催化剂对不同粒径褐煤热解特性及其煤焦微晶结构的影响

以内蒙褐煤为研究对象,在固定床反应器上考察了催化剂对不同粒径褐煤热解过程中的各气体组分含量以及产气率的影响,通过XRD研究了热解后煤焦的微晶结构特性。研究结果表明:无论是原煤还是负载催化剂的褐煤,随着粒径增大,其热解产气率下降;对于各气体组分,CO,H2,CH4含量均随原煤颗粒粒径增大而下降,CO_2却呈相反趋势。而在粒径相同的情况下,负载催化剂的试样热解产气率稍大于原煤试样,且随着催化剂含量的增大,产气率提高,试样热解产生的CO_2和CH4含量呈增加趋势,但H2,CO含量却有所下降。对于粒径较大的试样,由于挥发分脱除不够完全,生成的煤焦碳化程度较低,使得煤焦石墨化程度也较低。此外,当粒径相同的情况下,负载催化剂的煤焦碳微晶结构越无序,则随着催化剂负载量的增加,越阻碍试样石墨化的进程。     

不同粒径褐煤的热解特性及煤焦结构

以内蒙褐煤为研究对象,于固定床反应器上,考察了粒径对褐煤热解过程中的产气率以及各气体组分含量的影响,通过XRD以及物理吸附等手段研究了热解后各煤焦的微观结构特性,并采用热天平探讨了不同粒径煤焦水蒸气气化反应活性的差异.研究表明,当原煤粒径增大,原煤热解产气率有所下降;对于各组分,CO,H_2,CH_4含量均随原煤粒径增大而减小,但CO_2呈相反趋势.对于粒径越大的原煤,由于挥发分脱除不够完全,生成的煤焦碳化程度较低,使得煤焦石墨化程度越低,比表面积也越小;另外,不同粒径煤焦的水蒸气气化反应活性随着粒径的增大而明显降低.     

加压下中国典型煤水蒸气气化的基础研究

利用自行设计的加压热重固定床反应器进行了霍林河褐煤、神木烟煤和晋城无烟煤的水蒸气气化反应动力学研究,考察了反应温度、反应压力对不同煤阶煤种的水蒸气气化特性的影响.研究发现随反应温度的提高、反应压力的增加和煤阶的降低,煤焦的水蒸气气化活性明显升高,用缩核反应模型求出3种煤焦的活化能和频率因子,并给出3种煤的压力指数分别为0.244、0.256、0.286.     

碳酸盐对煤焦的催化气化作用及动力学研究

为研究碳酸盐对煤焦的催化特性,选取印尼褐煤(YN)、大同烟煤(DT)和卧龙湖无烟煤(WLH)三种不同煤阶的煤焦,负载催化剂(K_2CO_3,Na_2CO_3和CaCO_3)进行气化实验。结果表明:原煤焦的气化活性由强到弱依次为YN煤焦、DT煤焦、WLH煤焦;负载10%(质量分数,下同)的催化剂后,煤焦的气化活性均有不同程度提高,负载K_2CO_3和Na_2CO_3后,气化初始温度降低了77℃～182℃,负载CaCO_3后,气化初始温度仅降低7℃～40℃;对于YN煤焦,催化剂活性由强到弱依次为Na_2CO_3,K_2CO_3,CaCO_3,对于DT煤焦和WLH煤焦,催化剂活性由强到弱依次为K_2CO_3,Na_2CO_3,CaCO_3;K_2CO_3和Na_2CO_3的催化活性明显优于CaCO_3;通过缩核模型(SCM)计算,样品的相关系数均在0.958以上,该模型可较好地描述煤焦的CO_2气化反应过程,催化剂的负载降低了气化反应的活化能,提高了气化反应活性。     

热解温度对型煤半焦气化反应活性的影响

热解温度是影响煤焦气化反应活性的重要因素.以型煤和相似粒度的原煤为样品在不同热解温度下制备煤焦,研究了热解温度对煤焦/CO2反应活性的影响,并对型煤半焦与原煤半焦的气化性能进行比较.结果表明,褐煤中低温热解所得半焦在1000℃以上时具有较高的气化反应活性;在相同热解温度下,型煤半焦的反应活性稍高于原煤半焦;热解温度为650℃～750℃时半焦的反应活性最高.     

