废轮胎与煤的共热解特性

采用热重分析仪分别对废轮胎、煤及其混合样进行热解实验,研究废轮胎与煤的混合比例及热解升温速率对混合物失重特性的影响.结果表明:废轮胎和煤单独热解时发生剧烈缩聚反应,DTG曲线在400℃~480℃的温度区间有重叠部分;添加废轮胎对煤的热解有促进作用,随废轮胎质量分数的不断增加,煤的热解高峰区逐渐向低温区移动,且失重率不断提高;对混合样进行不同升温速率的热解实验发现,在较低的升温速率范围(15K/min~20K/min)内,增大升温速率可以促进热解反应的进行;而升温速率过高(20K/min)会使样品颗粒内部热解产生的挥发分来不及逸出而出现笼蔽效应,从而使样品的失重率减小.     

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.     

陕北地区污泥理化性质及热解特性

采用热重分析法,选用煤和煤灰分别与陕北地区生活污泥和含油污泥进行共混,研究其热解特性。根据不同污泥的热重曲线和微熵热重曲线,计算热解特征参数和热解动力学参数,分析了煤及煤灰分别对生活污泥和含油污泥热解过程的影响。结果表明:添加50%污泥使得煤的热解初析温度Ts降低了159℃,总失重量R增加了38%,挥发分综合释放特性指数D提高了3倍;添加1%煤灰,含油污泥的热解最大失重速率(dw/dt)max增大14%,综合挥发分析出特性指数D增大16%。证明煤及煤灰分别与生活污泥和含油污泥的共混可提高其整体热解性能。     

油茶果蒲与聚丙烯共热解特性及动力学分析

为了研究油茶果蒲(CS)与聚丙烯(PP)混合比例(质量比)对两者共热解特性及动力学参数的影响, 将CS与PP按不同比例(3∶7、5∶5和7∶3)混合, 分别在5、10、15和20 ℃/min的升温速率下, 由50 ℃升温至800 ℃进行热重实验及动力学分析。热重实验结果表明: 混合样品的共热解可以分为两个阶段, 当温度低于352 ℃时, 在混合样品热解中CS热解占主导作用, 混合样品中的PP促进了CS的热解; 温度高于352 ℃时, PP的热解占主导作用, CS对PP热解起抑制作用。动力学分析结果表明: FWO法适合CS与PP单独热解及共热解动力学分析, m(CS)∶m(PP)为3∶7的混合样品平均表观活化能(217.04 kJ/mol)最低, 相比于CS单独热解的平均表观活化能(474.94 kJ/mol)降低了54.3%。     

高硫煤与生物质共热解时有机硫的迁移规律

选取晋南和宁东地区的两种高硫煤作为研究对象,用HCl-HF-CrCl_2对煤样进行脱矿物质处理。将脱矿物质煤与稻壳和木屑两种生物质分别按不同质量比进行混合,在不同温度下共热解,研究了混合半焦收率的实验值与计算值的差异,以及脱矿物质煤与生物质共热解对煤中有机硫逸出的促进作用,并对有机硫逸出率最大的样品进行了FTIR,XPS,BET表征,探讨了生物质促进煤热解过程中有机硫逸出的机理。结果表明:当升温速率为15℃/min,温度低于700℃时,脱矿物质煤与生物质共热解存在明显的协同效应,使得混合样热解的有机硫逸出率高于煤单独热解时的有机硫逸出率。FTIR分析表明脱矿物质晋南煤与生物质共热解过程中—■键消失,说明协同效应促进亚砜的分解;XPS分析表明最大有机硫逸出率下有机硫的种类及含量都减少,变化最明显的是脂肪族硫化物和砜类。     

微藻/核桃壳混合热解需热量及制备芳烃研究

利用热重分析仪(TG)、气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)与固定床反应器,考察了微藻、核桃壳及混合物主要热解阶段的需热量特性,以及混合比、温度、催化剂种类对二者混合热解制备芳烃的影响规律。结果表明:在不同升温速率下,核桃壳热解在180~270℃和380~485℃处存在两个吸热峰,整体表现为吸热效应(378.56~596.45k J·kg~(-1));微藻热解在280~450℃处存在一个放热峰,整体表现为放热效应(-814.76~~(-1)191.52 k J·kg~(-1))。微藻/核桃壳热解呈现较低的放热效应(-99.05~~(-1)58.04 k J·kg~(-1)),表明二者混合热解可以实现一定程度的热量耦合。微藻/核桃壳热解在制备芳烃上表现出明显的协同效应,且芳烃相对含量在600℃、混合比1:1下达到最大值,为20.51%;加入Cu/HZSM-5可进一步提高混合热解的芳烃相对含量,达到35.74%。为微藻与核桃壳的高值化利用提供了新思路。     

