煤热解特性及热解动力学的研究

采用热天平对不同煤种在同一升温速率下的热解特性进行了试验研究,同时对其热解动力学特性进行了分析。试验结果表明,煤的热解过程主要分为干燥脱气阶段、主要热分解阶段和二次脱气3个阶段。在热重试验的基础上,用Doyle积分法求取动力学参数的处理方法获得了有关煤热解反应的动力学参数。     

富油煤热解流体滞留特征及其机制

富油煤作为煤基油气资源在我国西部地区拥有丰富的资源量,对其规模化提取油气不仅有利于提高国内能源供给能力,同时有利于改善煤炭的高碳属性。富油煤原位热解技术在提取煤中油气资源的过程中,具有绿色、低碳、地质结构损害小的优势,但其油气产出可能面临流体迁移约束与滞留问题。利用低场核磁共振实验和热重分析实验充分证实了富油煤热解残样中存在油气滞留特征,基于傅里叶红外光谱数据探讨了煤基质结构演化对热解流体迁移的束缚和滞留机制。研究结果表明,低场核磁共振T₁-T₂谱显示富油煤500℃热解后存在较强烈的油性小分子信号,利用热重分析技术对500℃热解后的半焦再次进行热解实验,发现其初始热解温度仅为461.5℃,低于前期500℃预处理温度。对比该热解样品与未热解的富油煤原始样品,在371～462℃热解温度段活化能前者却远低于后者。上述现象充分说明500℃富油煤热解阶段存在油的束缚情况。随着热解温度的升高,煤中含氧官能团和脂肪结构不断减少,导致煤-油相互作用增强、煤-水相互作用减弱,这一方面使煤基质对热解焦油的迁移约束性增强,另一方面使煤中可动水含量逐渐增多。此外,煤...     

陕北富油煤低温热解提油基础特性

富油煤低温热解产油是煤炭资源清洁高效利用的一种方式。为了研究陕北富油煤低温热解提油基础特性,利用固定床反应器进行富油煤低温热解,研究了张家峁、柠条塔和红柳林的富油煤,在不同粒径、不同热解终温、不同升温速率及不同工业分析等条件下对焦油产率的影响,利用气相色谱模拟蒸馏方法分析焦油品质。结果表明：粒径为0.8～2mm的张家峁富油煤,在热解终温为550℃,升温速率为26℃/min,压力为0.1MPa的条件下,焦油产率达到最大,为13.19%;焦油产率随富油煤的热解终温和升温速率的增大先增加后减小。     

基于热重的煤热解反应动力学试验研究

采用热重分析法对4种不同粒径范围内的5种不同煤样进行热解特性试验研究,以考察煤化程度和粒径对煤热解过程的影响规律,同时对其热解动力学进行了特性分析。试验结果表明,煤的热解反应活性随着煤化程度的增加而逐渐降低;煤的传质传热受到粒径影响,煤的热解总失重率随着粒径的增大而减少,但当粒径小于一定数值时,蒙东褐煤、河曲2#煤和孙家沟煤的热解总失重率反而随着粒径的减少略有增加。在热重试验的基础上建立热解反应动力学模型并求解模型参数,把握热解特征和规律,以期在一定程度上对煤炭地下气化提供相应的理论指导。     

神华煤及其直接液化残渣热解动力学试验研究

为研究神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程,对神华煤和神华煤直接液化残渣在不同的升温速率下进行了热重分析.根据不同升温速率的热解试验结果,采用分布活化能模型(Distributed Activation Energy Model,DAEM)对神华煤和残渣的热解动力学进行了分析,得到了热解动力学参数活化能和反应速率常数.研究表明:神华煤热解的活化能为53.98～279.38 kJ/mol;神华煤直接液化残渣热解活化能约为170 kJ/mol.对神华煤和残渣热解失重率随温度变化的试验曲线和模拟计算所得曲线进行比较,发现神华煤和神华煤直接液化残渣的试验曲线和模拟曲线重合较好,说明DAEM模型能够较准确地描述神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程.     

炼焦煤尾煤热解特性及动力学研究

基于炼焦煤尾煤和原煤的热解实验对比,研究热解终温、升温速率和高矿物质含量对炼焦煤尾煤热解特性的影响,并求解炼焦煤尾煤热解的动力学参数。结果表明：热解终温和升温速率对炼焦煤尾煤的热解过程有重要的影响,高温有利于尾煤中高分子有机物裂解和挥发分析出,但高矿物质含量使尾煤热解在850 ℃后终温作用不明显;炼焦煤尾煤中矿物质含量对其热解具有抑制作用,使尾煤热解过程向高温段推移;炼焦煤尾煤的热解过程可以用3个二级反应描述,通过动力学参数拟合计算结果得出炼焦煤尾煤热解反应活化能为54.7~131.1 kJ/mol。     

