基于原位开采工艺的油页岩热解特性研究

基于煤炭地下气化原位开采油页岩的工艺特征,采用热重分析仪对桦甸油页岩进行了热解特性的实验研究,研究了桦甸油页岩有机质大幅热解的温度范围、热解产物及不同升温速率对热解特性的影响,分析了热解特性对原位开采油页岩工艺的指导作用。研究结果表明:桦甸油页岩热解失重可以分为3个阶段,其中第2阶段(300℃～550℃)为有机质热解的集中阶段,析出物主要为CO、CO2、CH4同系物及不饱和烃类等油气;随着升温速率的提高,最大失重速率升高,失重峰值温度后移,有机质初始及终止热解温度呈现出规律性,升温速率从5℃/min提高到20℃/min,最大失重速率提高近5倍,失重峰值温度提高28℃,但第2阶段的失重比例受升温速率影响不大。     

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.     

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。     

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.     

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。     

煤直接液化残渣与褐煤共热解动力学研究

为了解决煤炭液化残渣在热解过程中软化熔融并剧烈膨胀导致难以利用的问题,在温度范围为30 ～900℃,升温速率分别为10、20、30、40℃/min的情况下,借助热重分析仪对煤直接液化残渣与褐煤进行程序升温共热解试验,采用Doyle法分析共热解动力学,将动力学结果与共热解协同作用进行关联.结果表明:共热解过程可用3个串联的一级反应描述,温度区间分别为200 ～310、310～470、470～900℃,其中310 ～470℃对应共热解反应的活泼分解阶段,反应活化能(40 ～ 50 kJ/mol)远大于低、高温反应活化能(10 ～20 kJ/mol).液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,增大了热解失重率,使共热解反应在300 ～550℃表现出正协同作用.     

碱金属对煤燃烧特性的影响及动力学分析

采用热重法研究了碱金属盐（K2CO3、NaCl）对煤粉燃烧特性的影响。升温速率为20 ℃/min,20%（体积比）的氧气（99999%）和氮气（99999%）混合气体作为气氛气体，气体流量为80 mL/min。实验结果表明：K2CO3、NaCl能够改善煤粉的燃烧性能，当K2CO3、NaCl负载量（煤）在低于52049 7 mg/g和8969 4 mg/g时，随着负载量的增加着火温度降低，与原煤相比最多降低60 ℃和32 ℃。K对挥发分的析出、着火以及固定碳的燃烧都具有催化作用，Na主要催化固定碳的燃烧。Na、K均可降低煤样高温燃烧区的表观活化能，提高燃烧反应速度。     

晋城无烟煤与杨树木屑共热解特性研究

以晋城无烟煤和杨树木屑为实验原料,在热重分析仪中进行热解试验,探究了3种升温速率下,晋城无烟煤脱灰处理及生物质掺混比对热解过程的影响。试验结果表明,在3种升温速率条件下,原料单独热解失重变化曲线具有相同的变化趋势。在相同的升温速率条件下,脱灰后晋城无烟煤热解开始温度较低,表明煤中矿物质对晋城无烟煤脱挥发分过程有一定影响。脱灰和未脱灰的晋城无烟煤分别与生物质掺混,随着木屑掺混比的提高,脱挥发分阶段失重率相应提高,热解生成的半焦含量降低。试验结果表明,无烟煤和杨树木屑混合半焦共热解过程中的协同作用不明显。     

高温下快速和慢速热解神府煤焦的理化性质

对慢速制焦温度为950～1 400 ℃和快速制焦温度为950～1 500 ℃的条件下所得神府煤焦的理化性质进行了研究，主要考察了制焦温度和快速、慢速2种热解速率对煤焦的元素组成、比表面积、石墨化程度和矿物质的影响.结果显示：慢速热解焦和快速热解焦表现出不同的物理和化学性质，二者的C和H含量明显不同；随热解温度的增加，慢速热解焦的比表面积减少，而快速热解焦的比表面积增大；慢速热解煤焦比快速热解煤焦的石墨化程度大；前者的矿物质在热解温度高于1 100 ℃时，发生熔融并团聚成更大的球形颗粒，而后者的矿物质在热解温度高于1 300 ℃时，熔融成小球，稍有团聚的趋势，但没有团聚成更大的球形颗粒.     