煤焦燃烧特性及反应活性探究

中国褐煤资源丰富,然而由于褐煤自身特点使其应用受到了极大的限制。针对中国褐煤应用最广的途径———燃烧,借助热重分析仪对不同热解终温的褐煤半焦及热解终温为1273 K的褐煤半焦与原煤的混合燃料的燃烧特性进行了分析。并利用Coats-Redfern法进行了燃烧动力学的分析,通过求得的表观活化能表征煤焦的燃烧反应活性。研究发现：热解终温越高,煤焦的燃烧特性越差;掺混褐煤有助于提高其半焦的燃烧特性,而掺混燃料的燃烧稳定性几乎和原煤无差别,且随着掺混比例的增加,混合燃料的活化能逐渐增大,越不易点燃,掺混半焦对燃料的燃烧特性和反应活性都有影响。相同制备条件下的烟煤半焦和褐煤半焦的燃烧动力学参数尤其是活化能相差很大,可见煤焦的燃烧反应活性与煤种有关。     

压力对煤气化反应的影响

为了提高煤气化效率,分析了影响产能的重要因素——压力。研究了压力对煤热解过程、煤焦燃烧速度及煤焦气化反应的影响。研究发现:加压热解情况下,挥发分和焦油产率均下降,但煤气产量增加,推测是因为焦油发生二次反应造成的。随着压力的增大,煤焦明显膨胀且比表面积下降。但过高的压力下,膨胀度减弱,易生成孔隙率高、薄壁的煤焦颗粒。提高O2分压,煤燃烧速度加快且生成的小颗粒较多。提高气化剂分压,煤气化速度加快,且蒸汽分解速度大于CO2还原速度,但生成的煤气对气化反应有抑制作用。     

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 .     

煤快速热解固相和气相产物生成规律

利用能有效避免二次转化反应的高频炉热解装置对3种不同变质程度的煤进行了600～1200℃条件下的快速热解,考察了在煤热解最初阶段焦产率、焦-C产率、热解气产率、热解气4种主要组分H₂、CO、CH₄和CO₂的比例以及热解气热值随煤阶和热解温度的变化规律。结果表明,焦的产率和焦-C的产率均随煤阶的升高而升高,热解气的产率随煤阶的升高而降低;热解温度的提高能显著降低煤焦和焦-C的产率并提高热解气的产率。热解气组分以H₂相似文献   

单颗粒煤粉热解过程中的破碎模型

以单颗粒煤粉燃烧破碎模型为基础,提出了以破碎比率概念来表征破碎程度,并以同心圆方式划分网格,由外向内依次按圆环形式模拟热解一次破碎过程.研究发现:煤颗粒粒径是影响煤颗粒破碎最重要的影响因素,粒径越小,反应的比表面积越大,相同膨胀应力产生的压强越大,破碎效果越明显;挥发分含量越高,热解析出过程中产生的膨胀应力越大,同时,气态的挥发分与固态的煤焦壁脱离产生更大的孔隙率,进一步降低了煤颗粒本身的屈服强度,破碎更容易产生;燃烧温度升高,起始阶段温度梯度增大,挥发分析出速度越快,膨胀应力越大,从而使破碎发生.     

铵矾溶液喷雾热解制备Al2O3微粉过程中粉体形貌及组成的变化

以铵矾为原料 ,采用喷雾干燥结合煅烧热解工艺制得粒径 (d₅₀ )为 5 .82 μm的球形度良好的Al₂ O₃ 微粉 .利用DTA -TG、XRD、SEM及能谱分析研究了喷雾、干燥、热解 3个阶段所得粉体的形貌及组成的变化过程 .喷雾干燥制备的粉体 ,经进一步烘干、煅烧后 ,发生脱水、颗粒分离、热解和收缩 ,粒径不断减小 .煅烧热解所得Al₂ O₃ 微粉的晶型取决于热解温度和时间 ,1370℃煅烧 2h可获得结晶度良好的球形α -Al₂ O₃ 微粉     

