产物进行了对比分析,研究了铁基矿物质对煤热解特性的影响.结果表明:煤热解出现最大失重速率和气相产物最大释放量的温区均与煤的变质程度有关,较低变质程度的神东煤在450℃左右出现最大失重,而新疆煤则为600℃;神东煤热解生成CH4,CO和CO2的最大释放温度小于新疆煤.载Fe煤热解过程中生成的气相产物总量大于原煤和脱矿物煤,显示了Fe的催化作用.该催化作用主要表现在热解达到最大失重速率的温度之后的缩聚阶段,这引起了H2的生成量增大.Fe的催化作用受煤变质程度的影响,对变质程度较低的神东煤的作用明显大于新疆煤.     

煤(焦)气化活性指数H_(CG)的解析与应用

在煤(焦)样程序升温热重分析的基础上,提出了一个可以简单、定量、准确表征煤(焦)气化反应活性的气化活性指数HCG,对我国典型煤(焦)样进行了程序升温热重实验,通过HCG与其他解析方法的对比验证了HCG的表征效果.结果表明:R0.5,Rmax和Tmax在表征煤(焦)的气化反应活性时存在一定的误差;而T0.5和HCG两个指标均可以准确、可靠地表征煤(焦)气化反应活性,但是难气化的煤(焦)T0.5均大于1 000℃,超出了普通热重分析仪的温度范围,应用受到限制;而HCG可以通过温度上限较低的热重分析仪测量计算得出,应用范围更加广泛,适于评价煤(焦)的气化反应性.     

低阶煤与冷轧氧化铁红共热解半焦的燃烧特性

采用固定床热解装置制备神木长焰煤与冷轧氧化铁红热解终温为550℃的共热解半焦。扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,冷轧氧化铁红可以催化煤的热解,增加半焦表面的裂纹及孔隙;X-射线衍射(XRD)分析结果表明,煤与冷轧氧化铁红共热解降低了半焦碳的微晶结构的石墨化程度,提高其氧化反应活性;由热分析结果可知,共热解半焦的综合燃烧特性指数(Sn)比原料煤半焦高63.5%,燃烧反应活化能比原料煤半焦低39.7%,表明共热解半焦的燃烧性能优于原料煤半焦,煤与冷轧氧化铁红共热解可改善半焦的燃料品质,拓宽半焦作为燃料的利用领域。     

催化剂对CH_4气氛下的煤热解特性的影响

采用3种活化CH_4的方式,利用管式炉分别考察了在CH_4气氛下添加2、Ni/Al2O3、Mo/HZSM-5这3种物质对煤热解特性的影响.结果表明,相比于N2气氛,CH_4气氛下热解产生的焦油增多,焦油中杂原子化合物减少,半焦中硫、氮质量分数降低.在CH_4气氛中添加3种物质均能使热解时产生的焦油品质提高.添加H_2使得热解的气体产率(体积)增加,半焦产率降低,但半焦的元素成分无明显变化;添加Ni/Al2O3使得气体产率增加,焦油中轻质组分增多,半焦中的硫含量降低、氮含量增高.添加Mo/H_ZSM-5使得气体产率下降,焦油中芳香族化合物增多,半焦的碳缩聚程度加深.     

煤焦固定床等温CO2气化反应动力学研究

利用自建固定床实验台研究了常压下神华煤煤焦等温CO2气化反应特性,实验分析了CO2流量、煤焦质量、气化温度和CO2分压对煤焦固定碳转化率的影响.在建立的化学反应动力学控制实验条件下,根据等转化率法计算得到煤焦气化反应活化能E为155 kJ/mol、CO2分压反应级数n为0.58;通过比对常用42种反应机理函数相关系数大...     

神府煤不同密度级组分光催化氧化的XPS研究

利用XPS对比分析神府脱灰煤及其两个密度级组分D3(1.375～1.400g/cm3)和D4(1.400g/cm3)在低温光催化氧化前后表面化学键的变化,结果表明:煤表面主要含氧官能团以碳氧键(C-O)为主,氮的存在形式在D3组分中以吡咯型氮(N-5)和吡啶型(N-6)氮为主,D4组分中主要为吡咯型氮;神府脱灰煤主要是质子化吡啶型氮和吡咯型氮.光催化氧化50h后,神府煤表面含氧官能团含量减小,碳碳骨架键(C-C)含量增大;煤中内部质子化吡啶(N-Q)转化为芳香环边缘上的吡啶氮或吡咯氮.     

碱金属在白云鄂博铁精矿还原中的催化作用研究

利用失重法对碳的气化反应、CO气体以及碳还原白云鄂博铁精矿进行了实验,使用矿相、XRD分析了还原后样品的相组成与显微结构。研究结果表明：加入催化剂后,碳的气化反应速率和铁精矿还原速率提高,且K2CO3和Na2CO3的催化效果明显优于CaCO3的催化效果。催化剂的加入有助于碳的活性提高,加速了碳的气化反应,从而促进了白云鄂博铁精矿还原反应进行。     

典型煤种CO_2气化过程中产物的析出特性

CO2气氛下在热重分析仪上对3种典型煤种分别进行了气化实验,与便携红外分析仪连用,详细研究了煤气化产物与温度、煤种的关系。结果表明：气化温度在500～800℃之间,C煤的甲烷生成速率较高,但焦炭与水蒸气的气化反应较慢,但温度达到1 000℃时甲烷会分解;在热重分析仪中,高灰分阻碍了气化反应的进行,400～1000℃过程中失重曲线较平缓,在1 000℃之后,TG曲线有了明显的变化;煤化程度越低,越有利于挥发分的析出,有利于提高气化过程中CO和CH4的析出量,而且降低了有机硫（COS）的析出量。