生物质半焦CO2气化反应活性的实验研究

采用热分析技术中进行了麦秆半焦的CO2气化反应性试验,考察了不同的热解及气化条件对生物质半焦气化特性的影响.结果表明：生物质裂解时升温速率、保温时间、温度以及半焦气化温度对半焦反应活性均有影响.当升温速率为15 ℃/min时,半焦的反应活性最好;随着生物质裂解温度的增大和保温时间的增加,所制备的半焦反应活性主要呈降低的趋势.随着气化温度的提高,气化反应活性增加.生物质半焦的结构有序性和碳微晶尺寸,以及炭的沉积化或乱层化是影响生物质半焦反应性的主要原因.     

活化半焦对胜利褐煤热解挥发分氮的催化重整

为减少褐煤热解过程中有害氮产物(包括HCN、NH_3和焦油-N)的释放,以生物质、褐煤、烟煤和无烟煤为原料制备的半焦以及负载质量分数7%、10%、13%和15%Ca~(2+)的烟煤半焦作为催化剂,在两段流化床石英反应器中进行胜利褐煤热解挥发分氮的催化重整研究。结果表明:半焦有助于促进焦油和HCN的二次反应,降低焦油-N和HCN的产率,增加N_2的产率。半焦中Ca~(2+)的加入,有利于释放半焦催化剂中的H自由基,从而进一步催化焦油-N的裂解。半焦催化剂中烟煤半焦的催化效果最好,较佳的Ca~(2+)负载量为13%。影响半焦催化重整活性的主要因素有半焦比表面积、表面含氧官能团、碱金属和氢自由基。     

烟杆与配煤混燃特性及协同作用研究

利用综合热分析仪在空气气氛下对富源烟煤、小龙潭褐煤、宜良烟杆(生物质)以及3种燃料以不同比例混合后的燃料进行TG/DTG分析,结果表明:掺混烟杆生物质燃料可大幅提升单种煤粉的着火性能,使得着火温度及最大失重速率温度向低温区移动,且在掺混比例大于30%影响最明显;并发现烟杆与配煤燃烧时在不同温度区间有不同的相互作用,随着生物质掺混比例的增加,挥发分析出阶段的抑制作用越强。通过Origin分析软件,拟合相互作用率曲线并积分,可以量化烟杆与配煤混燃过程的协同作用。     

基于低温热解技术的煤泥制备半焦试验研究

为了进一步了解煤泥低温热解过程,考察热解温度和热解时间对煤泥半焦性质的影响,通过研究煤泥的低温热解特性,揭示其低温热解规律,并确定制备半焦的最优工艺条件。试验结果表明:煤泥的低温热解温度在380~600℃之间,热解温度在450℃左右时热解速率最大;随着热解温度和热解时间的增加,半焦的产率和挥发分逐渐降低,而其灰分和固定碳不断增加;随着热解温度的增加,半焦中的C含量呈先降低后增加的趋势,随着热解时间的增加,其含量逐渐增大;随着热解程度的增加,其中的N、H、O等元素含量逐渐降低,回吸水含量不断增加。在热解温度为450℃、热解时间为30 min的条件下,煤泥低温热解效果最好,半焦产率为85.54%、灰分为29.3%、挥发分为16.29%、固定碳为53.89%、回吸水含量为1.67%;与原煤性质相比,其水分下降27.07个百分点,这对提高其发热量十分有利。     

小龙潭褐煤的热解特性研究

采用热重分析法,详细探究了小龙潭褐煤在不同条件下的热解特性,考察了热解温度、热解气氛和升温速率对褐煤热解过程的影响。实验结果表明:随热解温度的升高,热解产生的气体和焦油等挥发性组分产量不断增加,相应的半焦收率不断减小;当热解温度低于700℃时,褐煤在N_2和CO_2气氛下的热解特征一致,高于700℃时CO_2气氛下的失重速率明显加剧,焦收率明显偏低,主要由于碳与CO_2发生了气化反应;相比热解温度和热解气氛,升温速率对褐煤热解特征的影响较为有限。     