昭通褐煤热解特性的研究

针对昭通褐煤进行热解实验研究,得到了升温速率和热解温度对褐煤热解煤气成分、煤气热值和产气率的影响规律。结果表明:随着热解温度的升高,煤气中的CO2含量明显减少,H2和CO的含量逐渐增多,CH4的含量先增加后减少,煤气热值和煤气产率提高;同热解温度下,随着升温速率提高,煤气中的CO2含量逐渐减少,CO含量逐渐增多,CH4含量逐渐减少,对H2含量的影响不大,热解煤气热值和产量均有所增多,增加幅度都是由大变小。实验阶段获得的最高热值工艺条件为:热解温度是650℃,升温速率是15℃/min,煤气低热值为9.27 MJ/m3。     

煤自燃模型化合物苯甲醚和苯甲醇的低温氧化

根据煤自燃理论及煤分子化学结构，选用苯甲醚和苯甲醇为煤自燃模型化合物，分别研究其中的甲氧基和羟甲基在20~130 ℃的氧化反应。程序升温测试其不同温度下的氧化产物，通过色谱分析对不同温度下模型化合物的氧化特性进行研究。结果表明，苯甲醚及苯甲醇低温氧化均产生一氧化碳、二氧化碳、苯和苯酚。在50 ℃之前，苯甲醚中的甲氧基氧化活性较弱，之后随着温度的升高而不断增加，但增加的幅度较为缓慢；苯甲醇中的羟甲基在70 ℃之前氧化活性较弱，当反应温度上升到70 ℃时，其氧化活性迅速增强；尤其是当温度达到120 ℃时，苯甲醇中的活性基团的氧化活性急剧增强。     

生物质燃烧模式及燃烧特性的研究

采用TG-DTG-DTA（热重－微分热重－差热）热分析联用技术研究了两种生物质的燃烧模式和燃烧特性.考察了着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数；计算了综合燃烧指数和燃烧动力学参数.结果表明，两种生物质在燃烧模式上存在差别，生物质的着火温度在280 ℃左右，燃尽温度在500 ℃左右，生物质的综合燃烧特性指数明显高于煤的综合燃烧指数，生物质的燃烧过程可以用一级动力学方程描述.     

无烟煤快速全水分测定方法探究

研究了无烟煤全水分快速测定的方法。通过使用红外水分分析仪标准法与GB/T 211—2007煤中全水分的测定方法进行对比实验，分析结果在国标要求的重复性限之内。并在仪器的使用基础上修改红外水分分析仪的加热温度和加热时间，设定了7种不同的试验条件，加热时间从70~10 min，温度为115~145 ℃，加热时间每减少10 min，温度可以提高5 ℃。分别为70 min/115 ℃、60 min/120 ℃、50 min/125 ℃、40 min/130 ℃、30 min/135 ℃、20 min/140 ℃、10 min/145 ℃。实验表明，温度在135 ℃，加热30 min的条件下，分析实验数据和GB/T211—2007煤中全水分的测定方法B₂的分析实验数据无显著性差异，达到了快速、准确的目的。经过验证该条件下分析数据稳定性与可重复性较好，可应用于无烟煤的测定。     

不同温度下岩石电荷感应试验

利用建立的温度对岩体电荷感应影响试验系统，研究了不同温度下花岗岩、砂岩电荷感应变化特征和规律。从试验中观察到，花岗岩、砂岩温度达到30 ℃左右，开始有微弱电荷感应信号产生。随温度升高，电荷感应信号逐渐增强，花岗岩温度达到100 ℃，砂岩温度达到150 ℃后，电荷感应信号随温度的升高增幅较快。结果表明：随温度变化，岩体存在热电荷阈值。通过岩石电荷感应的研究，对进一步深入研究煤岩破裂电荷的产生机理具有一定的作用。     

