热解温度与煤焦微结构及分形特征关系研究

采用扫描电子显微镜 ( SEM)研究了不同热解温度条件下煤焦的微观结构 .结果表明 ,煤焦结构与煤化程度和热解温度有密切的关系 ,烟煤煤焦的微观结构以孔隙为主 ,无烟煤煤焦以裂隙为主 ,且其微观结构具有良好的统计自相似性 ;并采用分形维数定量表征煤焦在不同温度下的孔隙和裂隙特征 ,研究了煤焦分形维数与热解温度、煤化程度的关系及内在机理 ,发现分形维数随煤化程度增加而减少 ,随热解温度提高而增大 .     

褐煤经四氢化萘处理后的结构及热解-气化特性分析

在小型反应釜上采用非极性有机溶剂四氢化萘(tetrahydronaphthalene, THN)对内蒙古锡林郭勒褐煤进行脱水,获取了不同温度下的脱水试样,运用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)分析技术对比研究了在不同脱水温度下煤样中有机官能团的变化,通过FT-IR谱图的分峰拟合计算,对脱水煤样的化学结构变化特征进行半定量分析,并结合热重(thermal gravity analysis/differential thermal gravity,TG/DTG)和实验室固定床反应器(fixed bed reactor)考察了不同脱水温度下煤样的热解气化特性和热解气相产物分布规律,并对脱水煤样在最大失重速率区间的动力学参数进行了计算。试验结果显示:四氢化萘溶剂对褐煤的脱水提质是有效的,150~200℃时C O开始分解,而此时芳香环上的C C仍然相对稳定。随着脱水温度的升高,芳香类氢含量先减小后增大,脂肪类氢含量先增大后减小,芳香度和芳香碳在脱水温度范围内逐渐增大。煤样的脱水温度升高,热解气相产物H₂、CH₄、CO累积产率增大,CO₂累积产率减小;脱水煤样热解活化能随着脱水温度的升高而升高,进而导致脱水温度较高煤样热解失重率降低。     

滴管炉内不同煤阶煤焦水蒸气气化反应特性

在滴管炉内对煤焦与水蒸气气化反应进行了实验研究,考察了煤阶、气化温度、水蒸气与进料煤焦质量比（气焦比）对气化气体产物释放特性以及煤焦转化率的影响。实验温度为1100、1200、1300和1400℃,气焦比分别为0.4：1、0.6：1和1：1。研究发现：滴管炉内不同煤焦的水蒸气气化气体产物以H₂含量最高,CH₄含量最低。不同煤阶热解焦、气化温度以及气焦比的变化影响滴管炉内水蒸气气化产物气体组成和转化率的高低。随气化温度的升高,神府煤焦和北宿煤焦气化气体产物中H₂和CO产率不断增大,H₂/CO的比值则逐渐减小,碳转化率有不断增加的趋势。在气化温度大于1200℃的条件下,当气焦比从0.4：1增至0.6：1,神府煤焦和北宿煤焦的碳转化率变化幅度不大（5%以内）;当气焦比从0.6：1增至1：1,北宿煤焦的碳转化率略微降低,而神府煤焦的碳转化率增幅则在15%以上。     

热解条件对煤焦结构及气化反应活性的影响

在不同热解条件下制得5种煤焦,考察了热解温度、升温速率对煤焦结构性质及CO2气化反应活性的影响.其中4组煤焦由神木煤和华亭煤在1 100℃和1 500℃常压沉降炉中快速热解制得,还有1组煤焦在固定床中以10℃/min加热到900℃,并停留30 min得到.慢速热解煤焦孔隙结构不发达,BET比表面积仅为1.58 m2/g,而快速热解煤焦存在大量的微孔和中孔结构,得到的比表面积要大得多,但随热解温度的增大而减小.煤焦与CO2在0.1 MPa和3.1 MPa系统压力下的反应速率均随热解终温的升高而减小,但与慢速热解煤焦的结构性质无法直接关联.热解温度对煤焦炭微观结构及矿物质催化性能的影响导致了反应活性的下降.     

