不同气氛下富油煤受热裂隙演化及热解动力学参数变化

富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤,开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验,利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌,在氩气气氛中,对富油煤在0～600℃下热重（TG）、微商热重（DTG）、差示扫描量热（DSC）进行测试,基于激光闪射法监测富油煤热导率变化,并分析了不同升温速率下活化能、频率因子等热解动力学参数的变化规律,探讨富油煤热处理后裂隙演化和热解动力学参数变化。研究结果表明：随着加热温度的升高,富油煤表面裂隙数目明显增多,逐渐贯通,且镜煤裂隙发育程度更高。相比N2气氛,同温度下欠氧气氛中煤样裂隙率更高。质量损失率变化趋势与裂隙率相似,由于欠氧环境中煤样发生氧化反应,导致其增速更快。N2气氛中富油煤质量损失率与裂隙率迅速提升的温度点明显滞后于欠氧气氛。室温至350℃范围内,由于热膨胀影响,富油煤热导率随着温度升高有所增加。根据热重分析,富油煤随温度变化可分为室温至300℃、300～500℃和500～600℃3个阶段,在阶段Ⅰ和Ⅱ分别由于吸附水析出和有机质的分解吸热,频率因子和活化能逐渐增大;在阶段Ⅲ由于无机矿物的分解放热,频率因子和活化能降低。...     

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.     

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。     

低温热提质褐煤的理化结构演化及燃烧特性

选取胜利褐煤在流化床台架上进行不同温度(200～500 ℃)和气氛(氮气、模拟烟气和有机气氛)的温和热解提质实验,采用热重分析仪研究提质煤的燃烧特性,分别使用傅里叶转换红外光谱（FTIR）和氮气等温吸附方法研究提质前、后煤的化学和物理结构的变化规律。结果表明：热解过程提高了褐煤的发热量,降低了水分和自燃倾向。模拟烟气增加了提质煤的热值损失率,而有机气氛降低了热值损失率。煤中的含氧官能团和脂肪烃结构随着热解温度的升高而逐渐分解,挥发分的析出和热变形导致了提质褐煤平均孔径的减小和比表面积的增大。500 ℃模拟烟气气氛下煤的理化结构变化最为显著。褐煤提质后物理化学结构的变化使得提质煤燃烧热稳定性增强,自燃倾向降低,而提质气氛对煤的燃烧特性影响较小。     

TG-FTIR分析煤在1000℃～1500℃的热解特性

基于热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了煤在N2气氛下终温1 500℃的热解特性。结果表明,煤主要有2个明显的失重阶段(400℃~600℃和1 000℃~1 500℃),在1 000℃~1 500℃温度段的失重率12.27%。结合红外图谱分析得,煤在1 000℃~1 500℃温度段主要有CO_2、CO和CH_4析出。利用Coats-Redfern方法求得煤主要热解阶段的动力学参数,结果表明,一级反应能较好地描述煤的热解过程,低温段的活化能(84.42 k J/mol)高于高温段的活化能(64.06 k J/mol)。     

烟煤与农业废弃物共热解特性研究

为研究烟煤与农业废弃物共热解特性,采用热重分析仪和固定床反应器对烟煤和玉米秸秆、玉米芯混合物进行共热解对比实验。结果表明:热解温度由200℃升高至400℃时,煤样失重率逐渐增大,TG曲线明显下降,外推起始失重温度409.59℃。共热解生成的气体中H2和CO2的产率明显高于ZC3原煤单独热解,少量玉米秸秆的加入促进了煤的热解。并且高于玉米秸秆单独热解时的加权理论值。煤与玉米芯混合物共热解过程中的协同效应使气体产率增大,焦油产率降低。     

