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。     

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,     

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。     

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。     

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。     

煤加压低温热解制取焦油和煤气特性

为了提高煤在分级转化中的高效洁净利用,建立了煤加压热解实验系统.以陕西黑龙沟煤为对象,研究了不同温度(500~700℃)、压力(0.1~0.5 MPa)、气氛(N2与煤气)、粒径(0~3mm与0~6 mm)对低温热解焦油、煤气产率和品质的影响规律.结果表明,随着温度升高,焦油产率先增加后减小,在温度为600℃时达到最高,煤气产率逐渐增加.随着压力的增加,焦油产率在N2气氛下降低,煤气气氛下升高;而热解煤气产率在N2气氛下升高,煤气气氛下降低;大颗粒煤热解焦油产率高于小颗粒煤的热解产率,但当压力达到0.5 MPa时,热解焦油与煤气产率几乎不受粒径影响.升高压力虽降低了热解煤气中CO与H2的含量,但促进更多轻质碳氢化合物(如CO2,CH4,C2H4,C2H6)的析出,因此提高了热解煤气热值,同时煤焦油品质也因焦油中苯、甲苯、苯酚及萘的实际收率增加而提高.     

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。     

赤铁矿对2种低阶煤热解特性影响

为研究赤铁矿对新疆哈密(HMR)和陕西子长(ZCR)2种低阶煤热解特性影响,在热重分析仪和固定床实验基础上,采用气相色谱仪对热解气相产物组成分析。实验结果表明:外加赤铁矿使HMR和ZCR失重率增大,600℃时,添加20%赤铁矿的HMR和ZCR热解失重率分别增加3.84%和3.23%;当固定床热解温度为600℃时,HMR和ZCR热解焦油产率达到最大,分别为8.91%和10.23%.当赤铁矿添加量为20%时,HMR和ZCR热解转化率分别提高1.97%,0.49%.随着赤铁矿添加量的增加,HMR和ZCR热解气相产物中H2,CH4,CO和CO2产率明显提高,当赤铁矿添加量为25%时,CH4产率分别提高12.56和6.78 m L/g;赤铁矿与煤内在矿物质脱除均对HMR和ZCR热解活化能降低起到促进作用,对活化能的降低顺序为HMR内在矿物质ZCR内在矿物质赤铁矿。     

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。     

煤的热解研究：II.煤化程度对氢气氛下热解的影响

对我国１８种具有代表性的不同煤化程度的煤（Φ３ｍｍ）,在氢气氛、０．１ＭＰａ和９００℃条件下进行了热解实验研究。考察了煤化程度对热解转化率和热解产物产率的影响;煤中挥发分与甲烷产率的关系;煤中氧含量与ＣＯ、ＣＯ２产率的关系以及煤种对热解气热值的影响,得到了描述热解气产率与煤中挥发分的关系式。     

煤的热解研究 Ⅱ.煤化程度对氢气氛下热解的影响

对我国１８种具有代表性的不同煤化程度的煤（Φ３ｍｍ）,在氢气氛、０．１ＭＰａ和９００℃条件下进行了热解实验研究。考察了煤化程度对热解转化率和热解产物产率的影响;煤中挥发分与甲烷产率的关系;煤中氧含量与ＣＯ、ＣＯ２产率的关系以及煤种对热解气热值的影响,得到了描述热解气产率与煤中挥发分的关系式。     

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。     

低次烟叶热解特性及动力学机理函数

采用固定床管式反应器,考察了热解温度对低次烟叶热解产物产率、组成的影响。利用热重分析仪,在不同的升温速率下对低次烟叶的热失重行为进行了研究,运用Coats-Redfern积分法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)积分法,结合双外推法确定其动力学机理函数。实验结果表明:随温度升高,热解油产率先增大,在400℃达到最大,为26.93%,然后开始下降;热解气产率不断增大;焦炭产率不断下降。热解油主要由酮类、酚类、呋喃类和含氮杂环化合物组成,热解气主要由CO、CO_2组成。低次烟叶的热解过程可以分为脱水干燥、快速热解和炭化3个阶段。主要热解区间第1段(T_0～T_(max))的最概然机理函数为D3(Jander方程),第2段(T_(max)～T_f)最可能的机理函数为D4(G-B方程)。     

CaO基催化剂在生物质热解中原位脱碳作用研究

研究了CaO基复合催化剂在生物质热解过程中的原位脱碳作用,通过气相色谱仪分析热解气体产物组分及含量。结果表明,CaO基复合催化剂可以原位吸附生物质热解过程中产生的CO₂,达到生物质定向催化转化的目的。使用Fe-CaO、Ni-CaO复合催化剂可使生物质热解液相产物产率降低至20%以下,而气体产率提高,最高可达67.1%。Ni-CaO催化热解条件下气体产物中H₂含量最高可达52.9%,同时φ(H2)/φ(CO)达到2.6,改善了热解气品质。     

