沙柳半焦与煤共燃烧特性及动力学研究

在空气气氛下利用热重微差分析天平对沙柳半焦与煤单独和混合时的燃烧特性进行研究。结果表明：沙柳半焦和煤单独燃烧的热重曲线相似,将沙柳半焦与煤进行混合后,可以改善煤的燃烧特性,而且随着沙柳在煤中占比的不断增加,相比于单煤,沙柳半焦与煤混合燃烧的着火温度、燃尽温度表现出一致的减少,沙柳半焦与煤混合的实际转化率远远大于其相应的理论转化率,表明沙柳半焦对煤的燃烧起到明显的促进作用;通过Coast-Redfern积分法对沙柳半焦和煤单独燃烧和混合燃烧时所得热力学数据进行拟合,其符合一级反应动力学模型,当煤中掺和沙柳半焦后,两者共燃烧的活化能与频率因子均明显降低,且随着沙柳掺和比例的增加,混合燃烧的活化能及指前因子进一步减少,进一步说明沙柳的加入对煤的燃烧过程产生了明显的促进作用。     

褐煤半焦表面性质及其脱除气态污染物的研究进展

对褐煤半焦基吸附材料的表面物理化学性质、改性技术及机理进行了探讨,介绍了半焦作为吸附材料在烟气脱硫、脱硝等领域的应用现状,重点总结了烟气中气态Hg0污染物在半焦表面的吸附特性及机理。通过分析比较,指出了以廉价褐煤为原料制备高性能吸附材料的主要途径,并展望了半焦吸附剂在烟气净化领域的发展趋势。     

原料半焦和FeCl_3改性半焦脱除模拟烟气中气态Hg~0的实验研究

在固定床实验台上,利用内蒙古霍林河褐煤半焦及其改性半焦对模拟烟气中的气态Hg0进行吸附实验。结果表明:与原料半焦相比,在140℃下、经FeCl3溶液改性半焦吸附效率有明显提高,并且长时间维持在90%以上;改性半焦对气态Hg0具有较高的吸附稳定性。BET测试结果表明,半焦经FeCl3溶液处理后,孔道发生部分堵塞或破坏,使得半焦的孔隙结构发达程度有所降低;XRD测试表明,改性半焦中无定形炭的结构并未发生变化,表面Fex Oy以高度分散的无定形状态存在;FTIR分析结果表明,FeCl3溶液处理使半焦表面O—H官能团和C O官能团的含量增加。     

煤气化半焦的孔隙结构

用氮气等温吸附(77K)方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半焦的BET比表面积,并通过BJH法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布．结果表明,原煤在转化为半焦的过程中,孔隙结构变得发达,比表面积、孔比表面积和孔容积明显增大．实验发现半焦的孔比表面积和孔容积分布曲线存在2个明显的峰值,第1个尖峰对应的孔径稍小于2nm,说明微孔的比表面积大大增加;第2个尖峰对应的孔径在3.8nm左右,说明中孔的比表面积增加很快以至于出现了中孔的扩展．加压气化后的半焦孔隙结构更加发达,加压气化比常压气化更能促进半焦孔隙的生成和发展．     

模拟锅炉系统提高半焦吸附性能的研究

试验中采用了模拟锅炉汽水系统的蒸汽和燃烧系统的热量对半焦进行处理,通过分析水中苯酚的COD去除率、N2吸附脱附曲线和电镜扫描,研究了不同蒸汽活化时间及焙烧温度下的半焦吸附规律。结果表明:20~50目粒径的半焦,经过3 h蒸汽活化处理,然后于400℃条件下焙烧2 h后,其吸附性能显著提升;相比只经蒸汽处理的半焦对苯酚的去除率由30.94%提高到96.67%,BET表面积由3.2 m2/g增加到486 m2/g。SEM结果显示,经过焙烧后半焦微孔结构显著增多,其吸附性能得到大幅度提升。     

煤的表面自由能及应用探讨

分析了煤表面自由能的形成过程和特点,并根据表面化学原理计算了煤的表面自由能。煤的变质程度、瓦斯气体种类和温度对表面自由能都有影响,对难抽放瓦斯煤层,如果采取降低表面自由能的措施,会使抽放效果更好。     

