煤对CO_2的解吸实验及热力学参数研究

为研究煤对CO_2的解吸过程及其热力学特性,采用吸附常数测定仪在303~343 K,解吸平衡压力从5 MPa到0. 1 MPa情况下进行煤对CO_2的解吸实验,得到了4种煤样对CO_2的解吸等温曲线。研究4种煤样在不同温度时对CO_2解吸等温线变化规律以及对应的吸附模型,并计算得到煤对CO_2解吸过程中的等量吸附热。结果表明:随解吸体系温度升高,CO_2对煤表面不均匀程度的敏感性逐渐降低。因此,温度在303~323 K之间时,4种煤样对CO_2的解吸过程符合Freundlich模型;在333~343 K时,煤样对CO_2的解吸等温线符合Langmuir模型。煤对CO_2解吸的特征温度分别为:270 K(LHG)、277 K(WW)、278 K(LG)和298 K(WJL),解吸特征温度随煤变质程度的升高而升高。煤对CO_2的解吸过程中等量吸附热在吸附量为0. 1 mmol/g时在-60~-90 kJ/mol之间变化; CO_2气体在煤表面解吸过程中的等量吸附热随吸附量的增加呈Qst=cln(N)+d的对数降低规律,煤对CO_2的解吸能力随吸附量的增加而逐渐增强。研究结果对CO_2在煤表面的吸附解吸机理的研究以及利用CO_2在增产煤层气方面的应用提供一定的参考。     

离子色谱法测定煤热过程中HCN和NH3的释放量

采用离子色谱法测定了不同煤阶的3种煤样在同一实验条件下热解时气相产物中氮化物（NH3和HCN）的生成量,确定了最佳测试方案,并研究了煤种对产物NH3和HCN转化率的影响,实验结果表明,在选定的实验条件下离子色谱测定NH3和HCN生成量的方法可行,得出了产物NH3,HCN释放量和m(NH3)/m(HCN）比值随煤阶（含C量）变化的关系。     

离子色谱法测定煤热解过程中HCN和NH_3的释放量

采用离子色谱法测定了不同煤阶的3种煤样在同一实验条件下热解时气相产物中氮化物(NH3和HCN)的生成量,确定了最佳测试方案,并研究了煤种对产物NH3和HCN转化率的影响.实验结果表明,在选定的实验条件下离子色谱测定NH3和HCN生成量的方法可行,得出了产物NH3,HCN释放量和m(NH3)/m(H CN)比值随煤阶(含C量)变化的关系.     

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。     

煤热解过程中NOx前驱物气体脱除的探讨

研究了不同热解条件下煤中氮的释放,三个不同煤阶的中国煤样在500－900℃之间以固定床和滴落式的反应器进行热解;考察了煤种、终温、粒径对于NOx前驱物（NH3和HCN）在热解过程中释放的影响;产生的含氮气体（NH3和HCN）被相应的酸和碱吸收后用离子色谱测量。     

煤热解过程中NO_x前驱物气体脱除的探讨

研究了不同热解条件下煤中氮的释放 ,三个不同煤阶的中国煤样在 5 0 0～ 90 0℃之间以固定床和滴落式的反应器进行热解 ;考察了煤种、终温、粒径对于NOx 前驱物 (NH3 和HCN)在热解过程中释放的影响 ;产生的含氮气体 (NH3 和HCN)被相应的酸和碱吸收后用离子色谱测量     

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.     

乌兰察布褐煤的热解产气与改性特征

为研究乌兰察布矿区褐煤的热解产气与改性特征,在高温三轴多功能试验台进行实验,对褐煤在绝氧条件下,其热解产气量和产出气体的组分进行试验分析.结果表明:乌兰察布褐煤从常温到600℃,产出的烃类气体为110~137Nm~3/t煤,其气体组分主要为CO_2,CH_4,H_2,随热解温度的增加.其气体组分的体积密度发生变化,CO_2浓度随温度增加而降低,CH_4,H_2随温度增加而增加,在600℃时其体积分数均为40%左右.100℃~350℃是褐煤的脱水温度段.350℃~600℃是褐煤提质改性温度段,该温度段褐煤挥发份快速降低,煤质由褐煤改变为无烟煤,煤的发热量快速升高.     