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。     

富油煤的油气资源属性与绿色低碳开发

黄河中上游是国家大型煤炭基地集中分布区,也是我国富油煤的主要生产区。受我国"缺油、少气、相对富煤"资源禀赋特点的制约,煤炭安全绿色开采,清洁低碳利用已成为保障国家能源安全的重大需求。实现黄河流域富油煤开发与生态环境保护协调发展,对缓解我国油气供应紧张、保障能源战略安全具有重要的科学价值和现实意义。富油煤是集煤油气属性为一体的煤炭资源,其油气潜力、特殊性、关键地质问题亟需研究,绿色低碳化开发技术亟待探索。(1)富油煤主要赋存于中低阶煤类中,主要特点是富含较多富氢结构;在隔绝空气加热时,可生成油、气和半焦。半焦主要成分为固定碳,与无烟煤相近;气体的主要成分是CH_4,H_2,CO等,可以作为燃料气和原料气;油为煤焦油,类似于重质石油,可通过前处理、加氢精制和加氢催化裂化工艺等达到清洁燃料油标准;(2)富氢结构是富油煤具有油气资源属性的物质基础,研究富氢结构的岩石学、沉积学特征及变化规律,分析富氢结构物质来源、沉积转化、变质演化、聚集规律及地质驱动机制,是构建富油煤预测模式与评价理论的基础;(3)梯级利用和原位热解是富油煤绿色低碳开发的重要途径。富油煤地面热解-气化一体化、热解-化工-发电一体化技术可以实现清洁高效利用,井下原位热解有望破解清洁低碳利用的难题。其中,矿井式原位热解技术通过井巷工程布置方式,利用井下巷道开展煤层分割、保温封闭,通过煤层原位加热实现井下热解生产油气;钻孔式原位热解技术通过注热孔加热和油气抽采孔回收油气,也可借助人工辅助造缝,实现加热回收油气。将富油煤作为煤基油气资源管理和开发,是新时代煤炭工业高质量发展的重要方向。     

桦甸油页岩和废轮胎的共热解反应行为及协同效应

为了提高油页岩热解制油的效率和半焦的利用价值，将桦甸油页岩和废轮胎共热解，采用热重分析仪和铝甑反应器考察共热解的失重行为、产物产率和组成性质，基于实验值和计算值的差异分析协同效应。结果表明，共热解可以促进挥发分的释放，500 ℃时实际失重量比计算值高，当废轮胎占比为80 % 时二者差值为2.86 %; 共热解过程存在“增油减水”效应，废轮胎占比为50 % 时实际油产率为32.91 %，比计算值高约1.5 %，实际水产率比计算值低1.20 % ~1.77 %，同时使热解油中大于350 ℃的重质组分含量升高; 废轮胎热解的半焦发热量达30.43 MJ/kg，热解气中C₁—C₄烃类含量更高，使共热解半焦和热解气的热值高于油页岩热解。     

河南义马煤加氢热解的热重法研究

采用热重方法研究了义马煤在氮气中的热解和加氢热解的反应性。结果显示:义马煤有较好的热解反应活性,热解温度较低,是加氢解聚利用的较适宜煤种;义马煤加氢热解的失重率为55.20%,比氮气条件下增加了11.75%,显示加氢对提高煤热解转化率有明显的作用,提高的转化率主要源于煤的活泼热分解阶段;催化加氢能使整体的反应温度有较大程度的提前。     

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。     

不同镜惰比低阶煤的结构特征及其热解行为

热解是煤液化、气化等洁净煤技术的基础，尤其是对于低阶煤的利用上。为进一步研究低阶煤的热解特征，以一系列不同镜惰比赵家庄(ZJZ)、马蹄罕(MTH)、豆塔(DT)煤(V/I分别为0.1、0.76、1.76)为研究对象，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)技术分析样品的化学结构；通过热重-质谱(TG-MS)联用技术，检查了样品在30～900℃的热解过程及其气体逸出行为。结果表明：不同镜惰比低阶煤中的化学结构含量有较大差异，与富惰质组ZJZ煤相比，富镜质组煤有着相对丰富的脂肪族结构，长脂肪侧链，以及含氧官能团，尤其DT煤中含有丰富的C—O。相应的芳香结构含量随着镜惰比增加而减少。同时，随着煤中镜惰比增加，芳香层片间距d002、横向延展度与纵向堆砌高度之比(La/Lc)增大，芳香层堆砌高度Lc、芳香层尺寸La以及堆砌层数N减小。DT、MTH、ZJZ煤在热解中失重量依次为36.4%、32.2%、28.9%，随着镜惰比降低，最终热解气态产物产率以及最大热解速率相应降低。在热解过程中有H₂、H₂O、CH₄、CO、C...     

褐煤热重分析与恒温失重特性研究

热重分析法是研究褐煤脱水和热解机理的有效手段。通过热重分析仪研究了不同加温条件下褐煤的失重规律,得到了匀速加热和恒温状态下褐煤的失重曲线。结果表明:以10℃/min的加热速率对褐煤进行加热,褐煤的最大失重速率主要发生在100℃和500℃左右,分别对应褐煤的主要失水点和热解温度点,且褐煤的失水主要在30 min以内完成。在300~600℃,热解终温对褐煤的热解有着直接影响,同一温度下恒温有利于热解的继续进行,且随着温度的升高失重率越高。     

废轮胎热解制备煤泥浮选捕收剂的试验研究

采用正交试验设计方法研究了起始温度、保温时间、最终温度对废轮胎热解油产率的影响.方差分析表明起始温度、保温时间对热解油产率的影响不显著,热解最终温度对其影响显著,在起始温度为400℃,保温时间为30 min,最终温度为700℃时,油产率最高,达45.50%.傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析表明:热解油中富含芳烃、烯...     

