N2气氛下温度和压力对煤热解的影响

研究煤热解的反应特性有助于提高煤热解的转化率和焦油收率并且能够改善焦油的品质。本文在固定床反应器上研究了N₂气氛中,不同压力和温度下的唐山烟煤热解反应,考察了温度和压力对热解失重率、热解气体组成及液相产物产率的影响规律。结果表明当热解压力由1MPa增加至3MPa时,唐山烟煤的失重率和焦油产率均先增加后降低,在2MPa时达到最大值。当温度低于600℃时,压力不影响CH₄、H₂和CO的收率,当温度超过600℃时,CH₄、H₂和CO的收率随热解压力的升高而降低。随着热解温度的升高,煤热解的失重率、水的产率以及CH₄、H₂的收率不断增大,焦油的收率和CO的收率先增大后降低,在2MPa下600℃时焦油的收率达最大值为9.23%。     

生物质快速热解制油试验及流程模拟

使用自主研发的流化床热解反应器对生物质热解制油进行实验研究,通过对不同实验温度450、500、525、550、580、610℃下得到的目标产物进行分析,得到了反应温度对生物油产率的影响规律。实验表明：550℃时,最大液体产率为42.5%（质量）;实验得到的不可冷凝气体的组分以CO、CO₂、CH₄和H₂为主,气相产物产率约为37.7%（质量）。在实验基础上,利用Aspen Plus流程模拟软件,建立了生物质热解制油工艺模拟流程,模拟分析了热解温度对生物油产率的影响,结果表明该模型能准确模拟实际热解过程,具有较好的适用性和可靠性。     

TG-FTIR技术对纤维素和聚氯乙烯共热解的反应特性和产物的分析

聚氯乙烯(PVC)因具有较高的有效氢碳比(H/C_eff)，和纤维素共热解可提高碳氢化合物的产率，减少结焦量。采用热重分析与傅里叶变换红外光谱联用(TG-FTIR)的方法，分析纤维素与PVC共热解过程中非凝气体官能团的变化。结果表明：纤维素/10%PVC在加热过程中(<400℃)HCl和CH₄的吸收强度分别为0.003 2、0.000 9，相较纯PVC减少0.008 8、0.004 9。混合物料的使用减少了CH₄和HCl的生成量，导致HCl提前逸出，低温区(<500℃)CO和CO₂生成量增加。纤维素/10%PVC与纯纤维素的热解过程相似，分为两个阶段。随着PVC在材料中所占比例的增加，其动力学参数下降。根据共热解过程可能参与的反应方程式，计算200～800℃范围内的吉布斯自由能，确定反应是否自发进行。采用HSC软件对热解产物进行模拟，当PVC在混合料中所占比例较小，该过程更有利于H₂、CO和CO₂的生成，在530℃条件下CO₂     

煤快速热解固相和气相产物生成规律

利用能有效避免二次转化反应的高频炉热解装置对3种不同变质程度的煤进行了600～1200℃条件下的快速热解,考察了在煤热解最初阶段焦产率、焦-C产率、热解气产率、热解气4种主要组分H₂、CO、CH₄和CO₂的比例以及热解气热值随煤阶和热解温度的变化规律。结果表明,焦的产率和焦-C的产率均随煤阶的升高而升高,热解气的产率随煤阶的升高而降低;热解温度的提高能显著降低煤焦和焦-C的产率并提高热解气的产率。热解气组分以H₂相似文献   

木屑炭高温CO2气化特性研究

在高温固定床反应器中,以木屑炭为原料,进行木屑炭CO₂气化的特性研究。考察了气化温度和CO₂流量对燃气各组分体积分数、热值、固体产率、产气率的影响。结果表明：随着气化温度从750 ℃升高到950 ℃,CO体积分数明显增加,CO₂体积分数明显减少,燃气热值增加较明显,而从950 ℃升高到1 050 ℃时,燃气热值增加趋势减缓。CO₂作为气化介质,随着其流量增加,固体产率减少,气体产率增加,燃气组分中CO₂体积分数明显增加,CO体积分数先增加后减少,燃气热值先增大后减小。CO₂流量为15 mL/（min·g）时,燃气热值最大。气化温度950 ℃、CO₂流量15 mL/（min·g）为较佳的气化条件,此时气化制备的气体中CO体积分数为51.51%,CO₂体积分数为37.99%,燃气热值为8.03 MJ/m³,产气率为0.78 L/g。     

