微负压系统中不同粒径煤粉热解半焦特性研究

为了研究煤粉粒径对煤快速热解半焦特性的影响,对微负压系统中煤快速热解产生半焦的收率、灰分、挥发分含量和结构等特性进行了分析.结果表明,随着粒径增加,煤粉热解的活化能逐渐增加,低温区大粒径煤粉热解挥发分逸出量高于小粒径煤粉逸出量.热解半焦收率随着煤粉粒径减小逐渐增加,挥发分中焦油收率却随着煤粉粒径的减小而增加.小粒径煤热解生成的半焦结晶程度较低,边缘碳原子和其他缺陷较多,半焦炭层结构较不致密.极小颗粒中矿物质含量较高导致煤粉粒径越小,所得半焦的灰分含量越高,大粒径煤粉由于在低温区间失重速率快,挥发分逸出量大而导致半焦中残余的挥发分含量较低.     

改性半焦提取模拟卤水中碘的性能

分别利用H2O2水溶液、HNO3水溶液、KOH水溶液对半焦进行水热活化改性,研究了改性半焦对模拟卤水中的碘的提取性能,并对改性半焦水分、灰分及挥发分含量,表面酸碱性基团以及孔结构进行分析和表征。实验结果表明:与原料半焦相比,经过改性的半焦对模拟卤水中的碘有较好的吸附性能,其中KOH水热活化后的半焦吸附性能最好。改性后半焦的水分、灰分及挥发分均有改变,酸性和碱性基团量、比表面积、孔容均增加,从而导致改性半焦对模拟卤水中碘的吸附性能提高。     

反应条件对煤-油共炼产物性质的影响

以鄂尔多斯煤及加氢后的煤焦油为原料,采用自制的煤载铁系催化剂,在高压釜内进行煤-油共炼反应,考察反应温度(380℃,400℃,420℃,440℃和460℃)、反应时间(20 min, 40 min, 60 min和80 min)及氢初压(2 MPa, 4 MPa, 6 MPa和8 MPa)对煤-油共炼液收率、液体产物馏程及半焦工业四组分的影响。结果表明,随反应温度升高和反应时间增加,煤的液收率均先增加后降低,最佳反应温度和反应时间分别为440℃和60 min;液收率随氢初压的升高,先快速增加后增速放缓,符合煤液化过程分为快速加氢裂解、慢速加氢裂解和缩聚反应三个阶段的结论。液化油的馏程随反应条件的不同而异。随反应温度升高及反应时间增加,半焦中的灰分含量逐渐升高,挥发分含量逐渐降低,固定碳含量呈先降低后升高的趋势;随氢初压增加,半焦中挥发分和固定碳含量逐渐降低,灰分含量逐渐升高。     

煤加压富氢热解及半焦气化特性研究

为研究加压固定床气化过程中热解区和气化区的反应,模拟固定床富氢气氛热解与半焦气化过程,利用加压富氢热解装置考察了压力、加热终温以及富氢比例对煤热解的影响,分析了各因素对热解影响的机理,以富氢气氛热解半焦为原料,通过加压热重分析仪进行试验研究,研究不同温度和不同热解半焦原料的条件下碳转化率与CO_2反应速率随时间的变化规律,分析富氢比例对气化反应活性的影响。结果表明:常压富氢气氛热解试验中,随着富氢比例的升高,提供大量H,H浓度增大,煤在热解过程中自由基会不断与H结合生成稳定组分,其中包括大量小分子的挥发物以及部分焦油析出,使半焦中挥发分降低0.69%,半焦收率降低4.8%;加压条件下半焦收率较高,半焦收率随压力的增大变化幅度不大,且没有明显规律,挥发分总体逐渐降低,但变化较小;随着终温的升高,挥发分析出量逐渐升高,伴随着挥发分析出,富氢氛围中的H将与自由基结合生成小分子结构而逸出,半焦收率与挥发分均逐渐降低;增加富氢比例能提高半焦的成熟程度,富氢比例由0增加到35%,H浓度增大,煤中小分子可迅速加氢生成挥发物,同时大分子也会加氢变为稳定结构,半焦挥发分降低了1.46%,半焦收率降低了2.50%;富氢热解能明显促进CO和CH_4的生成,在35%H_2时产量分别达到91.2和63.8 mL/g。由气化特性试验可知:提高气化反应温度,有助于提高富氢半焦与CO_2的气化反应性;富氢气氛与惰性气氛下热解半焦的气化反应活性相近,表明加氢热解能够提高焦油产率与焦油品质,同时对半焦的气化活性影响不大。     

