半焦加压燃烧的污染物排放及灰渣特性

为研究煤加压分级转化中的半焦燃烧过程,建立了半焦加压燃烧机理实验研究系统.以陕西黑龙沟煤半焦为对象,研究了燃烧压力(0.1~0.5 MPa)、半焦种类(煤气和N2下热解所得)、半焦粒径(0~3和0~6 mm)对半焦燃烧污染物排放和灰渣矿物转化的影响.结果表明,随着燃烧压力的升高,碳氧化物排放量增多,NO和SO2减少,NO排放浓度随压力升高呈多峰分散分布,SO2排放滞后且峰值减小,半焦粒径越大,半焦燃烧产生的CO2和NO越多,CO和SO2越少,煤气气氛热解所得半焦在燃烧时释放出的4种污染物均略大于氮气气氛.同时,随着压力的升高或半焦粒径的减小,由于半焦燃烧过程由非均相燃烧向均相燃烧过渡,灰渣中高温矿物减少,低温矿物增多,不同气氛下制得的半焦燃烧灰渣特性差别很小.     

气氛对煤热解过程中气相产物释放的影响

利用固定床热解装置对西部弱还原性宁夏灵武煤(LW煤)及对比煤样山西平朔煤(PS煤)进行研究,考察了以N2、N2(80%)/CO2(20%)以及N2(98%)/O2(2%)(体积分数)为热解气氛时,热解气相产物的生成规律。实验结果表明,相同气氛下,LW煤受热分解生成的H2、CO和CO2的累积产率均比PS煤高,而CH4的累积产率比PS煤低。相对于N2气氛,在200~600℃范围内,CO2气氛中LW煤的H2累积产率降低,CH4的累积产率增加,PS煤CH4的累积产率显著下降;O2气氛降低了两种煤的初始热解温度,改变了气相产物的组成,从而使气相产物累积产率均大幅度增加。气氛对煤热解活性的影响与其还原程度有关,CO2对PS煤的影响作用明显,对LW煤的影响较小;而O2对弱还原性LW煤具有更强的影响作用。为我国西部弱还原性煤炭资源的综合利用提供基础理论依据。     

钙化合物在煤热解过程中的作用

煤热解联产焦炭、焦油和煤气,是煤化工的重要分支。为了提高焦油和煤气的品质及产率,国内外研究了多种催化剂对煤热解过程的影响,大量文献表明,含钙化合物可以催化焦油裂解、提高焦油品质和煤气中高附加值组分(如H2和CO)的产率。本文基于近30年来的文献数据,从钙化合物对煤热解产物的收率、组成以及性质的影响方面展开评述,分析了钙化合物对煤热解过程的作用机理、对S和N迁移的影响,最后提出了需要进一步解决的问题。     

烟煤分段热解焦油生成规律的研究

分段热解可以研究不同阶段煤结构中化学键断裂的信息,也可以提高热解焦油产率。为了进一步了解分段热解产物的分布规律,本实验选用石河子烟煤,利用固定床反应器,分别研究了在N2、H2以及催化加氢情况下,分段热解与一段热解对焦油产率、半焦产率及焦油族组分的影响,其中Ni/Al2O3、Pt/Al2O3两种催化剂采用浸渍法制备。通过分析不同温度分段焦油的组成,考察了N2,H2以及催化加氢对不同温度分段热解的影响,实验结果表明:随着温度的升高,焦油产率下降;N2气氛下,在Stage I、Stage II和Stage III焦油产率分别为4.3%、0.53%和0.39%;在加氢和Ni、Pt催化加氢时,焦油的产率大约分别是相应阶段N2气氛下的1.2、3和2倍,分段热解相比于直接热解可以明显提高焦油产率;加氢以及催化加氢在分段热解中,在Stage I对脂肪族品质的改善不是很明显,只在C13-C25具有轻微的提升作用,Stage II在C13-C15,Stage III在C11-C15则有明显的提升作用;对于非脂肪族在3个阶段分别在C11-C15、C9-C18、C9-C11明显增加。因此,分段热解、加氢以及催化加氢,对于焦油的产率和品质都有明显的提升作用。     

在固定床中煤加压热解特性研究

作者对小龙潭煤和义马煤在固定床中进行加压热解试验,分别用 N_2和 H_2作载气,对热解产生的焦油、热解气、热解水和残炭进行测定和分析。实验结果表明:煤在压力加氢热解(H_2压31kgf/cm~2)条件下与在 N_2气氛中加压热解(N_2压31kgf/cm~2)条件下比较,焦油产率分别提高100%(小龙潭煤)和77.9%(义马煤),焦油中酸性组分含量下降,热解气和热解水产率都有较大的增加,残炭产率有较大幅度的降低,     

