内蒙古褐煤热解半焦燃烧特性研究

为实现内蒙古乌拉盖褐煤的高效利用,以粒度小于6 mm乌拉盖褐煤为原料,用马弗炉模拟工业炭化炉热解条件,制取了乌拉盖褐煤中低温热解半焦,测定了热解半焦的工业分析、发热量、哈氏可磨性指数,分析了半焦的燃烧动力学,研究了热解条件与半焦燃烧特性之间的关系。结果表明:热解终温对乌拉盖褐煤热解半焦燃烧特性影响最大,升温速率和保温时间对半焦燃烧特性影响不显著。乌拉盖褐煤热解半焦反应活化能随热解终温、保温时间的升高而增加,燃烧特性指数随热解终温、保温时间的升高而降低。热解终温为600℃时产生的半焦具有最高发热量24.50 MJ/kg,比原煤提高77%;燃烧特性指数最高为1.4×10-7%2/(min2·℃3),适宜燃料比为7~9,是很好的燃料。     

褐煤热解及半焦成型特性研究

以褐煤为原料,通过原煤热解与半焦成型实验,研究了热解终温对产物分布的影响及半焦的成型特性与反应活性;利用气体在线分析仪、GC-MS对热解产物进行表征;研究结果表明,热解温度由450℃提高到750℃,热解气体产率持续增大,半焦收率则持续减少,焦油收率在550℃时最高;气相组分中H2含量持续增加,CO2和CH4含量减小,CO含量在650℃时最高;热解焦油主要由萘及其衍生物、高碳数直链烷烃、苯酚及其衍生物、蒽、菲及衍生物、稠环芳烃和中性含氧化合物(醛、酮、呋喃)组成,随热解温度升高,多侧链取代化合物含量减少,稠环化合物含量增加;热解改质后,半焦型煤强度提高了3 MPa,半焦型煤的CO2反应活性高于半焦。     

甘蔗渣与褐煤共热解半焦的特性

利用自制的干馏装置进行褐煤与甘蔗渣的低温共热解实验,并探究甘蔗渣的添加量对热解产物产率及半焦品质的影响。研究结果表明,在甘蔗渣掺混比为20%时,产物产率的实验值与理论值偏差达到最大,此时焦油产率的实验值比理论值高出9.61%;FTIR检测表明半焦中主要含有-OH、C=C和C=O官能团,且甘蔗渣的添加能促进半焦中苯类化合物转化为其他类低分子化合物;SEM检测表明褐煤与甘蔗渣共热解半焦比煤样单独热解半焦孔隙发达;BET分析表明甘蔗渣与褐煤的相互作用不仅能提高共热解半焦比表面积,而且能改善孔径分布,使共热解半焦孔径有减小的趋势。半焦吸附重金属离子实验表明未经任何处理的煤半焦及甘蔗渣半焦对铅离子去除率分别达到78.42%和87.80%。     

褐煤低温热解及其工艺现状分析

分析了褐煤低温热解的意义,解释了褐煤热解的概念,描述了褐煤低温热解产品的用途,通过国内外褐煤低温热解工艺技术的比较,说明了热解技术的内涵,探讨了目前国内褐煤低温热解技术的现状。     

褐煤低温热解特性研究

在固定床反应器中,采用GC、GC/MS、FTIR、SEM和TG等手段考察了褐煤低温热解产物的生成特性及其反应机理。结果表明:低温热解气在600℃时生成速率最大,达100 mL/min,主要为CO、CO_2、H_2、CH_4、C_2H_4和C_2H_6等气体。焦油在600℃时产率最大,主要由烷烃、芳烃、酚类及少量烯烃、环烷烃、含氧和含氮化合物组成。热解后褐煤H/C和O/C减小,表面结构从致密变成疏松的泡沫状。     

枣庄褐煤催化热解特性研究

在格金反应器上对一种枣庄褐煤添加镍基催化剂(Ni(NO₃)₂·6H₂O)进行催化热解,并对其添加催化剂前后热解产物焦油、半焦和气体等通过全二维气相色谱质谱联用仪(GC×GC-MS)、热重分析仪(TGA)、拉曼光谱仪和气相色谱仪(GC)等进行表征分析。催化热解产物分析结果表明,相较于原煤,添加镍基催化剂后半焦收率降低,焦油收率提高,其中半焦收率由82.72%降低到81.51%,焦油收率由8.21%增加到10.06%。焦油馏分分析结果表明,添加镍基催化剂后焦油品质提高,其中沥青含量由18.29%降低到13.88%,蒽油含量由9.39%增加到12.87%。拉曼光谱分析结果表明,添加镍基催化剂后半焦中3～5个芳环的芳香烃结构含量增加,六元以上芳香烃结构含量降低。综上分析结果推测出镍基催化剂在煤热解过程中促使煤大分子结构上连接稠环芳香结构(3～5个芳环)的脂肪桥键断裂,断键后的稠环芳香结构被CH₃·或H·稳定下来生成焦油或半焦。     