生物质与油页岩混合热解特性研究

为了充分利用油页岩和生物质,以生物质和油页岩按照不同质量比的混合试样作为研究对象,采用TG-DSC联用技术进行了热重实验,分析了热解过程特性曲线并计算热解特性参数,采用差减微分法计算了热解动力学参数。结果表明:混合试样DTG曲线分别在低温段及高温段出现2个峰,前者主要是生物质的纤维素及半纤维素挥发分的热解析出,后者主要为油页岩热解析出挥发分;随混合试样中油页岩含量逐渐增多,热解后期逐渐出现因油页岩无机盐热分解吸热过多而出现DSC曲线吸热峰;混合试样低温段挥发分析出量及挥发分综合释放特性指数均大于高温段的值;生物质含量最高的混合试样(生物质与油页岩的质量比为4∶1)的挥发分初始析出温度最低,其挥发分最大释放速度的峰值及挥发分综合释放特性指数均最大;生物质含量较多的混合试样低温段活化能大于高温段活化能的值,油页岩含量较多的混合试样低温段活化能低于高温段的值。     

市政污泥与石下江褐煤混合燃烧动力学及协同特性研究

采用综合热分析仪对长沙市某污水处理厂污泥和石下江煤及两者混合物的燃烧特性参数进行了研究,并通过扫描电镜和X射线荧光光谱仪对两者灰渣进行了表征.结果表明:石下江褐煤的固定碳含量较高,污泥的挥发分含量较高;灰渣表面结构差异较大,混合样的灰分颗粒没有发生熔融现象;当混合样品中污泥的质量分数低于30％时,混合样品的燃烧特性与煤...     

神木煤与生活污泥共热解特性及动力学分析

采用热重分析仪,对不同混合比例的煤泥混样进行热解特性及动力学研究。根据各试样的热重曲线(TG)和微熵热重曲线(DTG),计算热解特征参数和动力学参数,重点分析了生活污泥的添加量对神木煤热解过程的影响。结果表明:煤与生活污泥的热解过程有很大差异,主要表现在挥发分初析温度、总失重率及最大失重速率。随着污泥添加量的增加,煤泥混样热解各阶段的最大失重速率、热解总失重率逐渐增加,而热解初析温度及热解活化能逐渐减小,表明污泥的添加对煤的热解具有促进作用。污泥质量分数为90%时,煤泥混样的热解特性最优,挥发分综合释放特性指数D和热解活化能分别是煤单独热解时的2. 86倍和75%。     

微藻/核桃壳混合热解需热量及制备芳烃研究

利用热重分析仪（TG）、气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）与固定床反应器,考察了微藻、核桃壳及混合物主要热解阶段的需热量特性,以及混合比、温度、催化剂种类对二者混合热解制备芳烃的影响规律。结果表明：在不同升温速率下,核桃壳热解在180～270℃和380～485℃处存在两个吸热峰,整体表现为吸热效应（378.56～596.45 kJ·kg^-1）;微藻热解在280～450℃处存在一个放热峰,整体表现为放热效应（-814.76～-1191.52 kJ·kg^-1）。微藻/核桃壳热解呈现较低的放热效应（-99.05～-158.04 kJ·kg^-1）,表明二者混合热解可以实现一定程度的热量耦合。微藻/核桃壳热解在制备芳烃上表现出明显的协同效应,且芳烃相对含量在600℃、混合比1：1下达到最大值,为20.51%;加入Cu/HZSM-5可进一步提高混合热解的芳烃相对含量,达到35.74%。为微藻与核桃壳的高值化利用提供了新思路。     

煤拔头工艺中煤与生物质快速热解的气体产物分布

在模拟煤拔头快速热解条件下,实验研究了煤、生物质及其混合物热解产物的产率、气体组成及气体热值随热解温度的变化规律. 结果表明,褐煤与生物质混合热解遵循单一物质的热解规律,但生物质配入比例对混合热解产物产率有一定影响;其质量配入比例低于50%时,随生物质配入量增加,气体产率增加,800℃时气体产率可从50%以下增加到60%以上;其配入比例增大至50%以上时,气体产率下降5%. 褐煤与生物质混合物热解产物的气体组成与原料单独热解时相似,均以CO2为主,其次为CO, H2,烃类组分中以CH4和C3H6为主,C2H4, C2H6, C3H8次之,C4H8略少,混合物热解气体中CH4含量比褐煤单独热解时高7%以上. 热解温度对气体的热值影响较明显,高温下热解气体热值高,热解温度500~800℃、生物质与褐煤质量配比为1:2时,热解气体的热值从11.38升至16.10 MJ/m3. 拔头条件下,褐煤与生物质混合快速热解的气体产率较高,有利于提高热解气体热值.     