煅烧温度对Mo-Mn/TiO2催化剂脱硝脱汞活性的影响

研究了浸渍法制备Mo-Mn/TiO₂（MMT）催化剂过程中煅烧温度（300℃、450℃、600℃、750℃）对Mo-Mn/TiO₂（MMT）催化剂协同脱硝脱汞活性的影响。结果表明,较低的煅烧温度更有利于MMT催化剂的协同脱硝脱汞性能,同时可有效降低SO₂对催化剂活性的抑制作用,最佳煅烧温度为300℃。利用BET、XRD、H₂-TPR、FTIR和XPS等表征手段对催化剂的理化性质进行了表征,结果表明较低的煅烧温度有利于提高催化剂中活性成分所占的比例,增加金属氧化物在TiO₂载体表面的分散度,提高催化剂的低温还原性能。随着煅烧温度的升高,催化剂的比表面积和孔容均逐渐减小,平均孔径先增大后减小,且在高温下发生烧结;MnO₂逐渐向Mn₂O₃转变,锐钛矿型TiO₂逐渐向金红石型转变,同时MoO₃由非晶态逐渐向晶态的转化,致使催化剂的协同脱硝脱汞活性下降。     

一种褐煤热解煤焦的CO2气化反应特性

针对褐煤的热解-部分气化-残炭燃烧梯级利用工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700℃～950℃温度范围内分别制备快速和慢速热解煤焦,考察了煤焦微晶结构和比表面积随制焦条件的变化.利用热重-质谱联用技术研究煤焦CO2气化反应特性,并采用不同评价指标对煤焦气化活性进行了表征.结果表明:气化温度每升高50℃,煤焦CO2气化反应速率增加50％以上;热解温度升高,虽然煤焦微晶结构的有序化程度加深,比表面积减小,但煤焦CO2气化反应活性主要受气化温度影响;快速热解煤焦的CO2气化反应活性高于慢速热解煤焦,二者的差异随着气化温度升高而增大;表征煤焦CO2气化活性的平均比气化速率和反应性指数存在线性关系.     

N2气氛下温度和压力对煤热解的影响

研究煤热解的反应特性有助于提高煤热解的转化率和焦油收率并且能够改善焦油的品质。本文在固定床反应器上研究了N₂气氛中,不同压力和温度下的唐山烟煤热解反应,考察了温度和压力对热解失重率、热解气体组成及液相产物产率的影响规律。结果表明当热解压力由1MPa增加至3MPa时,唐山烟煤的失重率和焦油产率均先增加后降低,在2MPa时达到最大值。当温度低于600℃时,压力不影响CH₄、H₂和CO的收率,当温度超过600℃时,CH₄、H₂和CO的收率随热解压力的升高而降低。随着热解温度的升高,煤热解的失重率、水的产率以及CH₄、H₂的收率不断增大,焦油的收率和CO的收率先增大后降低,在2MPa下600℃时焦油的收率达最大值为9.23%。     

木屑与煤慢速共热解产物特性研究

采用TG-FTIR联用的分析方法对木屑与煤共热解产物进行分析,结果发现,木屑与煤共热解产物不是两者单独热解的简单叠加,而是木屑与煤协同反应相互促进或抑制的结果。煤化程度越高木屑与煤共热解过程中CO和CH₄的产率越多,CO₂的产率越少,液体和固体产物越多。木屑与煤掺混比例对于共热解产物的影响规律性不是非常明显,对于CO和CH₄,掺混比例5:5时产率最低;CO₂在共热解温度<500 ℃时,掺混比例5:5时产率最高,而在共热解温度>500 ℃时,随着煤的掺混比例的增加产率逐渐减小。木屑与褐煤的共热解固体产率随着掺混比例的增加逐渐增大,木屑与无烟煤的共热解固体产率正好相反。     

