延长烟煤与玉米秸秆共热解实验研究

为研究内在碱(土)金属对煤炭、生物质共热解过程的影响,对原料进行酸洗脱灰处理,探索内在碱（土）金属对共热解的影响作用机理。在热重分析仪中对玉米秸秆（CS）,延长烟煤(SM)单独以及两者混合共热解的热解特性进行研究。实验结果表明,两者在共热解过程中发生了协同作用。对玉米秸秆,延长烟煤进行酸洗脱灰分处理,考察两者内在碱（土）金属对混合共热解的影响。采用Coats-Redfern法对玉米秸秆,延长烟煤以及两者共热解过程的主要阶段用一级动力学反应过程进行描述,计算其动力学参数。对比酸洗玉米秸秆（DECS）与延长烟煤,酸洗延长烟煤(DESM)与玉米秸秆的共热解实验,酸洗后的共热解过程中,其活化能增加,指前因子下降,证明了生物质中的碱(土)金属对共热解过程起到了催化作用。     

生物质的热解过程及其动力学规律

采用热重分析法（TGA）对几种常见天然生物质（稻秆、麦秆、玉米秆）和其衍生物木质素、造纸废液颗粒等的热解过程及其动力学规律进行了研究.实验中加热速率分别为10,20,30 ℃/min,终温为850 ℃.热解在氮气气氛下进行,并用高纯氮气作为保护气体.实验结果表明：天然生物质的非等温热解只有1个剧烈失重阶段,而木质素和造纸废液颗粒存在2个剧烈失重阶段.生物质比煤的热解起始温度低,热解速度快.随升温速率的提高,生物质的最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,最终失重率呈下降趋势.生物质的热解机理满足三维扩散Jander方程,即f(α)=32(1-α)2/3［1-(1-α)1/3］-1,且随着升温速率的提高,其活化能增大.     

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...     

纤维素与褐煤共热解协同规律

生物质是一种清洁的可再生有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。目前生物质与低阶煤的共热解研究受到国内外学者的广泛关注,为解析生物质组分与褐煤共热解过程的协同作用规律,以生物质主要组成纤维素和蒙东褐煤为研究对象,以热重红外联用仪(TG-FTIR)为实验手段,进行纤维素和褐煤的单独热解和不同掺混比例下混合样品的热解动力学特性(加热速率为10、25和50℃/min)及气体析出规律研究。结果表明：纤维素组分可提高纤维素-褐煤混合物的热解活性,使混合物共热解过程中热解失重峰速率高于理论热解失重峰速率;同时,分布活化能模型(DAEM)可较好的应用于纤维素-褐煤混合物活化能的计算,且纤维素的加入可降低共热解过程中纤维素-褐煤混合物的反应能垒,使混合物在不同质量转化率下的表观活化能低于理论活化能。此外,共热解过程中小分子气体(CH₄、CO₂和CO)的析出峰值温度(400～420℃)与纤维素的气体析出温度相一致,且气体析出量高于理论值。随着混合物中纤维素比例的增加,气体实际析出量与理论计算量之间的差值呈现出先增加后降低的变化趋势,且当纤维...     

混合废塑料与煤共热解过程中氯的释放特性和机理

研究了煤与废塑料共热解过程中氯的释放特性以及不同热解条件下焦炭的产率.结果表明，氯的释放率及焦炭产率与热解温度、废塑料的加入量、恒温时间有关.通过和煤与PVC共热解氯的释放特性进行比较，分析了这些因素的影响趋势，并对这种特性的产生机理进行了探索，提出了表观动力学方程.实验结果显示，在废塑料加入量较大时（如4%），即使高温热解焦碳中氯的残留量也比较高（0.079%），但增加恒温时间可以使残留量继续降低，即控制恒温时间能够控制氯在焦炭中的残留量.     