呼伦贝尔褐煤热解特性研究

采用热重分析研究了呼伦贝尔褐煤的热解特性,探讨了粒径和升温速率对热解过程的影响,并从动力学上进行了分析.结果表明,随升温速率增加,褐煤的失重率变化不规律,最大失重速率峰对应的温度向高温偏移;随着粒径增大,褐煤的失重率先增加,后降低,最大失重速率峰对应的温度逐渐升高.在280～350℃低温区,随着升温速率的增加,煤样热解...     

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。     

褐煤热解特性及热解动力学研究

采用非等温热重法对白音华褐煤热解特性进行了实验研究,考察了升温速率和粒度对白音华褐煤热解特性的影响,同时对其热解动力学进行了分析。结果表明：升温速率是影响褐煤热解的主要因素,粒度对褐煤的热解也有一定的影响。利用Coats-Redferm积分法确定了褐煤热解低温段的动力学参数。     

半焦基催化剂裂解煤热解产物提高油气品质

利用上段热解下段催化的两段固定床反应器,针对府谷煤研究了半焦和半焦负载Co催化剂对煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,半焦和半焦负载钴对热解产物催化裂解后,热解气收率增加,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分含量提高,轻质焦油收率基本保持不变或略有增加。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时焦油中轻质组分质量含量提高了约25%,轻质组分收率基本不变,热解气体积收率增加了31.2%;在热解温度600℃,催化温度500℃时,采用煤样质量5%的半焦负载钴催化剂,焦油中轻质组分质量收率和含量分别提高了约8.8%和28.8%,热解气体积收率增加了21.5%。煤热解产物的二次催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气。     

低温煤热解焦油产率和品质影响因素研究

煤焦油是低温煤热解技术的主要产物,是重要的化工原料,其产率和品质是评价煤热解工艺的重要指标。从原煤性质(煤种和煤粒径)、热解反应器结构形式及热解工艺条件(原煤预处理、热解温度、压力、升温速率、停留时间、热解气氛及催化剂)等方面综合分析了煤热解焦油产率和品质的影响因素,认为通过优选煤种和热解反应器,对煤样进行适当预处理,选择合适的工艺操作条件和引入加氢催化热解等有助于提高焦油产率和品质。     

停留时间对低阶煤快速热解产物分布、组成及结构的影响

利用自由落下床反应器,研究了快速热解过程中颗粒停留时间对神木烟煤和内蒙古褐煤热解过程的影响,并进一步延长快速热解新生半焦停留时间考察了半焦的二次热解过程。结果表明,快速热解过程中颗粒停留时间的增加促进了挥发分的析出,神木烟煤热解焦油产率持续增加,内蒙古褐煤热解焦油产率先增加后降低。停留时间对焦油品质有明显影响,随时间的增加,两种煤快速热解轻质油中苯类和苯酚类单环化合物含量均先增加后降低,进一步延长停留时间,多环芳烃化合物含量显著增加。快速热解半焦的二次热解主要促进了气体的生成,焦油产率和组成无明显变化,挥发分的进一步析出促进了半焦微孔的发展,神木烟煤和内蒙古褐煤半焦比表面积均显著增加。这表明,在以高品质焦油为目标产品时,采用较低的反应温度、较适宜的煤粒停留时间的快速热解工艺条件是可取的。     

Products from the rapid pyrolysis of a brown coal in inert and reducing atmospheres

Yallourn brown coal and its calcium form have been pyrolysed in three different gas mixtures: 23% methane in argon, 50% hydrogen in argon, and 9.4% toluene in argon, at heating rates of 10⁷Ks^?1 and residence times of ≈2 ms. The products have been compared with those obtained in pure argon. The highly reactive molecule, ketene, was detected in the pyrolysate gases from both the ‘raw’ and calcium-form coals when pyrolysed in the above mixtures. Ketene was not detected in the pyrolysate gases, however, when the coals were pyrolysed in argon alone. When pyrolysed in 23% methane/argon the maximum yield of carbon monoxide from the ‘raw’ coal was found to be much lower than when pyrolysed in pure argon. The fully exchanged calcium-form coal when pyrolysed in pure argon, gave a maximum yield of carbon dioxide of oxygen content equal to the total oxygen content of the carboxyl groups originally present in the coal; the C0₂ yield from the ‘raw’ coal was about half that from the calcium-form in pure argon.     