煤吸附特性的研究

描述了煤吸附瓦斯气体的全过程，叙述了煤层气（瓦斯）主要吸附理论，得出了影响煤吸附能力的主要因素。     

煤吸附研究现状与展望

煤的吸附与煤的氧化风化、燃烧与自燃、矿井瓦斯含量等有直接关系。本文介绍了近年来关于煤吸附气体以及液体的相关研究,并对于煤的吸附性的研究与应用进行了展望。     

用热分析法研究半焦气化动力学

使用等温热重法，对鞍山钢铁公司高炉喷吹用的城子河烟煤制得的半焦气化动力学特性作了研究，并与焦炭的反应性作了比较。研究表明，半焦的反应性优于焦炭，半焦的气化反应是由气体的内扩散控制的，相应的表现内扩散活化能力为１３６．８３ｋｊ／ｍｏｌ，并得出了半焦气化的动力学模型。模型预测值与实测值有很好的一致性。     

油砂及其热解半焦的燃烧研究

通过X-射线衍射(XRD)对油砂、其热解半焦以及两者燃烧灰样的物相进行了分析,利用氮气等温吸脱附研究了灰样表明特性,采用热重分析法对比了油砂和半焦的燃烧特性,并借助平行反应模型进行了动力学分析。结果表明油砂和热解半焦中所含矿物质主要为方解石,其分解温度主要在873-973 K内。灰样的分形维数D、孔容积和BET比表面积随燃烧温度变化的趋势相近。TG-DTG曲线表明油砂在低温段有明显的燃烧失重趋势,而焦炭不明显,但两者在高温段的失重过程相似,同时油砂着火及燃烧性能比半焦高。平行反应模型可以很好地描述油砂及半焦的燃烧过程,两者动力学模型有一定相似性;半焦燃烧的平均表观活化能Em比油砂高,反应活性较低。     

微孔填充理论研究无烟煤和炭对甲烷的吸附特性

采用自制的容量法吸附测量装置,对四川江口红泥煤矿的无烟煤及其炭化样在－２１℃￣５０℃范围吸附甲烷进行了对比测量,用微孔填充理论处理了吸附数据,详细讨论了微孔填充理论与其它吸附理论之间的关系。结果表明无烟煤及其炭化样吸附甲烷随温度的变化规律不同;在讨论热力学参数时,以微孔填充理论的结果为好。     

无烟煤及其炭化样吸附甲烷的动力学研究

用容量法测定了不同温度、不同时间甲烷在无烟煤及其炭化样上的吸附量，提出了相应的动力学公式为Q（t)=Qo Qd∝√-1-e∧Bt。结果表明甲烷在无烟煤及其炭化样内的扩散活化能分别为14.3kJ/mol和26.3kJ/mol，其扩散过程则是甲烷通过微孔的流动。     

煤焦催化气化的修正随机孔模型研究

针对煤焦催化气化中传统的动力学模型不再适用这一情况，以广泛应用于煤焦气化动力学研究的随机孔模型为基础，考虑了催化剂对反应过程的催化作用，通过引入催化作用因子，建立了适用于煤焦催化气化反应的修正随机孔模型．选取神府煤焦为研究对象，将煤焦CO2催化气化作为探针反应，做了典型KCl催化荆和K-Ni复合催化剂的催化气化实验，并对模型进行了验证．结果表明：修正随机孔模型较好地体现了煤焦催化气化的动力学规律，即催化剂的添加有效地增大了反应界面处的活性部位和活性表面积，使气化反应在更温和的条件下快速进行．经验常数说明Ni-K复合催化剂的催化能力大于KCl催化剂，这与许多学者的研究结果是一致的．另外，由于反应初期的传质阻力不可忽略，故实验值与模拟值存在一定误差．     

煤热解过程中焦炭氮变化规律的试验研究

为研究煤中氮在燃烧第一阶段随挥发分析出进入均相反应与残留煤焦发生异相反应的比例,评估均相反应与异相反应对最终氮氧化物排放贡献的大小提供依据,建立了固定床反应系统并在低加热速率条件下研究了煤阶、温度、脱灰以及不同灰成分在热解过程中对焦炭氮转化率变化规律的影响.研究发现:当高阶煤热解时,氮更多地保留在煤焦中,而低阶煤中的氮则容易析出形成气态含氮产物;高温利于氮从煤焦中析出;脱灰对低阶煤中氮的析出有强烈的抑制作用,脱灰对高阶煤的影响不如低阶煤明显;煤中含Ti、Na、K、Fe和Ca等类矿物质在温度高于800℃时促进氮从煤焦中析出,Mg的存在使焦炭氮的转化率略有提高,Si和Al类矿物质对于氮的析出无明显作用.     