影响燃煤还原气体生成特性的因素

利用傅里叶红外气体分析设备,在自制的固定床反应器上对能够显著影响再燃煤还原气体生成特性的因素进行了实验研究.结果表明,神木煤在N2和CO2气氛下受热生成的还原气体主要有CO、CH4和HCN4·CO2气氛有利于原料煤中的C更多地转化为CO,CH4在N2和CO2气氛下的生成特性及产率相近.O2对神木煤的CO、CH4及HCN的生成特性影响很大,氧的存在降低了CO开始形成的温度及产率,也降低了CH4的生成温度和产率.O2使得HCN开始生成的温度大幅度降低,当w(O2)为6%时HCN的产率明显增加,同时O2的存在还增加了NO的产率.无论是在N2气氛还是在CO2气氛下,快速升温时CH4的产率均高于程序升温时的值,但CO的产率均小于程序升温时的值.升温速率对HCN的影响与煤种有关,除TC煤外,快速升温时HCN的产率均比程序升温时低.     

超临界流体技术进行熔融肉豆蔻酸的微粉化

设计和搭建了一套能够进行熔融物制备固体微颗粒的实验装置,利用超临界CO2以及超临界N2制备肉豆蔻酸的超细微粒,研究预膨胀压力、预膨胀温度、喷嘴大小对颗粒大小以及粒径分布的影响.结果表明:在研究范围内,随着预膨胀压力(8～16 MPa)的增加,肉豆蔻酸颗粒粒径变小和粒径分布变窄;随着预膨胀温度(50～70℃)的增加,肉豆蔻酸颗粒粒径变大和粒径分布变宽;喷嘴大小(60～120μm)对肉豆蔻酸颗粒几乎没有影响;使用超临界CO2制备的肉豆蔻酸颗粒形貌为不规则形状,但颗粒可以方便地控制在0.5～2μm内;使用超临界N2制备的肉豆蔻酸颗粒形貌为球状,颗粒可以控制在0.5～20μm内.     

陕北低阶烟煤回转热解反应特性

针对陕北低阶烟煤在回转式反应器中的中低温热解过程,考察热解温度、粒径等级、回转速率对粉煤热解反应规律的影响。结果表明:相比于粒径和回转速率,热解温度对热解规律的影响最为显著;随着热解温度升高,半焦产率降低,半焦中挥发分明显减少;焦油产率先增大后减小;热解气中H_2体积分数增加,CH_4体积分数减少;煤样粒径为3～4 mm时,热解焦油产率达8.48%;粒径变化在一定程度上影响半焦和热解气的产物分布与性质;提高回转速率有利于挥发分的析出,焦油和热解气产率有所增加;煤粒热解粉化程度随着热解温度升高、煤样粒径增大、回转速率提高而加剧;过高的回转速率会导致热解焦油中机械杂质含量增大,恶化产物性质。     

煤无焦油气化的实验研究

根据上吸式和下吸式气化炉特性,设计开发了喉口型双氧化层煤无焦油气化炉,并在煤无焦油气化炉实验装置上进行了煤无焦油的气化实验研究,考察了气化炉操作参数对主要气化指标的影响.结果表明,喉口型双氧化层气化炉内气化状态良好,出炉煤气中焦油含量大大降低,煤气热值明显提高,煤气中焦油含量最低仅为10 mg/m3,煤气热值高达6 466.9 kJ/m3,完全满足各种燃烧器和加热工艺要求,实现了煤无焦油气化;操作参数对气化指标的影响本质上是通过改变气化温度来实现的,气化温度的提高促进了焦油的裂解反应,从而提高了气化煤气中CO和H2的含量,降低了煤气中CO2和焦油的含量,使煤气热值升高.     