石莼与褐煤低温共热解热重分析及动力学

将不等量的生物质石莼(SC)加入到褐煤(AL)中进行低温干馏实验,实验表明:随石莼的掺混比增加,热解油产率呈先增加后减少的趋势,在石莼掺混比为30%时热解油产率达到最大值12.50%,热解油中烷烃含量在原有基础上增加了23.54%,在一定程度上提高了热解油品质。利用热重分析仪对石莼、褐煤单独热解及30%最佳掺混比的混合样共热解的热解特性进行了研究,结果表明:石莼的加入使褐煤初始热解温度提前,失重速率变快,在300～700℃之间,实验所得混合样的残重量小于单独热解残重量的理论加权值,表明石莼的添加一定程度上促进了热解反应的进行。混合热解符合一级动力学方程模型,指前因子A和活化能E_a存在补偿效应,共热解时的A和E_a与褐煤单独热解相比均减小。     

PET和关中麦秆共热解特性及其动力学研究

利用TG-FTIR技术研究陕西关中地区小麦秸秆（麦秆）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）及其两者混合物麦秆-PET（质量比1：1）在20 K/min的升温速率下的热解行为、主要热解产物、协同效应和动力学。研究结果表明：PET热解初始温度为375℃,最大热失重速率处的温度为454.9℃,失重率为62.87%,其热解残余质量为19.42%;麦秆-PET的热解DTG曲线表现为麦秆和PET主失重峰（339.9和444℃）的叠加,且混合试样在两个强峰处的失重率分别为22.9%和73.9%,最终热解残余质量为23.52%;PET和麦秆共热解过程中会出现两个协同效应（339.9和444℃）,这使得共热解产物中的CO、CH₄以及芳香族、酸类、酮类、醛类、醇类、烷烃、酚类和醚类等轻质焦油组分含量高于麦秆和PET单独热解,共热解提高了热解产物的热值,改善了热解产物组成,提升了热解产物的稳定性和燃料品质;采用Coats-Redfern积分法计算得到PET在主热解区的表观活化能为355.48 kJ/mol,远高于麦秆的表观活化能（86.5 kJ/mol）,麦秆-PET在低温区（258~363℃）的表观活化能为53.6 kJ/mol,在高温区（393~463℃）的表观活化能为81.6 kJ/mol。     

Devolatilization characteristics of single coal particles for combustion in air and pyrolysis in nitrogen

The devolatilization characteristics of single coal particles were studied experimentally for both combustion in air and pyrolysis in nitrogen. The rate constant in volatile matter combustion was 2–3 times larger than that in volatile matter pyrolysis. The weight loss during the devolatilization in nitrogen gas agreed with the value of proximate analysis. However, in the case of coal combustion, the weight loss during the volatile matter combustion region exceeded the proximate value because the particle temperature became high compared with the surrounding gas temperature.     

低阶煤低温热解半焦在模拟高炉喷吹条件下的燃烧性能

采用自制固定床热解装置在隔绝空气的条件下制备神木长焰煤热解终温分别为400℃、450℃、500℃及550℃的热解半焦,利用管式沉降炉模拟高炉喷吹条件研究神木长焰煤低温热解半焦的燃烧性能,并考察了热解终温、半焦喷吹粒径以及燃烧反应温度对半焦燃烧性能的影响。研究表明：低温热解半焦的燃烧性能优于实验所选用无烟煤的燃烧性能,半焦的燃烧性能与其燃料比之间存在负相关关系,即燃料比越高,燃烧性能越差;降低热解终温、减小半焦喷吹粒径以及提高燃烧反应温度均能改善半焦的燃烧性能,当热解终温为400℃、喷吹粒径100～200目、燃烧反应温度为1100℃时半焦的燃尽度最佳为96%。本实验半焦制备及燃烧条件与现有低温热解和高炉喷吹工艺相符,且热解半焦各项性能均符合喷吹用煤指标。     