煤液化残渣固体热载体法热解实验研究

对煤加氢液化残渣基本物性进行了考察,针对其加热易软化熔融、强黏结性等特性带来的进料困难、热解黏结以及粉尘与热解油气难以分离等问题,构建了集固体热载体快速热解和移动颗粒层除尘为一体的双循环反应系统,探讨了利用该系统连续热解残渣提油的可行性。结果表明,残渣可萃取物占残渣1/2以上,其含有的高分子量有机物使其具有强黏结性。通过配入一定比例惰性物料,可以有效地降低残渣的黏结性。采用螺旋进料器与文丘里进料器组合进料,并配合双层导管冷却的方式可以实现残渣连续顺畅地进料。固体热载体双循环反应系统残渣热解实验表明,采用石英砂掺混进料、流化床快速热解和移动颗粒层过滤除尘技术,可从残渣中高效提取清洁的热解油。热解温度为500 ℃,流化操作气速比U0/Umf为2.8,石英砂-残渣掺混比为4∶1时,热解油产率达23%,是铝甑值的2.1倍。     

油砂在固定床中的热解研究

通过固定床对印尼油砂热解进行了研究,采用X-射线衍射分析(XRD)和热重分析对油砂和半焦进行了分析,对热解油进行恩氏蒸馏。油砂在固定床中装填率降低,使得热解油气产率增加,半焦产率下降,但同时会增加油气二次裂解;热解油的轻组分含量较多;在温度较高段,油砂与其半焦有相似的燃烧规律;热解使得油砂发热量与燃烧性能降低。     

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...     

胜利褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理分析

褐煤的热解反应是褐煤利用的重要研究方向之一。为了分析褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理,首先将胜利褐煤（SL）在固定床上进行热解制焦,利用800 ℃时SL热解气体生成速率曲线选取半焦终温,同时用气相色谱在线检测其所生成的热解气;其次结合煤焦傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的表征进行分析,将半焦的FT-IR分峰拟合计算;最后将计算参数结合热解气生成规律,提出了热解升温过程中各反应阶段生成气体机理和气体生成过程中煤体结构的演变规律。结果表明,SL具有羟基、脂肪烃、芳环、羰基、醚键等丰富的官能团,热解温度低于350 ℃,胜利褐煤中主要官能团未发生明显变化;350~450 ℃,脂肪族侧链含氧官能团分解,热解温度450 ℃比350 ℃时煤焦中C〖CDS1〗O相对含量（C1）降低78%;560~800 ℃,热解反应主要以芳香烷基侧链含氧官能团裂解为主,热解温度800 ℃时煤焦中C-O相对含量（C2）比560 ℃时降低27%;热解温度710~800 ℃时,煤热解以缩聚反应为主,热解温度800 ℃煤焦中芳香稠和度（D2）比710 ℃时升高65%。对4种热解气生成过程进行研究分析,CO2主要来源于中低温区煤中不同结构的羧基官能团分解;高温区生成CO,来源于煤中酚类、醚类、含氧杂环等结构的分解;CH4主要由芳环侧链的甲基、亚甲基或连接芳环结构亚甲基的分解;高温区产生的约60%H2主要来自于煤中芳香结构的缩聚反应。     

移动床中热气体渗流传热与煤热解过程的数值计算

采用热气体对燃烧前的煤颗粒进行渗流炽热预处理,通过理论分析和计算的方法研究移动诃内热气体渗流加热对煤热解反应过程的影响,建立多孔介质渗流传热传质与煤质热解反应相互作用的物理数学模型,研究不同情况下床内颗粒料层中气固温度和煤热解挥发分析出浓度的分布规律,计算结果表明,移动床内煤的热解反应与渗流传热过程密切相关,增大入口渗流速度以及减少给料量,导致热渗透我域扩大,热作用区域内的煤层温度水平提高,热解反应区段向床方向偏移,在热解反应区域,孔隙率对流传质和煤热解过程中有很大的影响,研究结果,对于移动床煤热解反应装置的设计与运行具有一定的参考价值。     

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。