热解温度对神府煤热解与气化特性的影响

采用大容量加压热重分析仪研究了不同热解温度(500, 650, 800 和1 000 ℃)与压力(常压、3 MPa)下神府煤的热解特性,同时采用傅里叶红外光谱仪、比表面积分析仪等分析仪器对所得煤焦的物化特性进行了详细分析。发现高温有利于挥发分的析出,使得煤焦产量快速降低;同时煤焦内C元素的含量快速增加而H含量逐渐减少,同时煤焦内有机官能团的红外吸收也明显减少;煤焦的孔隙表面积和孔容随热解终温的升高先增大后减小,在800 ℃(常压)和650 ℃ (3MPa)取得最小值。热解温度和压力对煤焦的气化活性也有显著的影响。采用常压热重分析仪在1000 ℃下分析了煤焦的CO2等温气化特性。常压热解焦的CO2等温气化活性随温度升高而降低,而加压热解得到的焦有不同的趋势,说明压力和温度对煤粉热解和气化的影响有一定交互作用。     

热解条件及煤种对煤焦气化活性的影响

该文对煤焦的常压CO2气化活性与热解制焦条件及煤种的关联耦合进行了分析研究。采用加压热重分析仪与常压热重分析仪联用对不同煤种在不同热解压力与热解终温制得煤焦的CO2气化活性进行对比分析,并提出最大比气化速率和平均气化速率用于表征煤焦的气化活性。最大比气化速率能准确表征煤焦的最大气化活性,其随热解压力的升高先减小后增大,而随热解终温的升高先增加后减小。小龙潭褐煤具有较高的最大气化活性,而神府烟煤和平寨无烟煤的最大气化活性较低。平均气化速率可很好地描述煤焦的气化过程和气化完全信息,两者结合可全面、有效地反映煤焦的气化特性,为气化炉的设计提供科学依据。     

热解条件对煤焦孔结构和反应性的影响

使用加压热重分析仪、马弗炉和常压滴管炉装置对褐煤、次烟煤、烟煤进行制焦,应用压汞法、低温N2和常温CO2吸附法测定煤焦孔结构参数,并通过扫描电镜观察煤焦表面形貌,测定了煤焦的CHN元素含量,利用热重分析仪测定焦900℃下的CO2气化反应活性,研究了压力、升温速率、高温停留时间对孔结构和气化反应性的影响。研究表明,慢速升温下提高热解压力会降低孔表面积和气化反应性;提高升温速率,降低高温停留时间,则微孔表面积降低,中孔显著增加,大孔的分形维数降低,化学反应活性提高;煤焦反应活性主要与残余挥发分含量相关,其次受到大、中孔表面积影响,而与微孔无关。     

准东煤热解特性及气化活性实验研究

采用热重分析法研究了热解终温和升温速率对准东煤热解特性的影响以及热解终温对准东煤气化活性的影响。研究表明,准东煤热解过程可分为3个阶段:干燥脱气阶段、活泼分解阶段和缓慢热解阶段;热解温度?800℃的时候,准东煤热解过程基本结束;升温速率提高,准东煤热解最大失重量和热解特性参数D增加;当气化温度较低的时候,热解终温对准东煤气化活性的影响比较明显,低温焦表现出更好的活性,气化温度较高时,各煤焦的气化活性有趋于一致的趋势。     

基于生物质利用的新能源技术:煤与生物质的共气化特性研究

在自行搭建的热重分析仪上,采用CO_2为气化剂,进行了煤焦和生物质焦的共气化实验,分析了热解温度和热解恒温时间对气化反应的影响。所得结论为:3种焦样气化活性大小顺序为麦焦松焦煤焦,生物质焦的反应性要高于煤焦,这是由于生物质中挥发分含量较高,会使热解过程中会产生更多气孔,提高了气化反应性。热解条件的改变会对焦样的气化活性产生影响,缩短热解恒温时间和降低热解温度均会改善焦样的气化活性,热解温度对气化反应活性的影响更为明显。     