移动床中内构件对煤热解反应过程调控作用

在外热式内构件（多级折流板和多段集气管）移动床反应器内研究了淖毛湖煤的热解特性,并与常规固定床反应器中煤热解行为进行对比,考察了两反应器内的传热速率以及热解温度对产物分布、热解气组成、焦油组成和品质等影响规律。结果表明：在450℃低温热解时,煤颗粒在内构件移动床内的升温时间比固定床缩短了60%以上,内构件具有显著提高反应器内颗粒间传热速率的作用。随着热解温度的升高,热解气中的C₂H₄/C₂H₆和C₃H₆/C₃H₈的比值变大,挥发分的二次反应程度加大,但裂解程度低于固定床。内构件移动床中的焦油产率随温度的升高先增加后降低,在550℃时达到最高为10.8%（质量分数）,比固定床增高约28.6%。当热解温度越高时,移动床所产焦油中的沥青质组分含量越低,在750℃时焦油中轻质组分质量分数达到85.17%,脂肪烃含量降低到了28.00%。通过与固定床对比,揭示了内构件（多级折流板和集气管）调控淖毛湖煤热解反应并提高热解焦油产率和品质的作用。     

混煤热解过程中的表面形态

以管式电炉为热解室，改变热解终温，在惰性气氛下对无烟煤与烟煤的混煤进行快速加热条件下的热解。采用低温氮气吸附方法研究混煤焦表面形态的变化规律。通过对吸附等温线的分析，表明煤焦具有连续、完整的孔隙结构，无定形孔的存在使得吸附迴线存在不闭合的状态。随着热解终温的升高，混煤焦的比表面积先增加后减小；随着烟煤掺混比例的增加，混煤焦的微孔容积和表面积也先增加后减小，A1B2混煤焦具有最大微孔容积和表面积。对煤焦孔隙的分形研究发现煤焦孔隙分形维数与微孔结构关系密切。混煤焦表面形态的变化规律体现了混煤热解的独立性以及相互作用。     

小桐子壳热解及其挥发性产物特性分析

选用小桐子壳作为原料,采用热重-红外联用(TG-FTIR)和热裂解-气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术,研究小桐子壳的热解特性以及300~800℃热解过程中产物的组分信息和有机化合物中官能团随温度的变化情况,同时利用Coast-Redfern积分法求解不同升温速率下的动力学参数。结果表明,小桐子壳的热解过程分为干燥(30~100℃)、预热解(100~258℃)、热解(258~420℃)和炭化(420~900℃)四个阶段。随升温速率升高,小桐子壳的最大质量损失率依次增加,升温速率的升高对小桐子壳热分解速率具有促进作用。随热解温度升高,吸收峰处存在明显的强度变化,CO2、醛酮类等化合物的吸收峰强度逐渐降低甚至消失;小桐子壳热解过程中的气体产物成分主要为CO, CO2, H2O等,主要挥发性有机产物为苯酚、羰基化合物、愈创木酚类等,热解温度由400℃升至700℃时,酚类化合物的峰面积比例从35.94%升至59.59%、羰基化合物的峰面积比例从36.90%降到11.87%。小桐子壳热解动力学参数n=1时,其反应表观活化能最大为61.34 kJ/mol,且三个升温速率的拟合相关系数均在98%以上。小桐子壳热解动力学参数n≠1时,选取相关系数最大时的n值为反应级数,则n=0.2,反应活化能E为47.64 kJ/mol,指数前因子A为0.83。随升温速率的升高表观活化能依次递减,且拟合相关系数均在97%以上。     

褐煤热解过程中汞的迁移规律研究

汞是煤中普遍存在的一种痕量元素,煤燃烧过程中痕量元素的排放不仅与元素的性质、含量有关,而且与煤中痕量元素的赋存形态有关。基于固定床热解反应系统,研究了神华褐煤热解过程中汞的迁移规律。结果表明,汞的迁移率随热解终温的升高而急剧上升,当热解终温在350℃以上时,热解终温再升高,汞的迁移率的升高幅度变缓,当热解终温达到500℃时,汞的迁移率已达95%左右。原煤和热解半焦的逐级化学提取实验表明,经热解后,煤中可交换态、硫化物结合态和有机物结合态的汞含量大大降低,且在400℃以前已基本释放。     

A model of devolatilization behavior in lignite pyrolysis with solid heat carriers

To elucidate the influence of the process conditions on pyrolytic products, the interactions between transport phenomena and pyrolysis kinetics are quantitatively analyzed at the level of a single coal particle. A comprehensive mathematical model is formulated to predict intraparticle multiphysics and devolatilization behaviors; the model contains two correlative one-dimensional unsteady heat conservation equations and ternary mass conservation equations in conjunction with the simplified dusty-gas model. Moreover, a multistep kinetic model of coal devolatilization is adopted to predict the generating rates of the lumped pyrolytic products. Validation of the model against experimental and literature data showed that can predict the transient temperature profiles of a coal particle and the yields of volatiles. Finally, the effects of the main process conditions on the intra- and extra-temperature history of lignite during pyrolysis with solid heat carriers are analyzed. The interactions between physical transport and the pyrolysis reaction are also examined.