煤在H2/Ar等离子体热解过程中脱氮脱硫的研究

对几种中国煤在H₂/Ar等离子体热解过程中的脱氮脱硫进行了实验研究，结果表明:煤中氮在H₂/Ar等离子体热解过程中主要以HCN形式存在，也有少量氮转化为NH₃，脱氮率最高达50%；HCN的产率随煤种和输煤速率的变化而变化，NH₃的产率随输煤速率的增大变化不大，与煤种没有一定的对应关系；HCN的产率大于煤常规加氢热解，而NH₃产率(<1.5%)则相反；煤中氧含量较高时，HCN和NH₃的产率较低；煤中硫转化生成的H₂S产率随输煤速率的变化而变化，脱硫率最高达60%左右，煤等离子体热解反应后得到的焦样n(N)/n(C)和n(S)/n(C)都小于原煤.      

煤的模型化合物混合燃料气流床气化过程中NH3的生成率

将煤的含氮模型化合物吡啶配入柴油中模拟煤中氮的存在形式,考察了该混合燃料在四喷嘴对置式气化炉实验装置中,不同氧碳比对气化室出口NH₃生成率的影响.结果表明,在氧碳比1.05～1.97 m³/kg范围内,NH₃生成率存在最大值;当燃料中N含量过高时,NH₃生成率较低;碳转化率和气化炉型也是影响NH₃生成率的重要因素.     

干煤粉气流床气化炉氮污染物生成模拟

将煤粉折算后，应用Kintecus软件对煤粉气流床反应过程进行了模拟，考察了输送气体、氧煤比和汽煤比对煤粉气流床气化炉含氮物生成及转化的影响。结果显示，以N₂作为输送介质会影响含氮污染物的生成量，但煤中的N仍是氮污染物的主要来源。氧气量的增加会使大量的HCN及少量的N2被消耗并使NO的生成量增加，而部分氮氢基(NH_i)也会被氧化。当汽煤比较低时，水蒸气在高温及氧的作用下会生成大量的OH基，此基团会氧化HCN、NH_i和N₂而使其生成量减少；当汽煤比较高时，温度的降低及OH基的减少使较少的HCN和NH_i被氧化和分解，同时更多的H₂与N₂反应而生成NH_i。     

CH4气氛在煤中低温热解阶段对焦油产率和品质的影响

富氢气体可调控煤热解产物组成,深入认识这一过程中产物的调控机制可有效促进工艺的优化及其产业化。笔者以淖毛湖固定床反应装置在N₂,H₂和CH₄气氛下,不同温度条件进行煤热解实验,通过对比煤热解反应气氛和温度对焦油产率、焦油的馏分分布和焦油的组成的影响,充分认识CH₄气氛对煤中低温热解阶段(400~700℃)焦油产物的影响。结果表明:当煤热解温度高于600℃时,CH₄气氛可提高煤热解的焦油产率。在600℃时,CH₄气氛下焦油产率略高于N2气氛下的焦油产率。在650℃时,CH₄气氛下焦油产率明显高于N2气氛下的焦油产率,低于H2气氛下的焦油产率。模拟蒸馏结果表明煤热解过程中,轻油和萘油的生成集中在450℃以下,洗油和沥青的生成集中在600℃以下,酚油和蒽油的生成分别集中在500和550℃以下。当温度高于600℃时,CH₄气氛有利于蒽油的生成;当温度高于650℃时,CH₄气氛有利于焦油中各个馏分的生成,其中轻油和酚油馏分的提高最为显著,轻油的含量高于H2气氛下轻油的含量,而酚油的含量与H2气氛下酚油的含量基本相同。GC/MS结果表明煤热解过程中,脂肪烃、烯烃、脂类和醇类化合物的生成主要集中在450℃以下,芳烃和酚类化合物的生成主要集中在600℃以下。当温度高于600℃时,CH₄气氛有利于酚类和醇类化合物生成;当温度高于650℃时,CH₄气氛有利于脂肪烃、芳烃、烯烃、酯类和醇类化合物的生成,其中酚类化合物的含量提高最为显著,但稍低于H₂气氛下酚类化合物的含量。当温度高于600℃时,CH₄可以为煤热解自由基提供氢和CHx自由基,参与到煤热解自由基的稳定和初级挥发分的二次反应。     