CO2气氛下煤与蓝藻共气化的行为演变特性

煤与蓝藻共气化是兼顾煤炭高效利用与蓝藻资源化利用的重要途径。采用TG-FTIR联用技术,探究不同掺混比混合物在CO₂气氛下的共气化特性,为其应用化学链燃烧技术提供理论基础。实验表明,蓝藻多糖解聚温度低,于100℃便可析出气相产物。在热解阶段中,DTG曲线有两个失重峰,其中峰值大、温度低的由蓝藻热解产生,主要气相产物为羟基和芳香族化合物;温度较高的失重峰对应煤炭的热解,气相产物以CO、CO₂和烃类为主。均相模型适用于热解、炭化阶段,且对蓝藻的拟合度高于煤炭,而缩核模型对气化阶段和高煤炭比例样品的拟合效果好。共气化的协同作用起始于热解阶段,主要作用区间为气化阶段,掺混蓝藻可有效提高煤焦的气化活性。     

淖毛湖煤加氢热解产物特性及半焦气化反应性

在加压固定床反应器中进行淖毛湖煤在常压和1.5 MPa氢气和氮气中的热解试验,利用多种表征方法对比研究了氢气和氮气下的热解产物产率和组成及半焦结构的变化,并利用热重分析研究热解半焦的CO₂气化反应性。结果表明：与常压N₂中热解相比,煤在加压的H₂中热解可有效提高热解气体中CH₄和C₂～C₃的产率,在800℃热解CH₄和C₂～C₃的体积产率分别由53.5和16.6 mL/g增至345.6和20.8 mL/g。焦油和轻质焦油产率也有效提升,在600℃下,与常压N₂中热解相比,1.5 MPa H₂中煤热解的焦油产率由19.3%升至22.8%,焦油中脂肪烃含量由35.5%降至14.8%,单环芳烃含量由8.3%增至28.9%,轻质焦油质量分数和产率分别升至95.0%和21.8%。半焦的N₂吸附和拉曼光谱分析结果表明,煤在加压H_...     

污泥和聚氯乙烯共热解三相产物特性

伴随着社会发展和城市扩张，生活污泥和废塑料的处置压力越来越大，同时热解作为一种资源化处置有机固体废弃物的手段受到普遍关注。本文通过开展生活污泥(SS)和废聚氯乙烯塑料(PVC)在500～900℃共热解实验，探究了温度和PVC掺混比对热解三相产物分布及其性质的影响。结果表明：伴随温度的升高，热解的固相产率下降，气相产率上升，液相产率先上升后下降；与此同时，热解气中的CH₄和CO含量上升，CO₂的含量下降；热解油中有机物含碳数减小，烃类和芳香类有机物比例增大；热解炭表面孔隙结构变得不规则，官能团减少。与污泥单独热解相比，PVC的加入会在降低产炭率的同时提高产气率，且高温下将抑制液相产物的产生。除此之外，PVC有利于提升热解气品质，提高高温热解油中重质组分的含量，并在增大热解炭表面不规则程度的同时使其含氧官能团更为丰富。     

利用TG-FTIR研究造纸黑液碱木质素的热解机理

采用热重-傅里叶红外光谱（TG-FTIR）联用的分析方法对造纸黑液碱木质素的热解失重特性和产物生成特性进行了研究。结果表明：碱木质素热解失重过程可分为3个阶段,其中200~500℃是碱木质素主要的热解挥发阶段,反应符合一级反应动力学模型,利用Coats-Redfern动力学模型计算得出不同升温速率下热解主反应的表观活化能为39.3~43.1 kJ/mol。FTIR的实时分析结果表明：碱木质素热解的气态产物主要有H₂O、CO₂、CO、CH₄、甲醇、酚类和N₂O;产物中的CH₄、甲醇、酚类和N₂O主要在300~500℃区间内释放,随着热解温度的升高,这些气态产物在420℃附近集中释放,且产量达到最大。     

煤与生物质共热解特性初步研究

初步研究了煤与生物质共热解时的协同作用,热解实验研究了大雁煤、木屑和两者混合物三个样品的热解特性,木屑与大雁煤热解特性相比,热解产物产率随温度变化特性形似,但热解的起始温度和热解温度区间有一定差别,两者混合物共热解时出现了协同作用,结果是半焦产率降低,焦油和气产率增加,热解气组成中H2和CH4 降低,CO和CO2增加.     

微型流化床内松木屑和煤泥等温混合热解特性

采用微型流化床反应器对松木屑和煤泥的等温混合热解气体释放行为进行实验研究。探讨不同温度和掺混比例对CH₄、CO、CO₂与H₂释放特性的影响,并通过模型配合法求解其动力学参数,研究松木屑和煤泥混合热解过程的相互作用。通过FT-IR检测发现煤泥的主要成分为含有C-O和C==O键的芳香化合物,松木屑则以带-OH键的长链脂肪烃为主。在等温稳定反应阶段,松木屑热解气体生成速率高于煤泥,随着生物质掺入比例的不断提高,混合原料气体生成反应速率亦呈现不同程度的增加。利用模型积分法求解了松木屑、煤泥及其混合物热解气体生成动力学参数,并通过实验值和计算值对比筛选出了最概然机理函数。通过活化能对比发现,混合热解对4种气体组分生成具有不同的影响作用,其中CO实验活化能明显低于计算值,表现为二者协同作用利于CO的生成释放;对H₂而言,在75%混合比例条件下,混合反应导致其生成活化能呈现协同负效应,使得活化能实验值明显高于计算值;相较而言,CH₄在混合热解过程影响相对较弱,并呈现小幅度的协同负效应,而CO₂的生成特性则受混合比例的影响较为明显。     