超细化煤粉表面形态分形特征

该文将合山、晋城煤分别制成4种不同粒度的常规煤粉与超细化煤粉进行了试验研究。采用英国Malvern公司的。MAM5004型激光粒度分析仪测定合山煤、晋城煤各4种不同粒径煤样的粒度分布。采用美国：Micromeritics公司的ASPA2000型比表面积及孔径分布分析仪测定煤样的比表面积和孔隙。采用美国LECO公司的CHN600型元素分析与，MAC-500型工业分析仪测定的工业分析与元素分析数据。运用分形理论和等温吸附理论及燃烧原理，分析煤粉颗粒粒度对其表面结构：比表面积，孔容积，孔径分布及其燃烧特性的影响。试验研究与理论分析表明，随着煤粉粒径的减小，煤粉颗粒的孔隙中小孔的数目增多，平均孔径减小，吸附量与吸附表面积增大，表面结构复杂，表面分形维数增高，有利于煤粉颗粒的燃烧。煤颗粒的表面分形维数能很好地反映煤粉颗粒的物理结构特性，并进一步提供有效的煤粉颗粒燃烧特性信息。超细化煤粉具有复杂的表面结构和高的表面分形维数，通过超细化改变煤粉的物理结构，完善燃烧特性，证明超细化煤粉燃烧是一种具有发展潜力与前途的煤粉燃烧新技术。     

压力及温度对煤焦结构特性影响的实验研究

煤颗粒进入加压气化炉中,首先经历快速热解形成煤焦,煤焦的结构特性与温度及压力密切相关,有必要对其进行系统深入的研究。采用加压沉降炉在不同终温、压力下制得柳沟烟煤煤焦样品,通过激光粒度分析仪、扫描电镜、比表面积仪和压汞仪等测试手段对所得焦样进行结构特性分析,并依据胶质体理论和挥发分气泡行为进行解释。结果表明,对于柳沟烟煤煤焦,常压条件下终温从1 000℃变化到1 400℃时,挥发分气泡聚并的现象减少进而形成量多而小的孔结构,氮吸附比表面积总体上升,孔隙率有所上升,膨胀率基本不变;终温1100℃条件下,表压从0 MPa变化到1.7 MPa时,挥发分气泡聚并的现象增多进而形成量少而大的孔结构,煤焦的氮吸附比表面积总体减小,孔隙率逐渐增大,膨胀率先增大后缓慢减小,在1.0 MPa时的膨胀率最大。     

煤颗粒物性及热转化特性随粒径变化规律研究

与常规煤粉(百微米)相比,超细煤粉(20mm)的颗粒性质与热转化特性均可得到明显改善。本文以神华烟煤为研究对象,采用元素分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对不同粒径煤粉的元素组成、官能团分布及微观表面形貌进行了分析,采用热重分析仪(TGA)对不同粒径煤样的热解及燃烧特性进行了研究。结果表明:随着煤粉粒径的减小,C元素含量逐渐增加,煤粉表面变得更加粗糙,煤粉表面羟基官能团增多,而芳烃C=C及CH_3官能团减少;煤的热解过程可分为干燥、快速热解和热缩聚3个阶段;随着粒径的减小,热解最终失质量逐渐减小;在煤的燃烧过程中,随着煤粉粒径的减小,着火温度T_i、燃尽温度T_f具有减小的趋势,而最大燃烧速率(dω/dt)_(max)与综合燃烧特性指数S具有增大的趋势,煤粉的燃烧特性随着其粒径的减小而得到明显改善。     

多种原煤焦的CO_2气化特性研究

研究煤气化对煤炭资源高效洁净利用、防治大气污染方面有重要意义。为了研究煤焦粒径、CO2流量、煤焦质量、热解温度、热解恒温时间、气化温度对3种原煤焦气化反应的影响,在自行搭建的热重分析仪上进行煤焦气化实验。研究结果表明,当煤焦粒径≤70μm,CO2流量为600 mL/min,煤焦质量为0.1 g时,可以消除内外扩散对气化反应的影响。热解温度和热解恒温时间对准东煤焦的气化反应影响比较明显,对贵州煤焦影响则较小,浑源煤存在最佳热解恒温时间。研究结果通过大量实验数据得出,对工程实际应用有一定指导意义。     