单颗粒煤粉热解时焦油的二次反应和扩散

建立了数学模型来研究单颗粒煤粉热解时焦油的生成规律。该模型基于碎片化与扩散(FD)煤热解模型,考虑了一次气体产物在颗粒内部的二次反应和扩散,用沉降炉热解实验验证了模型的正确性。用该模型研究了热解终温、加热速率和颗粒粒径对杨村煤热解时焦油生成的影响。结果表明:二次反应和扩散之间的竞争对焦油的生成有很大影响。热解终温和加热速率的上升会促进焦油的二次反应和扩散,对二次反应的促进作用更强。颗粒粒径的增大会促进二次反应,阻碍扩散,因此对二者之间的竞争影响更大。热解终温的上升、加热速率的上升和颗粒粒径的增大都会降低最终的焦油产率。     

煤的热解研究：Ⅰ.气氛和温度对热解的影响

常压、温度为６００￣１２００℃条件下,东胜烟煤分别在氢和氮气氛中热解的实验研究表明：煤在氢气氛中热解与在氮气氛相比产气率更高,焦油质量较好,同时获得了较高的煤转化率,热解温度强烈地影响热解产物的组成和煤转化率,随温度的升高煤化率提高,热解气产率增加,ＣＨ４,ＣＯ和ＣＯ２的产率上升,焦油产率降低,但温度对Ｃ２＾＋和Ｈ２Ｏ的产率影响不大。     

热溶对红柳林煤低温热解行为的影响

以正己烷为溶剂,考察了热溶温度对红柳林煤(HL)热溶行为的影响,并研究了不同热溶温度下残渣的热解特性。结果表明:随着热溶温度从260℃升高至340℃,热溶萃取的小分子化合物(包括焦油和水的液相产物以及气相产物)的产率逐渐从7.10%增加至11.96%。热溶处理对原煤热解行为的影响显著,经过热溶处理后原煤热解析出的挥发分的产率则从28.02%降至10.49%~21.38%。随着热溶温度从260℃升高至340℃,热溶残渣热解过程中析出物质的产率从21.38%降至10.49%,液相产物的产率从12.01%降至3.72%,气相产物的产率稍有降低。煤中的小分子化合物是煤低温热解过程的"活性"物质,它不仅是化合物热解液相产物的组成部分,还可为煤的主体结构热解供氢,促进煤热解向焦油和气体的转化。     

水或四氢萘介质下胜利褐煤的直接加氢液化性能

根据褐煤含水量高的特点,研究了水为溶剂下胜利褐煤的加氢液化行为,并与传统的四氢萘(THN)溶剂进行了比较。在380℃、THN为溶剂和H2气氛条件下,煤的液化转化率达到85.3%,其中油气产率和沥青质产率分别为73.2%和12.1%,液化过程中热解产生的自由基碎片是通过供氢溶剂获得活性氢,而非从气相的氢气中直接获得。相对于H2和N2气氛,在CO气氛下以水为溶剂进行的煤液化实验和胜利褐煤表现出优良的液化性能,液化转化率达到70.2%,其中油气产率58.1%,沥青质产率12.1%。在CO/H2O系统中,发生的水煤气变换反应(WGSR)能产生高活性氢,该活泼氢能与煤热解产生的自由基结合生成稳定的液化产物,从而提高了液化的转化率。实验结果表明,在CO气氛下以水为溶剂的液化工艺是可行的,是一种适合含水量较高的褐煤的直接液化工艺。     

溶剂预处理对淮南煤热解产物分布的影响

采用吡啶(Py)、四氢呋喃(THF)和CS_2作为单一溶剂分别对淮南煤(HN)进行了溶胀处理。根据热解气析出速率、组成及热解半焦、焦油、热解水等产物分布,结合热重分析,系统考察了溶胀煤的热解行为。实验结果表明,溶胀煤的热解产物分布有显著改善,热解气体积和热解焦油有不同程度的增加,热解水产率降低;CS_2和THF溶胀煤的热解气析出速率明显增大,Py溶胀煤的热解焦油产率最高,比HN原煤热解时产率提高了5.99%(质量分数,干燥无灰基),这表明溶剂和煤结构间有交互作用,从而提高溶胀煤的热解焦油产率。     

白云石煅烧/加压碳酸化循环捕获CO2实验研究

在双固定床反应器系统上采用提高碳酸化反应压力的方法来改善白云石的CO2循环捕获性能.对白云石在不同碳酸化反应压力、温度、碳酸化气氛与煅烧气氛中CO2浓度以及颗粒粒径等条件下的循环碳酸化特性进行测试,并与石灰石的循环特性进行比较.结果表明,提高碳酸化反应压力有利于提高白云石的循环碳酸化转化率.反应压力一定,白云石的碳酸化转化率随碳酸化温度的增加呈先增加后减小的趋势.在700～750℃和0.5 MPa条件下,白云石获得较高的碳酸化转化率.白云石的加压循环碳酸化反应对一定的粒径范围和煅烧气氛具有较好的适应性.白云石的加压循环碳酸化性能较石灰石优越.     