大柳塔煤及显微组分在不同气氛下的热解行为

煤热解与甲烷二氧化碳重整耦合(CP-CRM)过程是提高焦油产率的重要方法之一。煤的显微组分组成是影响煤热解反应过程的因素之一,N2气氛下的显微组分热解过程已有较为深入的研究,但显微组分在CP-CRM过程中的热解行为规律尚待研究。通过固定床实验探讨不同反应温度和气氛对显微组分热解产物分布规律的影响,对比研究了甲烷二氧化碳重整(CRM)与N2气氛下大柳塔原煤及显微组分热解特性的差异。通过模拟蒸馏、核磁共振和GC-MS等表征方法对焦油进行分析,认识显微组分结构对热解焦油组成的影响。结果表明,在N2气氛下,镜质组和惰质组展现出不同的反应特性,镜质组热解焦油产率明显高于惰质组,主要归结于显微组分结构的差异导致的反应性不同。CRM气氛能显著提高热解焦油的产率,尤其对惰质组的作用效果最明显,使惰质组的焦油产率相比N2气氛提高16%,主要归结于CRM过程产生的自由基参与煤热解反应。焦油组成分析表明,在N2气氛下得到的热解焦油中,镜质组具有较高比例的脂肪类物质,惰质组具有较高比例的芳香类物质;CRM气氛下焦油中单环芳香烃的比例提高,轻质组分中蒽油的相对含量提高最为显著,同时CRM气氛下惰质组产生的焦油中三环、四环芳香烃的比例明显下降。     

热解温度及气氛变化对神府煤热解产物分布的影响

为阐明煤热解过程中,温度及气氛对神府煤热解产物分布的影响规律,采用程序升温法在固定床反应器上对N2,H2,CH4,H2-CO(2∶1) 等不同气氛下神府煤的热解行为进行了研究。结果表明,随着热解温度的升高,焦油产率呈现出先增大后减小的趋势,气体和水产率不断增加、半焦产率不断减少。不同气氛对焦油产率的影响为：H2>CH4>H2-CO>N2,气氛变化对气体和半焦产率影响较小,对水产率影响较大。热解温度对焦油4组分分布影响较小,均为芳香分>饱和分>胶质>沥青质,H2,CH4,H2-CO(2∶1)比N2气氛下生成更多的饱和分。随着热解温度的升高,N2气氛下气体产物中H2含量呈不断增加趋势,CH4含量先增大后减小,CO,CO2和C2~C4烃类气体含量逐渐降低;半焦的芳碳率fa、环缩合度2(R-1)/C和平均缩合环数R呈明显增加趋势,环缩合度较原煤有较大提高。相对于N2气氛,还原性气氛下,半焦的环缩合度和平均缩合环数增加,芳香层片间的距离降低。     

新疆白石湖富镜质组高碱煤热解特性

利用固定床热解炉、格金干馏装置和热重分析仪研究了白石湖富镜质组高碱煤(BS1和BS2煤)的热解特性和产物产率;同时在碱金属钠形态表征的基础上,考察了不同前处理方法对热解产物和动力学参数的影响。结果表明,白石湖煤在600℃热解焦油产率最大,煤气产率随温度升高而增加;BS1和BS2煤固定床热解的焦油产率分别为13.98%和13.75%,远高于准东煤的1.61%。焦油具有低密度、高H/C原子比和柴油馏分特点,净煤气以H_2,CH_4和CO为主。BS1和BS2煤水溶钠(H2O-Na)占比分别为79.58%和85.38%;醋酸铵溶钠(AcNH_4-Na)占比10.32%和8.06%,但含量较低的Ac NH_4-Na对焦油抑制作用显著大于H2O-Na。经水、醋酸铵和盐酸溶液处理后,BS2煤热解活化能和指前因子呈现降低趋势,格金焦油产率从14.80%分别增加到15.45%,17.18%和16.92%。     

黄陵煤与不同废塑料共热解特性研究

选取黄陵二号煤矿煤(HL煤)和聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS 3种废塑料。先对4种不同的原料进行热重分析,从热重分析可以看出HL煤的第二失重速率峰与PP、PE的失重速率峰重叠范围较宽,而与PS的失重速率峰几乎没有重叠;再将煤与废塑料以不同配比混合,进行低温干馏实验,收集干馏实验的液体和固体,计算产物的产率并进行比较,得出HL煤与PP、PE在共热解时存在协同作用,并且在配比为5%时效果最好。同时发现3种废塑料的加入都一定程度地增加了热解气体中轻质组分的含量,这是因为废塑料的热解过程中给煤提供了自由氢,充当了氢源,另外废塑料的加入同时也提高了半焦的强度。     

神华煤直接液化残渣热解动力学研究

运用分布活化能模型（DAEM）对神华煤直接液化残渣热解过程进行了分析,得出残渣热解活化能E的算术平均值为144.6 kJ/mol,分布在60.1～280.4 kJ/mol范围内,活化能分布函数f(E)为非正态分布函数;指前因子k₀与活化能E之间存在补偿关系.     