等温热重分析法对煤焦反应动力学特性研究

针对工业气化炉二级旋风分离器的气化后半焦,同时选取京能烟煤在1173K,1273K和1373K三个温度下快速热解焦炭作为比较,在TGA/SDTA851e型热重分析仪上,对四种经历不同热过程的焦炭进行等温热重实验,实验温度范围为773K～1023K,研究煤焦燃烧反应动力学特性及其影响因素.煤焦制取方式和热解温度的不同决定了煤焦反应性的不同,在这四种煤焦中,气化半焦JC的反应性最小,而京能烟煤三种热解煤焦的反应性随着热解温度的升高而减小.随着燃烧温度和氧含量的升高,煤焦的反应速率在增大.同时,用半转化率法确定了煤焦燃烧的转捩温度和各个反应区域的活化能,在化学反应动力区,JC,JN-1,JN-2和JN-3活化能分别为115kJ/mol,57kJ/mol,70kJ/mol和97kJ/mol,与等转化率法所求得的平均活化能相近.随着煤焦转化率的增大,反应越来越困难,活化能也在增大,而且煤焦燃烧反应离开化学反应动力区的转捩温度也在升高.     

BaTiO3-TiO2复合光催化剂降解盐酸四环素及机理研究

以钛酸丁酯(TBOT)和钛酸钡(BaTiO₃)为原料,采用水热法制备了BaTiO₃-TiO₂复合光催化剂,研究了不同煅烧温度(400,500,600,700℃)对复合光催化剂结构、形貌及对盐酸四环素(TCH)光催化性能的影响。结果表明：煅烧温度的升高促进了部分TiO₂向BaTiO₃的转变,BaTiO₃的衍射峰增强,晶粒尺寸逐渐增大,球状颗粒的生长成型更为完全。BaTiO₃-TiO₂复合光催化剂的禁带宽度为3.03 eV,煅烧温度的变化没有改变BaTiO₃-TiO₂的吸收带边,复合光催化剂的吸收强度随煅烧温度的升高先增大后减小,600℃退火处理的BaTiO₃-TiO₂光催化剂吸收强度最高。在180 min时,600℃退火的BaTiO₃-TiO₂光催化剂对TCH的降解率最高可达92.80...     

糠醛渣热解特性及热解挥发产物对其燃烧烟气原位控氮作用

通常,具有高含氮资源禀赋生物质在能源化利用过程中需控制NO_x排放。解耦燃烧是可适用于高含水、高含氮燃料的低NO_x燃烧技术,其对NO_x生成的抑制效果优于其他燃烧技术。为揭示解耦燃烧中热解挥发产物的原位控氮潜力、发展双流化床解耦燃烧技术,以糠醛渣为原料,借助固定床装置和双流化床装置,分别开展其热解特性和双流化床解耦燃烧近实际工况模拟研究。具体地,首先在固定床反应器中考察糠醛渣在不同温度下的热解产物分布,继而借助双流化床反应器考察了热解在线挥发产物对热解半焦同步燃烧烟气中NO_x的还原效果。结果表明：在500~700℃热解温度区间内,随温度的升高,半焦产率逐渐减少,从45.2%下降到39.8%;气体产率呈明显上升趋势,从12.4%上升到22.5%,CO、CH₄、H₂等还原性组分产率增加显著;焦油产率略有降低,从15.9%降低到12.9%;水分产率变化不大。双流化床解耦燃烧实验中,糠醛渣热解挥发产物对热解半焦同步燃烧所产烟气控氮效果良好,热解挥发产物对半焦燃烧烟气NO_x减排效果主要受热解温度、二次风占比影响,总过量空气系数ER=1.3,热解温度600℃、二次风过量空气系数ER₂=0.5时,糠醛渣热解挥发产物对相同热解条件下生成的半焦燃烧（900℃,过量空气系数ER₁=0.8）所产烟气原位控氮效果达到最优,NO_x减排率为54.80%。这表明,可通过控制热解挥发分产物产率、氧化程度,充分发挥挥发分的NO_x还原能力,从而明显改善解耦燃烧原位控氮效果。     

不同热解条件下制备的污泥炭低温还原NO

以市政污泥为原料热解制备污泥炭，开展了污泥炭催化还原NO的实验研究。考察了不同热解温度（400℃、600℃和800℃）和污泥初始含水率（0、66%和80%，质量分数）条件下热解制备的污泥炭的脱硝性能。研究表明，污泥炭中包含大量铁元素（41.1mg/g），提高热解温度可促进污泥炭中亚铁化合物（Fe₂P和FeS）的生成，使铁元素具备催化还原NO的能力，从而显著提高污泥炭的脱硝效率。提高污泥热解初始含水率可显著提高污泥炭比表面积，污泥炭对NO的低温还原能力也随初始含水率提升而显著提高。通过对污泥炭的比表面积、X射线衍射（XRD）和傅里叶红外（FTIR）分析表征，结果表明污泥炭中亚铁化合物的生成是影响NO转化的关键影响因素，而比表面积和表面官能团类型对污泥炭脱硝反应并无明显影响。     