Structural differences in the tars and chars from the pyrolysis of coals of different rank in hydrogen and in nitrogen

Two British coals—Linby high-volatile bituminous and Abernant anthracite — and an Australian brown coal were pyrolysed at 575 °C in hydrogen or nitrogen at 0.1, 5 and 30 MPa in an inclined, single-stage reactor. Hydrogen pressures of ? 5 MPa led to increased yields of tars which were more aromatic than those produced in nitrogen. The high-volatile bituminous coal fused under all conditions, whereas the anthracite and brown coal fused and agglomerated only in hydrogen at 30 MPa.     

热解温度和反应气氛对输送床煤快速热解的影响

在连续进料量为1.2 kg·h^-1的输送床反应器中考察了热解温度和反应气氛对不连沟次烟煤快速热解的影响。N₂气氛下,随着煤热解温度升高,焦油产率先增加后减小,600℃时达到最大值10.3%;对应的半焦产率下降,气体产率以及气油比增加。高温促进了煤挥发分的释放以及挥发分在气相中的二次反应,部分产物从固相和液相产品转化为气相产品,氢气、甲烷和乙烯等气体组分的产率明显增加。700℃下,H₂气氛能够抑制挥发分二次反应的发生,起到稳定自由基和加氢的作用,显著提高焦油产率和油品品质,同时有利于甲烷的生成。CO气氛在一定程度上同时提高了轻质和重质焦油产率。CO₂和水蒸气能够促进焦油的二次反应,特别是重质焦油的裂解,具有一定的提质作用,但会导致焦油产率下降。CH₄气氛促进了重质焦油组分的生成,使得热解焦油产率提高。     

Rapid pyrolysis of brown coal and oil shale

A brown coal, peat and oil shale were subjected to a rapid pyrolysis process and medium-heat-value gases together with tar were collected. The char residue was of high activity and suitable for gasification to create a two-stage gasification system. The coal-tar is used for manufacturing liquid fuels and chemicals.     

Gas evolution during rapid,low-temperature pyrolysis of a North Dakota lignite

Low-temperature pyrolysis of low-rank coals is proposed as a possible technique for producing high-heating value solids. Results are presented showing gas yields and char compositions from low-temperature pyrolysis of a lignite at very short residence times. Tar evolution is observed even at temperatures less than 570K coinciding with the first release of CO₂, presumably from carboxyl groups.     

褐煤低温干馏及产物的利用

介绍了褐煤的性质及褐煤提质的常规方法。重点介绍了国内外褐煤低温干馏的典型工艺、特点及开发应用现状。分析了干馏工艺中不同的加热方式、热载体类型以及干馏条件对干馏过程和产品的影响。阐述了褐煤低温干馏产品-褐煤半焦、低温煤焦油以及焦炉煤气的综合利用途径。基于目前国内外褐煤低温干馏工艺大多数处于试验或示范性装置运营阶段,未实现大规模运行,指出未来褐煤低温干馏工艺应走大型化、多联产的新型工业化道路,进一步拓宽干馏产品的应用领域,提高其附加值和利用率,才能实现褐煤资源综合效益最大化和可持续发展。     

低阶煤热解提质多联产技术的研究

阐述了新疆哈密地区低阶煤具有高水分、高挥发分、低灰、低硫等特点。通过煤炭热解、半焦成浆、半焦活化、半焦燃烧和焦油馏分试验,对热解提质与其他工艺优化组合的多联产应用的技术和经济可行性进行论证。结果表明：热解半焦具有低硫和灰熔融性较高的特性,完全符合喷吹煤标准;半焦可替代混合煤制浆,成浆浓度可达62．00％以上,黏度适中,流动性、析水情况均较好;半焦活化后对高浓度焦化废水污染物具有很好的吸附效果,挥发酚脱除率达99．65％,处理后废水含酚2．23mg／L;半焦在减少细粒物排放,降低锅炉积灰方面具有明显优势;焦油馏出温度〈360℃的馏分体积分数为48．96％,且酚油体积分数达15．68％。最后对热解提质多联产技术的经济性进行分析,采用LCC技术干燥热解处理低阶煤利润可达52264万元／a。