神木烟煤与桦甸油页岩的共热解特性

采用热重分析仪和固定床反应器研究了神木烟煤和桦甸油页岩的混合共热解特性及协同作用机制. 结果表明,神木煤与桦甸油页岩混合共热解的失重率高于计算值,表明二者在热解和挥发分逸出过程中存在相互作用,促进了挥发分释放,减少了半焦生成. 煤与油页岩的协同作用可增加热解油收率、降低半焦和水收率. 油页岩与煤质量比为1:1时,所得油收率最高,为9.84%,比计算值提高8.8%. 共热解有助于提高轻质油含量和收率,油页岩与煤质量比为1:4时,轻质油含量超过80%,收率约为7.5%,比计算值分别提高了8%和11.2%,表明添加少量油页岩可明显提高热解油品质. 共热解过程中油页岩产生的富氢组分及自由基能抑制煤热解产生的芳香族化合物的聚合反应,促进芳烃向产物油转化,提高热解油的收率和品质.     

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。     

催化剂对劣质煤燃烧性能的影响

主要利用热分析法研究了催化剂NaClO4,MnO2和BaCO3对劣质煤燃烧性能的影响.结果表明,三种催化剂均可以提高劣质煤的挥发分释放量;各催化剂对煤粉的着火特性和燃尽指数都有不同程度的促进作用,其影响大小排序为:NaClO4>BaCO3>MnO2和BaCO3>MnO2>NaClO4;加入各催化剂后,煤粉的放热量均得到了提高.主要作用机理是:催化剂促进煤中挥发分的析出,降低煤的着火温度并且促进氧气与焦炭的充分接触,从而加速煤的燃烧过程.     

过渡金属氧化物担载型USY分子筛对神东煤催化热解行为的影响

利用粉-粒流化床热解实验装置,研究了过渡金属氧化物改性的USY分子筛对神东煤热解行为的影响。结果表明:过渡金属氧化物改性后USY分子筛骨架结构未发生变化,酸量变化显著。催化剂对神东煤一次热解挥发分的催化作用明显,半焦收率基本保持在66%左右;在实验所选五种催化剂作用下热解挥发分的脱氧反应都增强,热解气中CO和CO_2的收率明显增加,液体产物收率下降,强酸性导致积碳严重,双金属改性后积碳情况改善。USY分子筛对轻质芳烃的形成具有较高的催化活性,其酸性中心能促进焦油中含氧化合物、稠环芳烃和脂肪烃向萘类芳烃转化,负载WO_3后会抑制焦油中萘类芳烃的生成,NiO引入后催化剂的双金属活性导致此抑制作用更为明显,且NiO的裂解性和脱氢性能会显著增加焦油中脂肪烃的含量和气体中H2的收率。     

直立内热干馏炉所产不同粒度半焦的组成与结构特征

针对现有直立内热式干馏炉不同粒级半焦产物进行深入分析有助于认识原煤在炉内的热解反应行为和物料在炉内的运动与破碎等物理变化规律,采用国标方法研究了5座相同工业规模的直立内热干馏炉所产半焦的粒度分布、工业分析与发热量、有害元素与无机矿物组成情况,分别采用N₂吸附法和Raman光谱法测定了不同粒度半焦的孔隙分布与碳化学结构特征,并结合生产工艺分析了不同粒级半焦性质差异产生的可能原因。结果表明:13mm~25mm和6mm~13mm粒级在干馏炉所产半焦中占比最高,原煤的热稳定性是影响干馏炉内粒度降解的最重要因素;随着半焦粒度降低,受热解程度和矿物质作用共同影响,挥发分和灰分先降低后增高;小粒度半焦灰分中较高的碳酸盐降低了其发热量;小粒度半焦中全硫含量最高,各种形态硫随粒级变化规律不同;N、P和Cl元素在不同粒级半焦中无明显分布规律;随着粒度降低,CaO含量先降低后提高,而SiO₂含量先增高后降低;半焦中料和小料的孔隙结构最发达,碳结构有序化程度最高。     

半焦催化裂解原位煤热解焦油的研究

在两段固定床反应器内考察了不同半焦对府谷煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,不同半焦对煤热解产物催化裂解后,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分质量分数明显增高。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃时,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时催化效果最好,其中轻质焦油收率基本不变,焦油中轻质组分质量分数提高了25%。半焦的表面结构和灰分都对煤热解产物的催化裂解有一定效果。在比表面积较低时,半焦中的灰分对原位煤热解焦油的裂解作用比较明显;随着比表面积的增加,灰分的影响越来越弱,半焦表面结构的影响越来越明显。