粒度对煤粒燃烧和热解影响的理论分析

在化学热力学和动力学理论中引入表面项,并由此来分析和讨论粒度对煤颗粒燃烧和热解反应的影响规律.研究结果表明,煤颗粒的粒度对其燃烧和热解反应的热力学性质和动力学参数有明显的影响,粒度越小,影响越大;减小煤颗粒的粒径,化学反应的吉布斯函数差减小,煤颗粒燃烧和热解的趋势增大,使着火温度和热解温度降低,自燃容易发生;并且减小煤颗粒的粒径,其摩尔表面能增大,导致其燃烧和热解的表观活化能降低和速率常数增大,使煤颗粒的燃烧和热解速率加快,使转化率、燃尽度和热解度增加.     

停留时间对低阶煤快速热解产物分布、组成及结构的影响

利用自由落下床反应器,研究了快速热解过程中颗粒停留时间对神木烟煤和内蒙古褐煤热解过程的影响,并进一步延长快速热解新生半焦停留时间考察了半焦的二次热解过程。结果表明,快速热解过程中颗粒停留时间的增加促进了挥发分的析出,神木烟煤热解焦油产率持续增加,内蒙古褐煤热解焦油产率先增加后降低。停留时间对焦油品质有明显影响,随时间的增加,两种煤快速热解轻质油中苯类和苯酚类单环化合物含量均先增加后降低,进一步延长停留时间,多环芳烃化合物含量显著增加。快速热解半焦的二次热解主要促进了气体的生成,焦油产率和组成无明显变化,挥发分的进一步析出促进了半焦微孔的发展,神木烟煤和内蒙古褐煤半焦比表面积均显著增加。这表明,在以高品质焦油为目标产品时,采用较低的反应温度、较适宜的煤粒停留时间的快速热解工艺条件是可取的。     

粒径和入炉煤水分对白音华褐煤热解特性的影响

为获得粉状褐煤蓄热式下行床快速热解适宜工艺参数,通过蓄热式下行床快速热解试验装置,在900℃高温热解试验条件下,研究了白音华褐煤煤粉粒度分布和入炉煤水分对热解产物产率和热解气体组成的影响。结果表明:粒径6 mm时,随煤粉粒径增大,热解半焦产率增加,热解焦油产率均低于3%,热解气产率逐渐降低,该粒径范围内的热解气产率较高(35%)。因此,6 mm煤粉均适用于蓄热式下行床热解工艺,工业生产过程中可依据下游除尘要求,在6 mm内筛选煤粉粒径。煤粉粒径3 mm、入炉煤水分在15.10%~25.03%时,随入炉煤水分的增加,热解水、热解气产率增加,半焦产率降低,因此,高入炉煤水分有利于粉状褐煤热解,提高褐煤煤粉干燥效率,降低烟尘和小颗粒煤粉的排放量。     

煤热解过程中氮元素迁移规律影响因素

由于散煤燃烧会造成严重的环境污染,尤其是其排放的氮氧化物对大气环境破坏严重,煤热解作为煤燃烧、气化的伴随过程,具有重要的研究意义,而探究煤中氮元素在热解过程中的迁移规律,了解氮氧化物前驱物的生成条件对后续含氮污染物的控制起到决定性作用,在实际的热解过程中,多种因素共同制约着含氮物相的迁移方向,通过煤阶、粒径、热解温度、矿物质种类这些影响因素,可以得到:煤阶越高,挥发分越不易析出,在一定程度上,高煤化度煤氮易留在焦中,中等煤化度煤氮则易于进入挥发分中,煤颗粒粒径越大,挥发分也同样不易析出,而热解温度则对挥发氮和焦氮形成均有促进作用,不同金属离子对含氮物相析出有不同的效果。     