管式炉中温度对玉米秸秆慢速热解特性的影响分析

热解终温和升温速率是玉米秸秆热解的重要影响因素。基于玉米秸秆慢速热解原理,采用热重和管式炉热解取样方法对玉米秸秆的慢速热解特性进行实验分析。取升温速率(20℃/min,30℃/min,40℃/min,50℃/min,60℃/min)和终温(300℃,400℃,500℃,600℃,700℃)作为影响因素,以热解产物(残炭、生物质焦油和热解气体)的产率作为评价分析指标,并对不同终温条件下的热解气体成分进行定量分析。试验结果表明,随着升温速率的增加(20~60℃/min),残炭产率和气体产率略有变化;而焦油产率有较大幅度的提升,可从12%提升至18%。热解终温的升高,使固体残渣中的挥发分进一步析出,残炭产率下降;终温为600℃时,焦油产率达到极大峰值,最高可达18%,峰值温度前,焦油产率随终温的增加而增加,当终温大于峰值温度后,焦油产率迅速减少;气体产率随温度的升高而增加,热值也随之增加,在700℃时,低位热值为10.22MJ/Nm~3。     

加压三相淤浆床环氧乙烷合成过程研究VI. O2、CO2、C2H4和N2在二号液相热载体中的溶解度测定

在高压搅拌釜中,利用气体的等容吸收原理测定了60～230°C、0.05～1.2MPa(表压)条件下三相淤浆床环氧乙烷合成过程中的反应及惰性气体组分O2、C2H4、CO2和N2在实验所用的二号液相热载体中的溶解度.实验结果表明,O2、C2H4、CO2和N2的平衡溶解度都随压力增加而增大,随温度升高而降低.同时回归出各气体的溶解度系数Hi与温度T的关联方程.     

加压三相淤浆床环氧乙烷合成过程研究VI. O2、CO2、C2H4和N2在二号液相热载体中的溶解度测定

在高压搅拌釜中,利用气体的等容吸收原理测定了60～230°C、0.05～1.2MPa(表压)条件下三相淤浆床环氧乙烷合成过程中的反应及惰性气体组分O2、C2H4、CO2和N2在实验所用的二号液相热载体中的溶解度.实验结果表明,O2、C2H4、CO2和N2的平衡溶解度都随压力增加而增大,随温度升高而降低.同时回归出各气体的溶解度系数Hi与温度T的关联方程.     

淖毛湖煤热解过程中碱金属的迁移转化特性

基于Na,K盐含量控制对新疆低变质煤热解炼制油气品质的重要作用,通过建立固定床热解实验台,考察了淖毛湖煤在还原性气氛下热解温度对碱金属的迁移转化特性的影响。研究结果表明,淖毛湖原煤中Na主要以水溶态形式存在,K主要以不溶态形式存在。随着热解温度的升高,半焦收率呈先快速降低后缓慢降低的趋势,焦油收率呈先升高后降低的趋势。当热解温度低于600℃时,随着热解温度的升高,水溶Na向不溶Na转变;但当热解温度高于600℃时,不溶Na开始向水溶Na转化。在低温条件下,煤中的不溶K大量释放,酸溶K含量呈上升趋势;当温度高于600℃时,不溶K含量的下降速率减慢,水溶K含量增加。此外,热解释放的Na,K主要存在于焦油中,气体中含量相对较少。     

生物质/煤超临界水气化制氢的主要影响因素

以羧甲基纤维素钠(CMC)/华亭烟煤的超临界水共气化制氢为例,考察了温度(350～700℃)、压力(20～35 MPa)和物料(CMC 煤)的质量分数w(1.1%～2.0 %)等对生物质/煤共气化气体产物的影响.模拟和实验结果表明:得到的主要气体产物是H2、CO2和CH4,产气中H2的摩尔分数随温度的升高而升高,但温度升高到一定值后,H2的摩尔分数(x(H2)=67%)保持不变;随物料质量分数的增加,H2的摩尔分数减小,物料的温度和质量分数的变化对产气的作用远大于压力;制氢的适宜温度为450～550 ℃、压力为25 MPa左右、w≥15%.提出后续实验应着重提高物料在反应器内的加热速率,筛选研究在较低温度下能有效催化产氢的Ni催化剂.