不同煤化程度煤的热解及氮的释放行为

采用热重-红外-质谱联用技术（TG-IR-MS）,对4种不同煤化程度的煤进行热解实验,实时记录了煤在30~1 100 ℃,以10 ℃/min升温速率、氦气气氛下热解过程中的质量变化和生成气体成分。研究结果表明：随着热解温度的升高,煤中逐渐释放出氮化物,如HCN,NH3等。不同煤化程度的煤具有不同的N释放行为。气煤、焦煤、1/3焦煤等主要以NH3与HCN两种形式释放,无烟煤热解时主要是以NH3形式释放。煤热解释放的HCN和NH3来源于不同的氮。 HCN可能主要来源于煤分子边缘的五元环吡咯氮和六元环吡啶氮,而NH3主要来源于煤分子内部的季氮。NH3的释放经历了2个阶段:低温（550 ℃）阶段为煤中挥发分的初级热解产物;高温（750~850 ℃）阶段为煤中挥发分的二次热解产物。     

Na2SiO3强化煤和蒙脱石浮选分离的作用机理研究

针对煤泥浮选过程中蒙脱石等黏土矿物难以与煤分离的难题，采用溶液化学计算、Zeta电位测试和吸附量测定等方法，结合煤和蒙脱石浮选分离实验结果，研究了Na₂SiO₃强化煤和蒙脱石浮选分离的作用机理。结果表明：采用Na₂SiO₃作抑制剂进行人工混合煤泥浮选实验，矿浆pH<6时，Na₂SiO₃水解产物以Si(OH)₄为主，此时对蒙脱石的选择性抑制效果更强，精煤灰分显著降低、精煤产率变化不大；矿浆pH>6时，Na₂SiO₃水解产物以SiO(OH)^-₃和SiO₂(OH)₂^2-为主，此时对煤和蒙脱石的抑制选择性变差，精煤灰分降低的同时、精煤产率也有所降低。同时，矿浆中添加抑制剂Na₂SiO₃后，煤和蒙脱石表面电位均发生负移且负电位均增大，导致...     

冲击地压条件下低变质煤自燃特性研究

利用程序升温试验装置,以宽沟煤矿I010206综放工作面B₂煤层为研究对象,在单轴加压7.5 MPa条件下开展不同粒径煤样的程序升温实验,分析B₂煤在不同粒径条件下在升温氧化过程中CO,CH₄,C₂H₆,C₂H₄等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速率、气体产生速率。研究结果表明：超过临界温度后,随煤温升高,产生的标志气体浓度由缓慢增长变为急剧增长,且随煤样粒径减小,其增长速率逐渐增大,耗氧速率和气体产生速率也逐渐增大,自燃氧化临界温度70℃,干裂温度为110℃。     

氨煤混燃过程中NH/煤焦/O2异相体系N氧化的分子机理

为了实现双碳目标，降低煤电碳排放势在必行。无碳燃料氨与煤混烧被认为是降低火电碳排放的有效途径之一。而氨作为N源，增加了氨煤混燃NO_x排放量升高的可能性，因此，深入研究氨煤混燃NO生成机理对实现氨煤混燃低碳低氮燃烧十分关键。采用量子化学方法探究了当NH₃以NH形式存在时氨煤混燃N的氧化机理，并采用波函数分析NH和O₂在煤表面的吸附行为。计算结果表明，NH在C5表面吸附形成中间体IM1的过程为放热过程，放热量高达754.79 kJ/mol,且C原子为电子供体而失电子，NH为电子受体而得电子，促进C—N键键合。进一步探究O₂以不同方式吸附时NH/煤焦/O₂体系的反应机理，得出NH/煤焦/O₂共燃体系首先发生NH在煤焦表面的氧化，随后煤焦表面残余氧或体系中O₂将煤焦-N进一步氧化。NH/煤/O₂异相体系中NH通过不同反应路径生成氧化产物NO、NO₂和HNO,对应决速步能垒分别为120.67、323....     