伊宁煤焦固定床等温水蒸气气化特性研究

研究了水蒸气分压、热解温度、热解恒温时间和气化温度对伊宁煤焦水蒸气气化反应的影响,并获得了相关动力学参数。结果表明:随着水蒸气分压的提高,煤焦气化活性提高,水蒸气分压大于0.045MPa时,煤焦表面活性位已经达到饱和;提高热解温度、延长恒温时间均会使煤焦气化活性降低,随着气化温度的升高,热解温度、恒温时间对煤焦气化活性的影响减小;气化温度是影响煤焦气化活性的主要因素,升高气化温度能明显提高煤焦气化活性;收缩核模型能够较好地描述伊宁煤水蒸气气化,由该模型求出的活化能范围为148.2~189.6kJ/mol。     

煤焦CO2气化反应中石灰石催化特性研究

研究了新鲜石灰石和经过煅烧/碳酸化反应(CCR)反复循环后的石灰石在烟煤煤焦CO2气化反应中的催化特性.结果表明,固定碳转化率随新鲜石灰石添加比例的增加而增大,石灰石添加比例为5％时其催化特性达到最佳,且催化活性随气化温度的升高而降低;在不同热解温度下添加2.5％新鲜石灰石制得的煤焦的气化特性与气化温度密切相关,当气化温度高于热解温度时,催化活性基本不受热解温度影响;随着CCR循环次数的增加,低温气化时石灰石催化活性比新鲜石灰石略低,但仍可作为煤焦气化反应的有效催化剂.     

神府煤加压热解特性及热解动力学分析

煤的加压气化是煤清洁利用的关键,作为气化反应的初始阶段,煤热解特性对煤气化过程有着重要的意义.为了深入了解煤的加压热解机制,该文采用加压热重分析仪研究了我国的一种典型烟煤--神府煤在不同压力下的热解失重特性,采用挥发分释放综合特性指数(D)与非等温法,结合不同的扩散机制函数分析了神府煤加压热解动力学机制.研究发现神府煤的热解主要包括煤样的干燥脱水、挥发分的析出以及大分子焦油的二次裂解;加压对神府煤的热解过程有明显的影响,热解压力小范围的升高(＜0.8MPa)有利于挥发分的析出,然而过高的压力不利于挥发分的快速析出,挥发分释放综合特性指数可很好地表征神府煤加压热解过程中挥发分的析出特性.热动力学分析表明,三维球扩散模型比较适合神府煤的加压热解机制,低温段活化能随热解压力增大先增大后减小,但明显高于高温段热解活化能.     

热解过程中棕榈壳焦的物化结构演变特性

该文主要对生物质热解过程中焦炭物化结构的演变特性与转化机理进行分析研究。在固定床反应器上,以棕榈壳为样品,热解终温从300~1 000 ℃下制得焦炭,采用比表面积和孔径分析仪与傅里叶红外光谱仪等用对不同温度下所得焦炭的物化结构进行深入分析。研究发现煤焦的表面孔隙结构的形成和丰富主要集中在400~600 ℃,随着碳化温度的升高,孔面积先增大后减小,在约600 ℃有较高的比表面积;棕榈壳焦内的有机官能团(C＝O,C-C,C-H,C-O 和 OH等)的断裂和缩合也主要发生在中低温度段,同时固体焦内,碳的含量逐渐增加,而氢元素的含量逐渐减少。     