铵矾溶液喷雾热解制备Al2O3微粉过程中粉体形貌及组成的变化

以铵矾为原料 ,采用喷雾干燥结合煅烧热解工艺制得粒径 (d₅₀ )为 5 .82 μm的球形度良好的Al₂ O₃ 微粉 .利用DTA -TG、XRD、SEM及能谱分析研究了喷雾、干燥、热解 3个阶段所得粉体的形貌及组成的变化过程 .喷雾干燥制备的粉体 ,经进一步烘干、煅烧后 ,发生脱水、颗粒分离、热解和收缩 ,粒径不断减小 .煅烧热解所得Al₂ O₃ 微粉的晶型取决于热解温度和时间 ,1370℃煅烧 2h可获得结晶度良好的球形α -Al₂ O₃ 微粉     

煤热解过程中氮元素迁移规律影响因素

由于散煤燃烧会造成严重的环境污染,尤其是其排放的氮氧化物对大气环境破坏严重,煤热解作为煤燃烧、气化的伴随过程,具有重要的研究意义,而探究煤中氮元素在热解过程中的迁移规律,了解氮氧化物前驱物的生成条件对后续含氮污染物的控制起到决定性作用,在实际的热解过程中,多种因素共同制约着含氮物相的迁移方向,通过煤阶、粒径、热解温度、矿物质种类这些影响因素,可以得到:煤阶越高,挥发分越不易析出,在一定程度上,高煤化度煤氮易留在焦中,中等煤化度煤氮则易于进入挥发分中,煤颗粒粒径越大,挥发分也同样不易析出,而热解温度则对挥发氮和焦氮形成均有促进作用,不同金属离子对含氮物相析出有不同的效果。     

碱金属及灰分对煤焦碳微晶结构及气化反应特性的影响

通过对原煤、酸洗原煤、酸洗后负载NaOH的原煤在750~1050℃热解制得焦样,用X射线衍射技术考察了热解温度、NaOH负载量以及灰分对热解过程中煤焦微晶结构变化的影响,并运用高温高压热天平(PTGA)考察了热解后煤焦的气化反应活性。结果表明碱金属及灰分的存在可以明显减小煤焦的微晶结构参数的变化(堆垛高度Lc、微晶尺寸La、及晶层间距d002),阻碍煤焦的石墨化进程,提高煤焦的气化反应性。随着热解温度的升高,堆垛高度Lc增大显著,而微晶尺寸La和晶层间距d002变化较小。煤焦的气化反应性k0和煤焦微晶结构参数Lc、d002存在如下关系:lnk0=a(Lc/d002)+b;研究还表明用氧化还原循环机理来描述碱金属的催化作用机理是不恰当的,但碱金属Na的存在可以明显降低煤焦的石墨化程度,提高煤的活性,对煤焦的气化起到部分催化作用。     

十二烷基苯磺酸钠作为添加剂制备球形碱式碳酸镁

在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的辅助下,利用六水氯化镁和无水碳酸钠在2个阶段不同温度下的反应直接合成碱式碳酸镁微球。利用XRD、SEM等表征方法研究了反应温度、热解温度、搅拌速率和搅拌时间等条件对产物的影响。结果表明:反应温度为70℃、热解温度为120℃、搅拌时间为60 s时,可得到球形度高、颗粒均匀、颗粒粒径约为25μm的碱式碳酸镁微球。反应温度、热解温度、搅拌时间、搅拌速率均对球形碱式碳酸镁的尺寸和微观形貌起到调节作用。     

典型烟煤热解焦炭结构特性的实验研究

通过热重实验研究了三种典型烟煤在热解条件下粒径变化对焦炭结构特性的影响,并用扫描电镜对不同反应条件下的焦炭表面结构进行了观察.结果表明,现对于毫米级的煤颗粒而言,颗粒粒径变化对于挥发分析出速率的影响并不显著,但不同煤种的焦炭结构特性差别很大.对于塑性较小的煤,随着颗粒粒径的增大容易在热解过程中破碎,而对于塑性较大的煤在热解后不易破碎,但颗粒会出现膨胀和表面蓬松等现象,掌握焦炭结构特性变化对不同煤种的高效利用具有重要意义.