烟煤温和热解时煤挥发性对汞脱除率影响

选用主要用于发电的两种高挥发分和一种低挥发分烟煤（分别为Lower Freeport #6A、Pittsburgh #8及Lower Kittanning煤，以下分别称1号、2号及3号煤）进行试验，来确定其在温和热解过程中汞的脱除率。试验在管式炉内进行，煤样经筛分和分析化验后，在氮气氛下，于275-600℃的不同处理温度和停留时间下进行温和热解试验。对产生的半焦进行汞含量分析，并和原料煤的汞含量进行比较，来确定汞的脱除率。试验表明，在本研究条件下，所用3种煤的汞脱除率高达80%；开始，汞脱除率为热解温度和停留时间的函数；在温度升高到某值前，高挥发分烟煤汞的脱除率随温度升而近似为常数；当温度再升高，脱除率则随温度的升高而近似为常数；当温度再升高，脱除率则随温度的升高而下降。而对低挥发分烟煤，随热解温度升高，汞胶除率并未发生变化，并在整个试验温度范围内遵循阿累尼乌斯方程。对试验结果按均匀反应进行模拟，并在均匀反应中对于一定的热解温度，在最大碳转化率（Xmax）下得到不同的最大脱除率。数据分析表明，低挥发分的3号煤样在500℃下热解，最大脱除率达75%，相应的反应速率常数为1.56min^-1；1号煤样在500℃下热解，最大脱除率达74%，相应的反应速率常数为0.42min^-1；2号煤样在400℃下热解，最大脱除率可达80%，相应的反应速率常数为0.44min^-1。     

生物质的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法（TGA）对几种常见天然生物质（稻秆、麦秆、玉米秆）和其衍生物木质素、造纸废液颗粒等的热解过程及其动力学规律进行了研究.实验中加热速率分别为10，20，30 ℃/min，终温为850 ℃.热解在氮气气氛下进行，并用高纯氮气作为保护气体.实验结果表明：天然生物质的非等温热解只有1个剧烈失重阶段，而木质素和造纸废液颗粒存在2个剧烈失重阶段.生物质比煤的热解起始温度低，热解速度快.随升温速率的提高，生物质的最大热解速度提高，对应的峰值温度升高，最终失重率呈下降趋势.生物质的热解机理满足三维扩散Jander方程，即f(α)=32(1-α)2/3［1-(1-α)1/3］-1，且随着升温速率的提高，其活化能增大.     

煤矿运输胶带热解动力学参数研究

为构建矿井胶带火灾早期预警体系，防控巷道外因火灾事故，利用热重—傅里叶红外光谱联用实验，结合热解动力学，研究5、10、15、20 K/min 4种升温速率下胶带的热解历程。结果表明：不同升温速率下的热重(TG/DTG)曲线、气体产物等具有相似规律和趋势，随升温速率增加各参量特征值向高温方向滞后；胶带热解经历2个明显失重阶段，第一失重阶段发生交联缩聚热解反应，活化能E在105～107 kJ/mol,指前因子为15.92 min^-1,第二失重阶段发生脱链解聚热解吸热反应和挥发分氧化放热反应，活化能E在130～220 kJ/mol,指前因子为37.13 min^-1,高于第一失重阶段，两阶段热解过程可用Avrami-Erofeev方程表征。     

生物质与重油共热解特性及气体逸出规律

生物质是一种丰富、清洁和可再生的有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。然而生物质热解油、气的热值低等问题抑制了其开发利用。生物质与重油共热处理改变了单一的生物质热解和重油加氢裂化加工模式,降低了重油加工的难度,一定程度上改善生物质热解油、气热值低等问题。采用热重-质谱联用技术对生物质(玉米杆)和重油(FCC油浆)的单独热解和不同掺混比例下混合样品共热解特性进行研究。通过将混合样品共热解的实验失重率与理论失重率进行比较,研究玉米杆与FCC油浆共热解的相互作用特性。结果表明,玉米杆与FCC油浆主反应温区较为接近,均在200～400℃发生明显失重,但二者发生的反应类型并不相同。玉米杆主要发生热裂解反应,伴随着大量H_2,CH_4,CO,CO_2,H_2O(g)等小分子的逸出。而FCC油浆更多是发生挥发或蒸馏反应,仅在温度高于400℃时发生热裂解缩聚成焦反应,并伴随着少量CH_4气体的逸出。玉米杆与FCC油浆共热解的实验曲线与理论曲线基本一致,并未有突变现象发生,但在热解主反应区(400℃)存在相互作用,且随玉米杆比例增加,相互作用增强,而在焦结构演变区,混合样品之间的相互作用较弱。结合在线质谱分析,共热解过程中气体逸出随玉米杆添加量的增加而规律性增加,说明生物质与FCC油浆共热解过程中相互作用所产生的改变较为温和。通过玉米杆灰与FCC油浆共热解实验验证发现,玉米杆灰具有促进FCC油浆热解的效果,而FCC油浆与脱灰玉米杆共热解则几乎没有相互作用。     