神华煤液化残渣的热解特性研究

以N2为载气,流速为20 mL/min,升温速率分别为15,30,45和60 ℃/min,终温1 200 ℃ 的条件下,用TGA/SDTA851热失重分析仪进行了神华煤液化残渣的热解特性试验研究.实验得到了神华煤液化残渣热解的TG和DTG曲线,表明神华煤液化残渣的热解是分两步进行的.在低温段主要是神华煤液化残渣中挥发性的气体溢出引起热解失重;高温段则主要是一些高分子有机质的热解过程.低温段的热解是主要的,它基本上热解掉了神华煤液化残渣重量的30%~40%.神华煤液化残渣挥发分含量很高且具有集中析出的特性,在240~370 ℃区间内可挥发物质迅速热解完毕.其在高温段的热解产率很小,只有总重量的10%~13%.随着升温速率的增加,低温段和高温段热解的区分更加明显,且使神华煤液化残渣的热解产率提高.此外,还给出了不同升温速率下的神华煤液化残渣热解特性数据和化学反应动力学参数.     

陕北富油煤熄焦特征污染物析出规律探究

为研究陕北富油煤的熄焦特征污染物析出规律,从而实现煤炭的清洁高效利用。以张家峁4-2富油煤为研究对象,采用热解炉制备不同热解终温和不同热解恒温时间的热解焦,对热解焦进行干法熄焦,探究熄焦过程中特征污染物的析出规律。实验结果表明：富油煤热解干熄焦过程中,污染物SO₂最大浓度为400×10^-6、颗粒物最大浓度为400 mg/m³,同时有少量的NO产生,熄焦6 min后SO₂浓度降至较低水平,8 min后基本不再产生污染物,13 min后热解焦温度降至250℃,熄焦过程结束;相对于大粒径(5～30 mm)的煤,小粒径(<5 mm)的煤产生的SO₂和颗粒物更多。     

多手段表征富油煤微生物厌氧发酵孔隙结构变化特征及机制

煤层气生物工程技术是实现富油煤绿色、低碳开发的有效手段之一。为探究微生物厌氧发酵作用下富油煤孔隙结构演化特征,以鄂尔多斯盆地南部黄陵矿区富油煤为研究对象,在实验室条件下开展微生物厌氧发酵(降解)富油煤生烃模拟实验,采用场发射扫描电镜、3D形貌仪、CT扫描、孔隙度/渗透率测试等手段,对微生物降解前后的富油煤表面形貌、粗糙度和内部孔隙进行表征,并探讨微生物降解作用下富油煤的孔渗结构演化规律及生烃机制。结果表明：不同规格大小的煤样甲烷生成潜力与煤的质量(或接触面积)呈正相关关系;微生物降解作用具有显著的扩孔、增孔、增容、造缝等效果,以及降低煤体表面粗糙度,使其变得平滑,有利于煤层气的解吸和运移;微生物还可沿着节理、裂隙系统进入富油煤内部,改造煤体孔隙结构及其连通性;同时微生物降解作用还可提高富油煤的孔隙度和渗透率,为煤层气的渗流和运移提供了良好的通道。微生物主要作用于富油煤中脂肪族上的支链,打破小分子间连接较弱的氢键,降低脂肪族的分支程度和煤结构的交联度,进而生成甲烷。微生物作用还可改变富油煤芳香度和芳香环的缩合程度,进而改变富油煤大分子结构与孔隙结构。微生物厌氧发酵富油煤与非富油煤的生烃机...     

煤的热解破裂过程——孔裂隙演化的显微CT细观特征

利用μCT225FCB型高精度工业CT试验机进行了不同温度下褐煤、气煤细观结构演化的显微CT试验,发现煤在低温阶段（<300 ℃）,由于煤中水分和自由气体的散失而产生大量裂纹;在高温阶段（>300 ℃）,有机质的热解导致煤中大量孔隙裂隙的形成,煤的这种产生孔隙裂隙的方式与无机岩石（如花岗岩、砂岩等）明显不同,称这种因热解作用导致煤等一类富含有机质的岩石发生破坏的现象为热解破裂。与无机岩石的热破裂过程相比,煤的热解破裂在破裂机理、裂纹起始位置、裂纹形态方面具有显著的独特性。煤热解破裂过程中,当温度低于300 ℃时因煤中自由水和自由气体的散失而形成以细长裂纹为主的孔隙裂隙系统;当温度高于300 ℃时因煤中热解产物的逸出而形成以圆形或椭圆形孔洞为主的孔隙裂隙系统。300 ℃前新生裂隙不仅起始于煤中的硬质颗粒之间,更普遍的起始于有机质中;300 ℃后孔隙裂隙的形成主要起始于有机质内。     