热解温度和反应气氛对输送床煤快速热解的影响

在连续进料量为1.2 kg·h^-1的输送床反应器中考察了热解温度和反应气氛对不连沟次烟煤快速热解的影响。N₂气氛下,随着煤热解温度升高,焦油产率先增加后减小,600℃时达到最大值10.3%;对应的半焦产率下降,气体产率以及气油比增加。高温促进了煤挥发分的释放以及挥发分在气相中的二次反应,部分产物从固相和液相产品转化为气相产品,氢气、甲烷和乙烯等气体组分的产率明显增加。700℃下,H₂气氛能够抑制挥发分二次反应的发生,起到稳定自由基和加氢的作用,显著提高焦油产率和油品品质,同时有利于甲烷的生成。CO气氛在一定程度上同时提高了轻质和重质焦油产率。CO₂和水蒸气能够促进焦油的二次反应,特别是重质焦油的裂解,具有一定的提质作用,但会导致焦油产率下降。CH₄气氛促进了重质焦油组分的生成,使得热解焦油产率提高。     

煤与油页岩热预处理特性及对热解的影响

对比研究了神木煤和桦甸油页岩在150~400℃热预处理时的孔隙变化和挥发分析出规律以及热预处理对后续慢速升温热解反应产物的影响。结果表明,热预处理显著增加了油页岩的孔隙结构,其比表面积提高4倍、孔体积提高5倍以上,而神木煤的孔隙结构则减少了,特别是孔径大于1 nm的孔体积减少了近60%、比表面积减少了近80%,而其1 nm以下的孔则相对稳定,孔体积和比表面积分别只减少了10%左右。低于400℃时热预处理过程中除脱去吸附水外,其他挥发分也有一定析出,并以CO₂为主,另有少量CO,但挥发分总失重量不超过5%。固定床慢速升温热解研究表明,经热预处理后,油页岩的油产率最高提高了22.7%,而水和气的产率则相应降低,气体中CH₄增加而H₂降低。热预处理对煤的热解油产率影响不明显,但热解水产率降低而热解气产率增加且其中CH₄增多而H₂降少。     

高温烟气中煤焦气化行为

针对高温烟气中煤焦的气化行为，本文采用FactSage 6.1计算了煤焦在高温烟气下的高温反应特性，并利用热重分析仪分析了煤焦气化行为。通过沉降炉实验进一步研究了不同温度、气体配比、粒径条件下气体产物的动态析出特性，同时计算了评价指标α、β、LHV值。结果表明：随着温度的升高，气体产物H₂和CO的含量增加，β、α、LHV值增大，CH₄和CO₂的含量下降。在温度为1200℃时，β、α值分别由CO₂/CO比为10∶70时的10.80%、5.21%增加到CO₂/CO比为50∶30时的24.71%、41.06%。同时，随着CO₂/CO比值的增大，高温烟气对煤焦气化反应抑制减弱。通过对比反应温度和粒径对煤焦气化反应的影响，得出反应温度远大于粒径对煤焦气化反应的影响。通过实验验证了向高温烟气中喷吹煤焦制备高品质可燃气体方法的可行性。     

生物质三组分二元混合热解特性研究

采用TG-FTIR-MS研究了生物质三组分二元混合热解过程的失重特性和小分子气体逸出规律。结果表明二元混合组分热解过程降低了热解反应开始温度。纤维素与半纤维素混合热解过程热解反应受到抑制,热解失重率降低,H₂、CH₄和H₂O产量减小,CO和CO₂产量增加。木质素和半纤维素在混合热解过程中存在协同效应,促进热解反应进行,H₂产量增加,然而其他小分子气体产物的生成被抑制,协同效应的效果更有利于可冷凝挥发分产物生成,这种效应随着半纤维素比例增大而减弱。半纤维素和纤维素在整个热解过程表现出相互抑制的效果,其小分子气体产物产量减小,但随着纤维素比例增大,影响减弱。     

REACTOR-MEMBRANE PERMEATOR CASCADE FOR ENHANCED PRODUCTION AND RECOVERY OF H2 AND CO2 FROM THE CATALYTIC METHANE-STEAM REFORMING REACTION