水热处理和钨添加对低钒催化剂高温脱硝性能的影响

利用真空过量浸渍法在TiO₂和WO₃-TiO₂载体上负载0.5%钒（质量分数）制备了V₂O₅-TiO₂ （VTi）和V₂O₅/WO₃-TiO₂（VWTi）催化剂，并在含有10%（体积分数）水蒸气的空气氛下750℃水热处理24h得到处理态的VTi-A和VWTi-A催化剂。研究了水热老化和钨掺杂对催化剂脱硝效率的影响，并通过XRD、TEM、NH₃-TPD、H₂-TPR、XPS和Raman等表征方法对催化剂的结构和表面特性进行了表征分析。研究表明，水热处理和钨的协同作用使催化剂中产生更多的聚合态VO_x和低价态钒（V⁴⁺+V³⁺）。这两类活性物质所含有的氧物种具有较强SCR反应活性，可改善VWTi催化剂的高温脱硝性能，即使在酸性位数量减少的情况下仍有提升，这是低钒含量催化剂可满足燃气机组高温脱硝需求的主要原因。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气工艺实验

由下行床热解和提升管（或输送床）气化组合形成的流化床两段气化将煤气化反应过程解耦为煤热解和半焦气化两个反应阶段,热解产物完全进入气化反应器,利用其中的高温环境和输送的半焦催化作用分别实现焦油的热裂解与催化裂解,完成低焦油气化。利用该流化床两段气化的10 kg/h级实验室工艺实验装置,以榆林烟煤为原料、水蒸气/氧气作为气化剂,变化过量氧气系数ER、蒸汽炭比S/C、热解及气化温度等参数,研究水蒸气/氧流化床两段煤气化制备低焦油合成气的特性。结果表明,流化床两段气化系统可实现稳定运行（实验3 h以上）,在ER=0.36和S/C=0.15时,热解和气化的代表温度分别稳定在735℃和877℃,合成气的CO、CO₂、H₂、CH₄、C _n H _m 和N₂含量分别为14.33%、10.07%、18.39%、9.89%、1.82%和45.50%,相应的合成气产量达到1.8 m³/kg,低位热值8.99 MJ/m³,焦油含量0.437 g/m³,展示了制备低焦油合成气的技术特征。对于实际的长时间连续运行,更高的气化温度将使流化床两段气化具有更好的低焦油特性。     

磁性纳米粒子类型和质量浓度对微波热解含油污泥的影响

鉴于传统微波吸收剂在协同微波热解含油污泥时存在热解效率较低、处理成本较高等问题,本文引入磁性纳米粒子作为新型微波吸收剂,探究了磁性纳米粒子种类和质量浓度在强化微波热解含油污泥中的作用效果和规律。实验结果表明：①在6种磁性纳米粒子（ZnFe₂O₄、Fe₃O₄、Ni、NiFe₂O₄、γ-Fe₂O₃和Co₃O₄）中,添加ZnFe₂O₄的实验组热解终温最高,为284℃,气、液相产物最多,分别为382mL和10.5mL;②当微波功率为800W、微波加热时间为20min时,添加纳米ZnFe₂O₄实验组的热解终温在质量浓度5.0mg/g时最高;③随着纳米ZnFe₂O₄质量浓度的增加,气相热解产物中H₂、CH₄和C₂H₆的含量（体积分数）不同程度增加,CO₂的含量不同程度降低,C _x H _y 的含量在ZnFe₂O₄质量浓度范围为0~5.0mg/g和5.0~15.0mg/g均先增加后降低,变化幅度很小。油相产物中C₄~C₁₂组分含量逐渐增加,C₁₈₊组分含量逐渐降低,C₁₃~C₁₈组分含量随着ZnFe₂O₄质量浓度的增加先增加后降低,再小幅增加。     