添加物对宁夏煤热解气相产物生成的影响

以西部弱还原性宁夏煤为研究对象,酸洗脱灰并负载Na、Ca及Fe盐,对其进行了固定床热解过程中气相产物生成规律的研究。实验结果显示,原煤中的矿物质和Na、Ca、Fe添加物的存在均降低了煤的起始和最大分解温度,对煤的热解反应均表现出较好的促进作用;煤中原有的矿物质和添加物对煤热解气相产物形成的影响可以划分为200~550,550~750和750~1 000 ℃三个温度区间,在各温区中的影响显示出明显不同的作用。低温时促进了CH₄的生成,高温时抑制了H₂的生成;除载铁煤外,累积产率均表现为H₂的增大和CH₄的减少,这主要受中温段热解结果的影响;煤中矿物质及Ca在整个热解过程中均使CO和CO₂累积产率增大,Na和Fe在较低温度区间也表现出对CO和CO₂生成的促进作用,但温度较高时抑制作用明显。     

焦炉煤气中富甲烷气与二氧化碳催化转化制合成气

在固定床流动反应器中用一种工业Ni/Al₂O3催化剂考察了模拟无氢焦炉煤气中甲烷与二氧化碳转化反应的工艺条件,在反应温度为700~1 000 ℃,压力为0.1~0.6 MPa,CO₂/CH₄比例为1.0~2.5范围内,甲烷转化率随温度和CO₂/CH₄比例升高而增大,随压力增大而下降,理想空速为2 700 h^-1,理想CO₂/CH₄比例为2,甲烷转化率可达100 %.XRD分析表明,Ni/Al₂O₃催化剂在反应过程中有一定的积碳生成,但是容易再生.     

煤的快速热解影响氮氧化物前驱物的生成分析

选用2种中国煤样和2种澳大利亚煤样,研究其煤种、气体流速、温度等因素对煤热解产生氮氧化物的前驱物（氰化氢和氨）生成规律的影响.结果表明,煤的挥发分含量、热解温度是影响氰化氢和氨生成的重要因素,即使煤阶相同,南北半球的煤形成前驱物的趋势也不完全一致,煤热解温度越高,生成的氰化氢和氨越多,氰化氢和氨的生成量还决定于挥发分与煤焦在一定停留时间内的反应.     

烟煤挥发分和焦炭分解燃烧过程中NO释放特性

采用固定床反应器，将烟煤的燃烧分为焦炭燃烧和挥发分燃烧两部分，研究了各自燃烧过程中产生NO的规律，评价了焦炭N和挥发分N对煤粉燃烧产生NO的相对贡献.研究结果表明，煤粉N﹑焦炭N和挥发分N的转化率都随过量空气系数α和温度的增加而增加；由挥发分N转变成NO是烟煤燃烧过程的主要来源；烟煤NO的转化率都小于其分解燃烧时挥发分NO＋焦炭NO的总转化率；氧化性气氛越强，挥发分和焦炭在煤粉燃烧时的相互作用越强.     