某矿山硫化矿堆自燃过程温度场时效分析

针对某铜矿山硫化矿石的堆放，解决其硫化矿堆自燃的安全问题。考虑堆积体内部硫化矿石自身的氧化生成热、绝热温升2种升温模式，利用ANSYS建立矿山常用的靠侧壁三角形和平坦地基上梯形2种堆积体的温度场模型，研究2种堆积方式同体积下硫化矿石堆内部温度场及自燃区域随时间的变化规律。通过计算模拟，获得堆积体内部不同时刻温度场分布图、自燃区域分布图。研究结果表明采取防治措施应在日升温为6 ℃以前的阶段；相同体积下表面积更大的矿堆形状，内部升温速度更慢、自燃时间更短。根据研究结果推荐采用梯形堆放方式，以及相关防治措施。     

麦秆和煤热解过程中N-S-Cl的释放特性

利用TG-MS联用技术研究麦秆和烟煤在线性升温热解过程中含N，S和Cl的气相产物的析出过程，得出麦秆和煤热解过程中N-S-Cl组分的释放规律，并对不同温度下的残余焦样进行XRD分析，以验证气相组分的析出规律。试验结果表明：麦秆和煤中含N组分、含S组分和含Cl组分分别从200 ℃和350 ℃以上开始析出，分别在350，475 ℃析出速率最大。麦秆和煤热解过程中的含N组分主要是NH3和HNCO，麦秆释放的含N产物中的NH3量最大，其次为HNCO；麦秆热解过程中含S组分仅检测到微量的COS，而烟煤热解则仅检测到H2S和SO2，其中H2S的生成温度为500~600 ℃，SO2的释放则分为3个阶段(300~500，500~600，1 200~1 450 ℃)。麦秆和煤热解过程中的主要含Cl组分为HCl和微量的Cl2，同时在800 ℃以上时麦秆中的KCl全部析出。     

热载荷约束下含单腐蚀西气东输管道受力分析

天然气的常规输送方式往往为管道输送，作为一种清洁能源被广泛使用，在西气东输工程中大量采用了高强度高钢级的管道以满足输气量。为了抑制天然气水合物的生成，在输气途中会设置加热站来提高天然气的温度，在内压和热应力的共同作用下会使得管道更加容易失效，尤其是当管道存在腐蚀的条件下。因此建立了含腐蚀的西气东输管道模型，在不同输气温度条件下运用ANSYS软件对2种腐蚀形式、不同的腐蚀深度进行了热固耦合有限元分析。结果表明，在常温下，矩形腐蚀和圆形腐蚀的腐蚀深度允许量均接近管道壁厚的一半；当天然气温度加热到30 ℃后，二者允许的腐蚀深度在管道壁厚的0.2~0.3倍，若温度达到40 ℃甚至更高，则允许的腐蚀深度仅为管道壁厚的0.1倍。因此在西气东输工程中，对于单腐蚀而言，应合适控制输气温度在30 ℃以内，既能有效抑制水合物的生成，同时能延长管道的使用寿命。     

天然气/液化气先进再燃脱硝特性研究

利用自行研制的可燃气体再燃脱硝实验台，在先进再燃脱硝的典型影响因素条件下比较了两种再燃燃料的脱硝特性.实验燃料先进再燃脱硝时均存在最佳过量空气系数、最佳NH₃/NO摩尔比；1 050,1 150 ℃时脱硝效率随再燃气/NO摩尔比增加而提高，而1 200 ℃时脱硝效率随天然气/NO比增加先升高后降低，实验最佳天然气/NO比为3.63；天然气/液化气先进再燃时再燃区最佳温度分别为1 250 ℃与1 050 ℃，再燃区温度高于1 150 ℃时选择天然气为再燃燃料，反之选择液化气；从停留时间上考虑应优先选择天然气作为再燃燃料.     

冻土正融过程CT扫描试验及图像分析

为了探索冻土正融过程中CT图像灰度值随时间变化的特点。将-27 ℃的冻土试样放置在20 ℃的室温环境中依靠与空气自然对流加热融化，同时连续地进行CT扫描，得到各时刻的CT灰度图像，并记录温度-时间变化曲线。通过对试样各个时刻CT图像平均灰度值的统计，得到CT图像的时间-灰度变化曲线，并与试样的时间-温度变化曲线进行对比。结果表明：在冻土温度上升和融化过程中灰度均值随时间呈明显上升趋势。在冻土完全融化后，虽然温度继续上升，但灰度均值基本不发生变化。因此，在冻土融化完成时刻，在时间-灰度图像上出现一个明显的折点，该折点可以视为冻土融化完成的标志。