Mo掺杂调控钛酸铋钠铁电陶瓷带隙的实验与第一性原理研究

为改善钛酸铋钠基无铅陶瓷的铁电光伏特性,通过传统固相法制备了B位Mo掺杂的Na_0.5Bi_0.5(Ti_1-xMo_x)O₃(BNT-Mo_x,x=0~0.02)无铅铁电陶瓷。通过XRD、拉曼光谱、吸收光谱等测试方法,结合基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Mo掺杂对BNT陶瓷体系带隙的影响规律及机理。结果表明:随着Mo掺杂量的增加,光学带隙值先减小后增大,当x=1.0%时带隙达到最小值2.33 eV,并且光吸收强度达到最大值69%;通过对能带和态密度计算结果进行分析,发现Mo掺杂BNT体系能带结构由间接带隙转变为直接带隙,出现由Mo的4d轨道所贡献的杂质能级,导致带隙减小。Mo掺杂导致的杂质能级与莫斯-布尔斯坦效应之间存在带隙调控相互竞争关系,可有效调控BNT体系能带结构。     

大庆罐底油泥热解特性及污染物释放特性

大庆罐底油泥属于高含油污泥,资源回收潜力大,同时具有黏度大、黏结性强、成分复杂、自然沉降慢等特性。本文对大庆油田高含油污泥的热解特性及污染物释放特性进行研究,分别测试了不同热解终温和升温速率下气/液/渣三相产品的品质和成分。结果表明,热解气中C₂H₄的释放量明显高于其余气体。CO₂气体仅在700℃处出现一个峰值,H₂在700℃之前释放量偏低,在700~800℃之间大量释放;热解终温和升温速率的增加会导致热解油低链烃类的大量生成,中链烃类呈现先增加后降低的趋势;热解终温会对固相产物中的SiO₂和CaCO₃产生一定的影响,而升温速率对固相产物几乎无影响。采用在线烟气分析仪测试了气相产物中的N、S、Cl小分子污染物的释放特性。HCN、NH₃在600℃时向NO_x转化;600℃以下绝大部分含氯化合物会发生释放;含硫污染物成双峰释放,600℃以上的峰主要源于硫酸盐的分解。     

Mn掺杂对尖晶石型NiFe1.97Pd0.03O4-δ催化剂脱硝性能的影响

采用生物模板法，通过掺杂Mn对尖晶石型NiFe_1.97Pd_0.03O_4-δ催化剂中的Fe离子进行取代，制备一系列不同Mn掺杂量的NiFe_1.97-xMn_xPd_0.03O_4-δ催化剂（x=0、0.01、0.02、0.05、0.10），并在单管固定床反应器中进行H₂-SCR脱硝性能评价。运用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、程序升温-脱附（NH₃-TPD）和程序升温还原（H₂-TPR）以及傅里叶红外光谱仪（FTIR）等手段对催化剂进行表征、分析。结果表明：适量Mn的掺杂不仅可以提高活性物种Pd在催化剂上的分散度，还显著提高了其催化剂表面的总酸量及其氧化还原能力，从而提高了NiFe_1.97Pd_0.03O_4-δ催化剂在低温下的H₂-SCR脱硝活性，并拓宽了其催化活性温度窗口。在实验范围内，NiFe_1.92Mn_0.05Pd_0.03O_4-δ催化剂在150℃下的NO转化率高达95%，且在150~200℃温度区间内，NO转化率均在90%以上。     

生物质焦CO2高温气化反应动力学研究

利用同步热分析仪,采用程序升温法研究了生物质焦CO₂气化反应速率特性,主要考察了升温速率对生物质焦气化反应性的影响,并用Friedman-Reich-Levi法对其动力学参数进行了计算。结果表明：DTG曲线峰值温度和最大反应速率随着升温速率的增大而增大;以二氧化碳作保护气,改变升温速率,当升温速率为15 ℃/min时,热解得到的生物质焦的反应活性最好,即气化速率最快;升温速率越大,反应速率随着温度的变化越明显;生物质焦气化阶段的活化能在-4 984.41~1 408.39 kJ/mol之间变化,气化的反应过程复杂。