煤自燃高温贫氧氧化燃烧特性参数的实验研究

针对现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,根据煤田火区高温、贫氧的燃烧特点,设计建造了XKGW-1型煤田火区燃烧特性参数测试实验装置。利用该实验装置模拟了煤田火区的燃烧过程,得到了煤样从常温到600 ℃高温过程中的宏观特性参数规律。实验结果表明,煤样可以在高温、贫氧浓度条件下,继续发生反应,放出大量的热量,维持火区的发展扩大。在火区发展演化的过程中,煤样的升温速率会因水分蒸发等原因出现减小的现象,但总体呈增大趋势;煤样的耗氧速度在50 ℃之前特别缓慢,之后迅速增大,氧浓度急剧减小,当煤温升高到约130 ℃左右,氧气浓度降低到3%以下,并持续缓慢降低;CO和CH4的产生量的变化规律相似,都随煤温的升高而升高,并且在110 ℃之前产生速率较慢,之后逐渐增大;CO2,C2H4,C2H6的产生量的变化规律相似,均随煤温的升高先增大后减小,但峰值点所对应的煤温有所不同。     

煤热解耦合焦油裂解对焦油品质的影响

在2个串联的固定床反应器内,研究了和什托洛盖煤热解挥发物的二次裂解行为,考察二段固定床内温度及载体对焦油裂解性能的影响。结果表明：当二段管温度从400 ℃升至600 ℃时,焦油产率从13.3%降至12.5%,H 2产率则由83.5 mL/g增加至111.8 mL/g;当温度低于500 ℃时,重质焦油产率无明显变化,但较单固定床明显降低,说明低温裂解可提高焦油品质;当温度≥550 ℃时,焦油裂解程度加剧,致使其重质组分产率较单固定床增加;当二段管温度为550 ℃时,与不添加催化剂相比,Ni/USY,Ni/HZSM-5(38）和Ni/HZSM-5(50)不同程度提高了焦油中轻质组分分率,其中Ni-USY的提质效果最明显,可使轻质焦油分率提高到71.9%,增幅达28.2%。     

水蒸气对O2/CO2气氛下煤焦燃烧特性的影响

在热重分析仪上进行O2/CO2/H2O气氛下淮北烟煤煤焦与内蒙古褐煤煤焦的燃烧实验,分析水蒸气浓度、氧气浓度等参数对煤焦燃烧特性的影响,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,在相同氧浓度下,水蒸气的存在使煤焦的DTG曲线峰值向低温区偏移,着火温度、燃烬温度降低。褐煤煤焦综合燃烧特性指数升高,但烟煤焦综合燃烧特性指数先降低后升高,这主要是由水蒸气的低摩尔比热容及水蒸气与煤焦的气化反应共同决定的。在相同水蒸气浓度下,烟煤焦与褐煤焦综合燃烧指数随氧浓度的升高而增大,着火温度、燃烬温度均降低,表明提高氧浓度可改善O2/CO2/H2O气氛下煤焦的燃烧特性。     

高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验

以北皂矿的褐煤、蔡园矿的气煤、西曲矿的焦煤和古汉山矿的无烟煤作为研究煤样,模拟深部煤层的实际温度、压力和水分含量条件,进行高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验.实验结果表明：褐煤的朗格缪尔体积(VL)随温度的升高而减小;焦煤的朗格缪尔体积随温度的升高而增大;气煤和无烟煤的朗格缪尔体积随温度的升高先增大,后减小。研究表明：煤层埋藏深度增加,温度增高,吸附量减小;温度增高,平衡水分含量降低;平衡水分含量降低,吸附量增大.高温高压平衡水条件下煤吸附CH4的实验结果表现的特性是由于压力、温度和水分对煤吸附的综合作用的结果.在开展深部煤层等温吸附实验研究时,应该选用与模拟深度相对应的温度下平衡水含量的煤样。     

不同干馏温度下高炉喷吹煤粉的反应性比较

采用热重法对几家钢厂煤粉在不同干馏温度下二氧化碳(CO2)气化反应性进行研究。实验结果表明:喷吹煤粉的碳转化率在相同反应温度下随干馏温度的升高而减小,最大气化反应速率随干馏温度的升高逐渐增大。动力学计算表明各钢厂喷吹煤粉的气化反应级数为2/3,活化能以及指前因子随干馏温度的升高而增大。