抚顺煤热解过程中N2生成的实验研究

利用固定床反应器在600~1 300℃范围内进行抚顺煤的热解实验,研究了热解过程中燃料N向N2的转化,以及脱除矿物质元素和添加催化剂对N2生成的影响.升温速率是20℃/min,热解载气为高纯He,热解产生的N2用气相色谱方法定量分析.实验结果表明,抚顺原煤在600℃热解时N2生成量很少,不足10%.随着热解温度的进一步升高,煤中N向N2的转化率几乎呈线性增长.N2的来源一是直接从煤的大分子结构中释放,二是由矿物质元素与燃料氮之间的固相反应产生.抚顺煤脱除矿物质后热解时,N2的生成量明显减少.Ti、Na、K、Fe、Ca类矿物质元素的加入不同程度地促进了N2生成,而且其作用温度区间各不相同.     

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。     

煤自燃阶段动力学参数及特征温度点的实验研究

为了考察程序升温实验条件下煤自燃阶段特征参数的变化情况,分别对常村贫煤、兴县气肥煤、唐山1/3焦煤等煤样的进行程序升温实验,得到3煤样在低温自燃阶段其指标气体的析出变化曲线。实验结果表明:在同一受热温度,低变质程度的气肥煤其CO,C2H4等指标气体的析出浓度比高变质程度的焦煤和贫煤高,而C2H6则相反;CO特征气体在受热初期并不是所有煤样都存在,且C2H4,C2H6的释放规律与煤质无关;通过对低温段内煤自燃的反应能级及活化能值的计算,得到煤低温氧化段内的反应能级及活化能值,并找出了阶段特征温度点。煤反应能级和活化能的大小反映了煤在不同温度段内其自身氧化能力的强弱,特征温度点温度则可用来判断煤自燃所处的燃烧阶段。     

煤层自然发火指标气体的选择实验分析研究

通过对煤样进行热解实验,研究了新峪煤业公司5110工作面主采10#、11#煤层自然发火特性,测定了煤样在不同热解温度下CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6等气体的浓度,确定了这些气体的检出温度。在实验研究的基础上,结合指标气体优选原则,分析了自然发火指标气体随温度变化的规律性,选出了适合本矿煤层自然发火预测预报的指标气体,对提高煤炭自燃早期预测预报的准确度和矿井防火有重要指导意义。     

含瓦斯煤粒综合传质系数的实验研究

通过实验研究了不同煤阶煤样在不同压力条件下吸附不同气体的综合传质系数α的变化规律.结果表明:α随着压力的增加而增加且呈指数变化关系;在相同压力下,α随着煤阶的增加而减小;煤层中注入的CO2优先提高CH4的解吸速率,增加了CO2对CH4的置换量.该结果从理论上说明了注入CO2提高煤层气采收率的有效性和可行性.     

不同煤阶煤热解气化特性及机理研究

为探究煤阶形态差异对煤质分级利用的影响,采用热重-质谱联用仪对京隆褐煤、准东煤和阳泉无烟煤进行热解和气化实验,并采用扫描电镜、拉曼光谱仪探究煤焦微观形貌变化.研究结果表明,煤热解可分为3个阶段:水分析出和吸附气体释放、大量挥发分析出、二次脱气;随着煤化程度的升高,热解过程逸出H2、CH4等气体的释放峰向高温处移动,且热稳定性阳泉无烟煤＞准东煤＞京隆褐煤.对煤焦的气化活性评价表明,气化活性随反应温度的增大而升高;且随着煤化程度的增加,煤焦表面杂乱程度降低以及不定型结构和含氧宫能团数量减少,这些表面微观结构的变化导致了高阶焦炭反应活性的降低.此外,本文还探索了煤热解和气化反应机理.     