大庆油页岩的热解特性及试验研究

通过热重法,利用热重分析仪试验分析了大庆油页岩的热解失重过程,得到了TG曲线及DTG曲线。通过曲线分析得到其热解失重分为4个阶段,其中第3个阶段,即400℃~600℃为热解主要阶段。通过试验分析得出大庆油页岩随着升温速率的增加,其失重比例基本不变,但初始热解温度、峰值温度和最大热解速率都呈上升趋势,而失重率递减。由此看出提高升温速率可以有效提高热解速率。     

CeO_2对低阶煤热解产物分布的影响研究

用管式炉研究了稀土氧化物Ce O2与低阶煤机械混匀后的热解产物分布,考察了在低温热解条件下Ce O2对低阶煤热解产物分布的影响。结果表明:同一升温速率、不同终温下,Ce O2对热解产物焦油产率有催化作用;对于热解产物半焦及煤气无催化作用,热解终温是影响其产率分布的主要因素,但稀土Ce O2能使半焦形成更多的孔隙,使热解煤气提前释放出来。     

半焦摇床分选脱灰的影响因素

为了解决煤炭热解产物高效清洁利用的问题,应用6-S摇床对半焦进行脱灰试验,探究了摇床分选对半焦脱灰的影响因素,在试验过程中通过调节摇床床面倾角、冲程以及冲次,获得了不同参数下的半焦产率以及脱灰率。试验结果表明,摇床在分选细粒半焦时,床面的倾角处于5°~8°的范围为宜,同时,小冲程和大冲次能够保证较好的分选效果,增大冲程或者减小冲次都对分选不利。当倾角为8°、冲程为9 mm以及冲次为460次/min时,通过正交试验可以得到最优分选条件。     

神华煤液化残渣的热解特性研究

以N2为载气，流速为20 mL/min，升温速率分别为15,30,45和60 ℃/min，终温1 200 ℃ 的条件下，用TGA/SDTA851热失重分析仪进行了神华煤液化残渣的热解特性试验研究.实验得到了神华煤液化残渣热解的TG和DTG曲线，表明神华煤液化残渣的热解是分两步进行的.在低温段主要是神华煤液化残渣中挥发性的气体溢出引起热解失重；高温段则主要是一些高分子有机质的热解过程.低温段的热解是主要的，它基本上热解掉了神华煤液化残渣重量的30%~40%.神华煤液化残渣挥发分含量很高且具有集中析出的特性，在240~370 ℃区间内可挥发物质迅速热解完毕.其在高温段的热解产率很小，只有总重量的10%~13%.随着升温速率的增加，低温段和高温段热解的区分更加明显，且使神华煤液化残渣的热解产率提高.此外,还给出了不同升温速率下的神华煤液化残渣热解特性数据和化学反应动力学参数.     

延长烟煤与玉米秸秆共热解实验研究

为研究内在碱(土)金属对煤炭、生物质共热解过程的影响,对原料进行酸洗脱灰处理,探索内在碱（土）金属对共热解的影响作用机理。在热重分析仪中对玉米秸秆（CS）,延长烟煤(SM)单独以及两者混合共热解的热解特性进行研究。实验结果表明,两者在共热解过程中发生了协同作用。对玉米秸秆,延长烟煤进行酸洗脱灰分处理,考察两者内在碱（土）金属对混合共热解的影响。采用Coats-Redfern法对玉米秸秆,延长烟煤以及两者共热解过程的主要阶段用一级动力学反应过程进行描述,计算其动力学参数。对比酸洗玉米秸秆（DECS）与延长烟煤,酸洗延长烟煤(DESM)与玉米秸秆的共热解实验,酸洗后的共热解过程中,其活化能增加,指前因子下降,证明了生物质中的碱(土)金属对共热解过程起到了催化作用。     

基于SPSS的高挥发分烟煤煤质变化影响因素研究

选用干燥无灰基挥发分含量为28%~37%的高挥发分烟煤进行试验,将不同灰分的试验样品在自然条件下密封放置10~60 d,得到样品试验前后灰分、挥发分、发热量等煤质数据。使用统计产品与服务解决方案(SPSS)对数据进行统计分析。分析结果表明,灰分与挥发分、发热量呈现负相关,挥发分与发热量呈现正相关,表明灰分、挥发分、发热量三者之间存在相互关联变化;试验时间与挥发分、发热量等煤质参数变化不相关,在一定时间内,试验时间对高挥发分烟煤在自然条件下储存的煤质变化不产生影响;灰分与挥发分、发热量等变化显著负相关,表明灰分能够显著影响高挥发分烟煤煤质变化过程。     