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。     

年轻煤溶剂溶胀后加氢液化性能的研究

以山东龙口局洼里煤、新汶局孙村煤为研究用煤。首先进行溶剂溶胀，实验表明吡啶溶剂的溶胀作用最强。溶胀率指标表明溶胀煤结构变得疏松；热重分析表明溶胀煤热分解活性增强。然后对原煤和溶胀煤进行加氢液化实验，通过煤的转化率、液化油产率和煤气产率等指标，表明洼里原煤、洼里溶胀煤和孙村溶胀煤具有良好的加氢液化性能，各溶胀煤比其原煤的油产率均有显著提高。对于所实验煤的基本液化条件进行了实验探索。     

塑料在高频等离子体中的热解气化研究

采用高频电容耦合等离子体对塑料聚乙烯进行热解处理,重点考察热解气体产物的分布及组成,结果表明,热解产物中包括可燃气和热解碳黑,几乎没有发现焦油产生.高频N2等离子体热解时,热解气体中主要成分为H2、CH4以及其它有机小分子;进入气体中的C转化率低,而H转化率高.当采用水蒸汽等离子体热解时,热解除产生大量H2、CH4外,还有CO以及其它有机小分子气体产生,同时进入气体中的C转化率提高.     

温度对原油四组分高压热解性能的影响

在30 MPa压力下对塔里木原油四组分进行封闭体系的热解实验,通过气相色谱(GC)和气相色谱/质谱(GC/MS)分别对原油四组分热解反应的气体产物及饱和分热解过程的液态产物进行分析.结果表明:原油四组分热解气体产物中C1组分产率明显高于C2~C5组分,气体产物中C1~C2组分的产率及气体总产率随热解温度升高而增加;在温度高于450℃时,四组分总产气率的大小顺序为:沥青质饱和分芳香分胶质.随热解温度升高,饱和分中的主要组分C12~C18的反应程度加剧.在410℃时,饱和分热解以裂解反应为主,在大于490℃时,裂解和缩合反应程度都在增加,导致气相产物的产率提高及液相产物中主要组分向大分子烃类转移;且温度升高,液态产物分布的离散程度增加.     

氧化钙对褐煤和无烟煤热解特性影响

为研究CaO对褐煤和无烟煤热解特性影响,采用实验室小型固定床反应器对锡林郭勒褐煤(X)和宁夏石嘴山无烟煤(SH),进行热解实验,研究了CaO对热解三相产物分布规律影响。实验结果表明:在500~600℃时,添加2%CaO后褐煤热解生成CO_2的产率小于未添加CaO煤样热解生成CO_2的产率,添加CaO与否对其他3种气体H_2,CH_4,CO产率影响不大;与未加入CaO的褐煤煤样相比,加入CaO的褐煤煤样在相应温度下热解气相产物产率小幅度降低,且随着热解温度的升高,加入CaO的褐煤煤样气相产物产率增加速率大于未加入CaO的褐煤煤样。褐煤脱挥发分主要在600℃之前的热解阶段,而对于无烟煤来说,CaO在中温热解阶段对挥发分的脱除具有促进作用。对于褐煤半焦来说,加入2%CaO一直作为灰分存在半焦中,且随着热解温度的升高,褐煤半焦在高温时反应活性较高,发生热缩聚反应,导致半焦中有机质含量降低,以上2种原因直接导致褐煤半焦灰分升高;对于无烟煤来说,灰分增加主要是由于CaO的加入。     

煤热解过程中汞析出与汞吸附特性研究

采用煤热解释放出汞,并对热解气体进行汞吸附脱除的燃烧前脱汞的技术路线.在程序升温管式炉系统中,实验研究了大同煤和宝日希勒煤,在N2气氛下热解过程中汞析出和汞吸附的特性.热解结果表明:温度是影响煤热解过程中汞释放的主要因素.随热解温度升高,汞释放率急剧上升,在600℃时两种煤中汞释放率达90%以上;被释放的汞蒸气中以元素汞为主.随停留时间的延长和加热速率的升高,煤中汞释放率显著增加;汞析出仍以元素汞为主.考察了四种吸附剂活性炭、飞灰、Ca(OH)2和5%KMnO4改性Ca(OH)2,对大同煤热解气体中汞的吸附特性.结果表明:随热解温度的升高,四种吸附荆的单位汞吸附量均增大;其中活性炭具有较强的汞吸附能力,吸附率达92%以上;飞灰和另外两种钙基吸附剂的汞吸附率在73%～85%之间变化.