煤与PVC共热解过程中氯的释放机理和表观动力学探索

研究了煤与PVC共热解过程中氯的释放机理，实验蛄果表明，氯的释放率与热解温度、加热速率、恒温时间、PVC的加入量有关．在PVC加入量不大于3％时，如果热解工艺条件达到要求，焦碳中氯的残留量可以接近配煤焦的氯含量．根据实验数据对煤与PVC共热解过程中氯的释放表观动力学进行了分析，发现用一级反应方程处理结果与实验数据非常接近，并通过作图计算出了表观活化能．     

CO_2对煤低温氧化反应过程的影响实验研究

为了深入研究CO2对煤低温氧化反应的影响,利用程序升温油浴实验装置,研究在不同CO2浓度下煤样的自燃特性。采集南屯矿煤样,破碎并筛分出混合平均粒径为4.18 mm的煤样,向试验管煤样中通入不同配比的混合气体,实验控制升温速度为0.3℃/min,供气量为190 mL/min.测定在6种不同浓度CO2气氛下的煤样低温氧化特性,实验结果表明:CO2浓度越高,煤样耗氧速率越小,CO产生率降低。在起始阶耗氧速率相差不大,煤氧复合作用以物理吸附和化学吸附为主,后期阶段以化学反应为主,变化明显。相比于空气气氛下,CO2气氛下煤样活化能有所提高,在40~100℃的温度范围内煤氧作用的活化能值由17.85 kJ/mol升高至22.71 kJ/mol,氧化反应速率降低,表明CO2的加入降低了煤的氧化反应速率,抑制了煤的氧化反应。     

温度对平衡水分煤样吸附常数影响的实验研究

基于两组平衡水分煤样的高压等温吸附实验,探讨了煤的吸附常数与温度的关系,并与前人的研究结果进行了对比．实验表明：平衡水分煤样条件下,饱和吸附量随温度的升高变化趋势不明显,总体略有下降;干燥煤样条件下,饱和吸附量随温度的升高变化幅度较大,下降明显．平衡水分煤样和干燥煤样得出的结果相差较大．由于平衡水分煤样更接近实际煤储层,因此研究煤的吸附性能时,建议采用平衡水分煤样．     

准东高铁煤与稻草秆热解NOx前驱物释放规律研究

氨(NH_3)和氰氢酸(HCN)是燃料热解过程中的主要含氮化合物,也是燃烧过程中重要的NO_x前驱物,因此研究热解过程中HCN/NH_3的释放规律与转化机制,对降低NO_x排放意义重大。借助热重-质谱联用(TG-MS)系统开展实验研究,探讨了准东高铁煤与稻草秆热解过程中NO_x前驱物的释放规律。研究表明:准东高铁煤与稻草秆的热解产物中,NH_3是主要的NO_x前驱物;NH_3与HNCO、HCN与CH_3CN的释放规律趋同;同等实验条件下,稻草秆热解的NO_x前驱物释放量明显高于准东高铁煤的;准东高铁煤与稻草秆混合热解时,当稻草杆掺混质量百分比从10%增加至40%时,NO_x前驱物的释放量呈先减少后增加的趋势,NO_x前驱物释放量最低时的掺混比为30%,说明稻草秆与准东高铁煤共热解时,二者对NO_x前驱物的释放具有一定的协同耦合抑制作用。     

不同温度下聚酰亚胺真空直流沿面闪络特性

为了提高固体绝缘介质应用于复杂工程环境下的可靠性,以自制备的聚酰亚胺(PI)平板试样为研究对象,实验研究了PI在不同温度(193~373K)范围内的真空直流沿面闪络特性,并分析其闪络机理。结果发现:随着温度的升高,闪络电压呈现先降低、后升高、再降低的变化规律,且分别在273K与313K时达到最小、最大值;高温区域(313~373K)的闪络电压较低温区域(193~273K)的闪络电压有明显提高。对实验结果进行分析,认为高场强下阴极附近电子发射、固体绝缘介质体内的电荷输运以及气体解吸附都是影响固体绝缘介质真空直流沿面闪络特性的重要原因,其中的气体解吸附更是影响真空直流沿面闪络特性的最关键因素。     

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。