The catalytic reforming of methane by steam is an important industrial process that produces H₂, CO and CO₂, thus chemically transforming natural gas, coal gas and light hydrocarbon feedstocks to synthesis gas or hydrogen fuel. Methane-steam reforming may consist of a number of reactions depending on the reforming catalyst, operating conditions and feedstock composition, The typical industrially desirable reactions are the reverse of methanation (CH₄ + H₂O = CO + 3H₂) and the water-gas shift (CO + H₂O = CO₂ + H₂). Both reactions are equilibrium limited and the composition of the mixture that exits the reformer is in accordance with the one calculated thermodynarmically. Removal of reaction products at the reactor exit by means of selective membrane permeation can offer improved CH₄ conversions and CO₂ and H₂ yields, assuming the subsequent utilization of the reject streams by a second methane-steam reformer. We numerically investigated the feasibility of a system of two tubular methane-steam reformers, in series with an intermediate permselective polyimide membrane permeator, as means of improving the overall CH₄ conversion and the H₂, CO₂ yields over conventional methane-steam reforming equilibrium reaction-separation schemes that are currently in industrial practice. The unique feature of the permselective polyimide separator is the simultaneous removal of H₂ and CO₂ versus CH₄ and CO from the reformed streams. The utilized 6FDA-3,3', 5,5'-TMB aromatic polyimide was reportedly characterized [10] and found to exhibit superior permselective properties compared with other polyimides of the same or different dianhydride sequence. Conversion and yield of the designed reactor-membrane permeator reforming system can be maximized by optimizing the permselective properties of the membrane material and the design variables of the reactors and the permeator. Product recovery and purity in the permeate stream need to be compromised to overall enhance methane conversion and product yield. The operating variables that were varied to investigate their effect on the magnitude of conversion and yield included the inlet pressure of the first reformer, the temperature of both reformers, and the permeator dimensionless Pe' number (variation of the first two variables results to a drastic change in the composition of the reformed stream that enters into the permeator). The numerical results show that the new reformer-membrane permeator cascade process can be more effective (it can offer increased CH₄ conversions and H₂, CO₂ yields) than conventional equilibrium methane-steam reforming reaction-separation processes currently in practice.     

Oxygen Gasification of Municipal Solid Waste in a Fixed-bed Gasifier

abstract Four waste materials, paper, wood, textile and kitchen garbage, in municipal solid waste were gasified separately with oxygen in a fixed bed reactor. The yields of products char, tar and gas, ...     

煤焦在气化合成气中高温气化反应特性

在固定床管式炉反应器中进行了煤焦在H₂O、CO₂、H₂和CO混合气氛中气化特性的实验研究,考察了反应温度、原料气组成和加煤量对产物气组成以及碳转化率的影响。实验结果表明,在各实验条件下,合成气与煤焦反应后CO流量均增加最多,H₂少量增加。煤焦与CO₂的反应受到明显抑制。混合气体通过与煤焦反应可以提高有效气（CO+H₂）的含量,实验条件下反应出口气体中有效气浓度比反应结束时最多提高3.3个百分点。反应速率受气化剂之间的竞争和气化产物的抑制作用较为明显,在1100℃和1300℃时,煤焦在相同气化剂流量的合成气中的最高反应速率分别只有在纯气化剂（水蒸气或CO₂）中最高反应速率的49%和69%。受到多种气体组分之间的相互影响,气体在孔道里的扩散和吸附对反应影响更加显著,随机孔模型可以较好地拟合此类反应,而不考虑孔结构的均相模型和缩芯模型拟合度较差。     

玉米秸秆棒状燃料热解过程和产物特征研究

以玉米秸秆棒状燃料为原料,在固定床反应器上探究热解温度对玉米秸秆棒状燃料热解过程和热解产品性质的影响。研究发现,随着热解温度的升高,热解气体产量增加,固体炭产量逐渐减少,生物油产量先增后减在450℃时达到最大值35.61%。对固体炭进行工业分析,发现其灰分含量较高;FT-IR分析表明:玉米秸秆棒状燃料的热解反应主要发生在650℃之前;SEM图显示断截面表现为蜂窝状的孔结构。生物油的GC-MS分析表明:在250~750℃下生物油的组成主要是呋喃、酮、醛和酚类等含氧化合物,其中酚类和呋喃类化合物是含量最多的物质;而在850~950℃下以多环芳烃类化合物为主。热解气的主要组成是CO₂、CO、CH₄和H₂,同时有少量的C₂H_n化合物,在250~450℃范围内,气体的主要组成是CO和CO₂,随着温度升高,CO、H₂、CH₄和C₂H_n逐渐增加,热解气的热值逐渐增加,在650℃下气体产品的热值已达到13.05 MJ/m³,当温度大于650℃后,热值增加速率变慢。