再燃烧条件下煤焦还原NO特性的研究

在携带流反应装置中,研究了不同煤焦制备和反应条件下煤焦异相还原NO的特性,分析了煤种、热解条件(热解温度、煤粉热解时粒径和热解气氛)和反应条件(煤焦还原NO时的反应温度、环境气氛)等因素对煤焦还原NO特性的影响。结果表明,挥发分含量较高的煤种,其煤焦对NO的还原能力较强;热解温度的提高导致生成煤焦还原NO能力下降;小粒径煤粉热解生成的煤焦较大粒径煤粒热解生成的煤焦对NO的还原率高;煤粉在一次燃烧区过量空气系数为1.0~1.2的烟气气氛中热解时,生成的煤焦对NO的还原能力无明显差别;参与反应的煤焦颗粒周围烟气气氛对煤焦还原NO的影响较大,在SR1为0.9~1.3范围内,NO还原效率呈现两头高中间低的特性,且当SR1=1.1时,NO还原率最低;在高温氧化性气氛中,随反应温度的提高,煤焦还原NO的效率增加。     

高灰熔点煤高温下煤焦CO2/水蒸汽气化反应特性的实验研究

我国煤炭年产量中，1400℃以上的高灰熔点煤约占50％以上。为探索固态排渣方式的高灰熔点煤气流床气化，本文选出具有代表性的三种高灰熔点煤种和一种低灰熔点煤种，在TGA-51H型高温热天平上进行了煤焦-CO2和煤焦-水蒸汽气化反应特性的实验研究，并利用SEM考察了气化条件下煤焦及灰的微观结构。实验结果表明：在煤焦-CO2、H2O反应过程中，反应速度明显表现出高温区域的扩散反应和低温区域的化学反应；无论在1273K～1573K的低温区域，还是在高于1573K的高温区域，反应速率随燃料比（FC/V）的增加而减小。     

不同升温速率下煤焦CO_2气化的动力学研究

对阳泉煤焦进行了CO2气氛的气化热重实验,研究了煤焦的气化特性,并用不同的模型对样品进行了动力学分析。研究结果表明,随着升温速率的提高,煤焦的气化反应开始温度逐渐升高,反应的活化能逐渐降低。对于所选用模型,未反应收缩核模型更能描述阳泉煤的气化反应。     

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧还原反应实验研究

基于CaSO4载氧体的煤化学链燃烧技术,采用小型流化床模拟燃料反应器,对煤气化–CaSO4还原反应展开实验研究。水蒸气作为气化及流化介质,煤气化气体产物(CO、CH4、H2)与CaSO4发生还原反应。结果表明,煤气化是煤气化–CaSO4还原反应过程的控制步骤;CH4、H2累积量随温度升高呈减少趋势,高于950 ℃时反应产物中无CH4、H2,温度低于950 ℃时CO累积量随温度增高亦呈减少趋势, 但高于950 ℃时CO累积量随温度升高反而略有增加;煤气化反应的碳气化效率以及煤气化–CaSO4还原反应的C–CO2转化率均随温度而增大,最大值分别达95.9%、91.5%。CaSO4在CH4、H2气氛的反应活性随温度升高而显著提高,而在CO气氛下其反应活性较弱;煤气化–CaSO4还原反应后的载氧体颗粒出现轻微磨损,扫描电镜分析表明反应后载氧体颗粒的比表面积增大,950 ℃时存在轻微烧结现象,但对载氧体反应活性影响不大。     

秸秆类生物质加压气化特性研究

采用热重分析与气相色谱分析(TG-GC)相结合的方法,开展了水蒸气气氛下生物质(麦秸)加压气化特性研究,探讨压力对反应动力学特性与气化产物的影响。实验结果表明生物质常压气化与加压气化特性有显著差异;加压条件下,麦秸的气化反应过程受化学反应动力学和扩散作用控制。麦秸水蒸气气氛下的热解阶段可视为一级反应,半焦气化阶段视为缩核反应;加压下热解、气化的表观活化能和频率因子均随反应压力的提高而增加。水蒸气对生物质热解气化具有活化作用,相比N2气下麦秸的表观活化能降低。此外,生物质水蒸气气化产物中H2浓度最大,达到50%以上,表明水蒸气是生物质气化制氢适宜的气化介质;随着气化压力的提高,CO2和CH4浓度增加,而CO浓度降低。