用差热法研究平鲁煤焦的水蒸气加压气化动力学

用自行改造组装的多气氛高压高温差热分析装置研究了平鲁煤焦的水蒸气加压气化动力学。水蒸气分压为0.01,0.03,0.11和0.33MPa,最高反应温度为1450K.实验结果表明,反应温度对气化速率有显著影响;水蒸气分压对气化速率在低压时有明显影响;气化反应的活化能随转化率变化。与实验值基本吻合的计算值表明虑及压力和孔结构变化的动力学方程可以较好地描述平鲁煤焦在加压水蒸气中的气化行为。整个工作还表明,DTA技术也是研究煤气化动力学的一种有效手段。     

废轮胎活性炭对甲基橙的吸附研究

以工业规模的废轮胎热解炭黑为原料,经过水蒸汽活化制备废轮胎活性炭,采用间歇实验法考察了废轮胎活性炭对阴离子染料甲基橙的吸附性能.系统研究了吸附过程的平衡、动力学及热力学性质.考察了操作因素,如接触时间、溶液pH、吸附剂用量、甲基橙初始浓度以及温度等对吸附过程的影响.研究结果表明,废轮胎活性炭是甲基橙的有效吸附剂,其吸附容量高于商用活性炭以及文献报道的相关吸附剂.吸附平衡符合Lang-muir等温线,吸附动力学过程与假二级动力学模型相符;热力学研究表明,该吸附过程为吸热、自发进行的物理吸附.     

制焦温度对煤焦特性的影响

研究了扎莱诺尔褐煤焦m(C)/m(H)、密度、碳结构、总比表面、矿物质分布以及反应性等特性与制焦温度的关系。结果表明:随制焦温度的升高,焦的m(C)/m(H)、密度单调上升,焦中碳结构未出现明显的变化,而总比表面积呈现先上升后下降的趋势;但其中矿物质分布、聚集状态以及化学形态发生明显的改变;随制焦温度的升高,焦的燃烧活性以及与二氧化碳的反应性单调下降。     

煤焦-CO_2高温气化反应特性的实验研究

利用STA409PC综合热分析仪以等温法研究煤焦-CO2高温气化反应,考察了煤种、气化温度及气流速度对煤焦气化反应的影响,并对其动力学参数进行了求算.实验结果表明:当气化温度低于煤焦灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率峰值随气化温度的升高而增大,当气化温度高于煤焦的灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率变化十分缓慢,甚至有下降的趋势;不同煤种的气化反应动力学参数有很大的差异,鞍钢煤焦和本钢煤焦的活化能均为140kJ/mol,阜新煤焦的活化能为70kJ/mol.当煤焦的气化反应温度高于煤焦的灰熔点温度时,扩散成为煤焦气化反应的主要限制环节,提高气流速度有利于煤焦气化反应的进行.     

高炉熔渣中煤-CO2气化反应性的实验研究

利用STA409PC综合热分析仪以等温热重法对高炉熔渣中煤焦-CO2气化反应性进行了研究,主要考察了渣煤比、气化反应温度和煤种对气化反应的影响,并用反应速率方程法对其动力学参数进行求算.实验结果表明:煤焦的碳转化率、气化反应速率与渣煤比正相关;在煤焦的气化反应中,高炉熔渣具有一定的促进作用;在1673K以下,煤焦的碳转化率、气化反应速率峰值随温度的升高而上升,而当温度高于1673K后,煤焦的碳转化率、气化反应速率峰值随温度的上升呈现下降的趋势;不同煤种,其气化反应性有很大的差异,大同煤的气化反应性要好于阜新煤和焦炭;不同条件下,煤焦的气化反应动力学参数具有很大的差异,焦炭的表观活化能和指前因子随渣煤比的增大而升高,阜新煤的表观活化能和指前因子随渣煤比的增加先降低、后升高.     

混合神经网络模型用于煤焦气化过程的模拟

以煤焦气化反应模型为基础,结合BP神经网络参数估计器,建立了用于模拟煤焦气化过程的混合神经网络模型。结果表明该混合神经网络模型能很好地描述煤焦的气化过程,可以得到在实验过程中无法测得的2个参数,即:在煤焦中具有活性的碳与总碳的比值A和具有活性碳的单位质量反应速率Rr。