煤储层裂隙发育规律的构造动力学评价预测方法

为了探讨煤储层裂隙发育规律,建立了裂隙发育规律的构造动力学评价方法与技术流程。依据相同构造背景下煤储层与岩层裂隙发育规律具有成因联系的基本思路,通过野外煤层和岩层大量节理数据测量与分析,揭示了不同岩层(煤层)岩性节理发育的差异性及其内在联系,建立了煤储层裂隙发育预测模型,并对鄂东大宁-吉县区块5号煤储层裂隙发育非均质性及其分布规律进行了预测与评价,进而探讨了煤储层裂隙发育非均质性对渗透率的影响。研究结果表明,构造动力学是煤储层裂隙发育规律预测与评价的有效方法,为煤储层裂隙预测评价探索了新的途径。     

生物质的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法（TGA）对几种常见天然生物质（稻秆、麦秆、玉米秆）和其衍生物木质素、造纸废液颗粒等的热解过程及其动力学规律进行了研究.实验中加热速率分别为10,20,30 ℃/min,终温为850 ℃.热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体.实验结果表明：天然生物质的非等温热解只有1个剧烈失重阶段,而木质素和造纸废液颗粒存在2个剧烈失重阶段.生物质比煤的热解起始温度低,热解速度快.随升温速率的提高,生物质的最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,最终失重率呈下降趋势.生物质的热解机理满足三维扩散Jander方程,即f(α)=32(1-α)2/3［1-(1-α)1/3］-1,且随着升温速率的提高,其活化能增大.     

神华上湾煤慢速和快速热解焦燃烧性能及其反应动力学

对神华600℃慢速焦和快速焦表面形貌和官能团进行分析的基础上,利用热重法研究了煤焦的燃烧反应性,采用修正随机孔模型（MRPM）模拟回归了神华煤焦的燃烧反应动力学。结果表明,神华慢速焦SHs的主要组成部分为密实状结构,快速焦SHf具有大量的气孔。对比SHf的红外光谱图,SHs含有较少的羟基-OH,羰基减少甚至消失,脂肪族-CH3和-CH伸缩振动减弱,有较高的芳环缩合度。燃烧特征参数表明,SHs较SHf的着火温度高,燃尽温度低,燃烧性能高。修正随机孔模型对两种焦的拟合度很高,拟合相关系数R2均为0.9997,均方根误差RMSE均为0.006。拟合SHs燃烧活化能E为60.01 KJ/mol,结构参数ψ为1,而SHf的E为44.88 KJ/mol,ψ为0.62。     

陕北榆神矿区富油煤分布规律及形成控制因素

富油煤开发利用对实现我国煤炭清洁低碳利用、缓解油气供应紧张、保障国家能源安全具有重要意义。鉴于此,基于焦油产率分级划分,对榆神矿区延安组主采煤层富油煤时空分布特征进行了研究,对影响焦油产率的地质因素进行了探讨。结果表明,该区总体以富油-高油煤为主。垂向上,3^-1号煤层焦油产率最高,富油煤和高油煤分布面积最大,其次为2^-2号煤层,5^-2号煤层相对最小。平面上,焦油产率呈东南部高,西北部低的变化趋势,除局部分布含油煤外,其他区域均被富油煤和高油煤覆盖。高油煤在矿区东南部连续分布,东北部零星分布,其中3^-1号煤层高油煤分布面积最大且连续性最好。富油煤的形成主要受煤化程度、成煤物质、成煤环境等因素影响。较低的煤化程度对富油煤的发育极为有利,富油煤和高油煤发育比例达96%以上。较高的富氢镜质组含量为富油煤的发育提供了良好物质基础,富氢镜质组（基质+均质镜质体）含量为高油煤>富油煤>含油煤,富油煤和高油煤的富氢镜质组分含量占全岩显微组分的比例均在50%以上,氢元素含量均在4%以上。强还原性环境为富油...     

新疆三塘湖盆地富油煤赋存特征及主控因素

三塘湖盆地富油煤十分发育,具有资源量大、煤焦油产率高、煤质优良等特点。为揭示新疆三塘湖含煤盆地富油煤资源赋存特征与控制因素,通过分析聚煤期沉积环境,探讨富油煤成油组分特征与物质来源。结合格金低温干馏测试、显微煤岩组分分析、元素分析及灰成分含量测定,研究影响富油煤煤焦油产率的主要因素。该理论成果可指导当地富油煤资源的勘探开发,倡导煤制油工业的高效发展。