内蒙古胜利褐煤制备半焦及燃烧性能研究

为了探索内蒙古胜利褐煤半焦的燃烧性能,基于对褐煤煤质分析,在不同热解温度下制备半焦;分析不同的热解温度对半焦性质的影响,并通过热重分析研究其燃烧失重特征。试验结果表明:热解温度对半焦产率有很大影响,随着热解温度的升高,半焦产率下降;在燃烧温度为400~600℃时,半焦燃烧反应非常剧烈,随着燃烧温度的升高,半焦燃烧失重量减小。在试验温度范围内,热解温度为500℃时制备的半焦燃烧性能最好。     

升温速率对煤热解特性的影响

利用热重分析仪对煤样分解特性进行了研究,探讨了升温速率对煤热解失重过程的影响,得出煤的热解过程可以分为3个阶段,本次试验褐煤的热解温度主要在300℃～500℃.升温速率对热解参数均有一定的影响.     

纤维素与褐煤共热解协同规律

生物质是一种清洁的可再生有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。目前生物质与低阶煤的共热解研究受到国内外学者的广泛关注,为解析生物质组分与褐煤共热解过程的协同作用规律,以生物质主要组成纤维素和蒙东褐煤为研究对象,以热重红外联用仪(TG-FTIR)为实验手段,进行纤维素和褐煤的单独热解和不同掺混比例下混合样品的热解动力学特性(加热速率为10、25和50℃/min)及气体析出规律研究。结果表明：纤维素组分可提高纤维素-褐煤混合物的热解活性,使混合物共热解过程中热解失重峰速率高于理论热解失重峰速率;同时,分布活化能模型(DAEM)可较好的应用于纤维素-褐煤混合物活化能的计算,且纤维素的加入可降低共热解过程中纤维素-褐煤混合物的反应能垒,使混合物在不同质量转化率下的表观活化能低于理论活化能。此外,共热解过程中小分子气体(CH₄、CO₂和CO)的析出峰值温度(400～420℃)与纤维素的气体析出温度相一致,且气体析出量高于理论值。随着混合物中纤维素比例的增加,气体实际析出量与理论计算量之间的差值呈现出先增加后降低的变化趋势,且当纤维...     

典型农林类生物质热解油裂解反应特性对比及其动力学研究

为提高生物质热解油的利用效率,探究生物质热解油在提质转化过程中的热解特性,进一步拓宽生物质热解油的利用途径,选取2种木质纤维素类生物质热解油作为研究对象,采用热重分析仪分别考察2种生物油的热解行为。选用Friedman法、FWO法2种等转化率方法求取生物质热解油整体热解反应的动力学参数,选用分布活化能模型(DAEM)法将生物质热解油热解过程分为轻质组分和重质组分2种虚拟组分热解过程,并求取2种虚拟组分热解的动力学参数。2种生物油的轻重组分含量差异导致2者的热解行为表现出不同特征,木屑热解生物油的最大质量变化速率对应温度和热失重反应结束温度均高于稻壳热解生物油。Friedman法计算所得2种生物油的活化能分别为89.92、145.98 kJ/mol,FWO法计算所得2种生物油的活化能分别为90.30、138.44 kJ/mol,2种方法计算结果具有较好的一致性;木屑热解生物油的平均活化能(142.21 kJ/mol)高于稻壳热解生物油(90.11 kJ/mol)。进一步采用DAEM方法将2种生物油热解过程分别分为轻质组分热解和重质组分热解,两组分DAEM方法动力学计算结果表明稻壳热解生物...     

基于温和热解的低阶煤热解半焦成浆性能研究

为研究半焦成浆性能的影响因素,模拟工业生产中煤炭热解外热式直立炭化炉,组装煤炭低温热解实验装置对低阶煤进行热解。用煤的成浆实验法研究温和热解条件(400~800℃)下低阶煤热解半焦的成浆性能及其影响因素,并用Origin软件建立低阶煤热解半焦成浆性能数学模型。结果表明:热解条件对不同煤种热解半焦的成浆性能的影响存在差异。半焦的空气干燥基水分Mad,sc与其成浆性能呈明显的负相关关系,是影响半焦成浆性能的关键因素;半焦挥发分、C/H与其成浆性能总体上呈负相关关系,是影响半焦成浆性能的次要因素。拟合得到低阶煤热解半焦成浆性能的数学模型,其复相关系数R=0.905 7。通过云南褐煤、甘肃长焰煤、新疆褐煤热解半焦成浆性能试验,验证了上述低阶煤热解半焦成浆性能数学模型的正确性。