生物质与油浆共热解产物分布及相互作用

生物质作为一种全生命周期碳近零排放的可再生资源,从生物质中提取轻质燃料和化学品是实现碳达峰和碳中和的终极方向.将化石能源与生物质共转化是符合我国的基本国情、寻求化石能源和新能源优化组合的可行之路.以玉米秆(CS)与催化裂化油浆(FCC)为原料,研究了2者共热解过程中的相互作用及生物质内在矿物质对产物分布和产物特性的影响...     

生物质与重油共热解特性及气体逸出规律

生物质是一种丰富、清洁和可再生的有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。然而生物质热解油、气的热值低等问题抑制了其开发利用。生物质与重油共热处理改变了单一的生物质热解和重油加氢裂化加工模式,降低了重油加工的难度,一定程度上改善生物质热解油、气热值低等问题。采用热重-质谱联用技术对生物质(玉米杆)和重油(FCC油浆)的单独热解和不同掺混比例下混合样品共热解特性进行研究。通过将混合样品共热解的实验失重率与理论失重率进行比较,研究玉米杆与FCC油浆共热解的相互作用特性。结果表明,玉米杆与FCC油浆主反应温区较为接近,均在200～400℃发生明显失重,但二者发生的反应类型并不相同。玉米杆主要发生热裂解反应,伴随着大量H_2,CH_4,CO,CO_2,H_2O(g)等小分子的逸出。而FCC油浆更多是发生挥发或蒸馏反应,仅在温度高于400℃时发生热裂解缩聚成焦反应,并伴随着少量CH_4气体的逸出。玉米杆与FCC油浆共热解的实验曲线与理论曲线基本一致,并未有突变现象发生,但在热解主反应区(400℃)存在相互作用,且随玉米杆比例增加,相互作用增强,而在焦结构演变区,混合样品之间的相互作用较弱。结合在线质谱分析,共热解过程中气体逸出随玉米杆添加量的增加而规律性增加,说明生物质与FCC油浆共热解过程中相互作用所产生的改变较为温和。通过玉米杆灰与FCC油浆共热解实验验证发现,玉米杆灰具有促进FCC油浆热解的效果,而FCC油浆与脱灰玉米杆共热解则几乎没有相互作用。     

生物质热解挥发分化学链重整工艺模拟与分析

在常规生物质化学链气化工艺中，热解、气化、重整等众多复杂的反应过程被限制在同一个反应空间中，这些反应之间存在复杂的相互作用，导致碳转化率较低，且难以实现产物定向调控与系统自热运行。基于解耦策略的生物质热解与化学链重整相结合的工艺可实现上述复杂过程定向调控，从而一定程度上克服常规化学链气化面临的挑战。利用Aspen Plus软件对该工艺进行全流程模拟，并使用热解实验结果对模型进行验证。考察了热解反应器温度、重整反应器温度、蒸汽生物质质量比对工艺性能的影响规律。结果表明：热解温度在400～600℃所建立的工艺模型能够有效预测热解产物分布；随着热解温度的提升，合成气产量总体上呈现上升趋势，在550℃下获得最高的合成气产量为1 158.98 Nm³/kg生物质；在600℃热解温度下，热解半焦和载氧体氧化放热可满足重整反应器的热量需求，实现系统热自持；重整反应器温度升高会增加合成气的产量，但是会降低合成气的氢碳比与能量效率，同时系统自热状态下运行所需的床料循环速率显著增加；蒸汽能够有效调节合成气产品的氢碳比，热解化学链重整工艺生产氢碳摩尔比为2.0的合成气，蒸汽生物质质量比...     

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。     

生物质与煤混合热解时硫化氢的析出特性

采用热重分析和色谱、质谱偶联技术,对3种秸秆类生物质(稻秆、麦秆、玉米秆)与一种烟煤混合慢速热解中产生的H₂S气体进行了在线检测,研究生物质对煤热解析出H₂S气体的影响.研究表明：生物质与煤混合热解时,对析出的H₂S气体有明显影响.煤单独热解时H₂S在300～480 ℃范围内析出;生物质的加入,使煤热解析出H₂S提前,析出在200～490 ℃范围内.这种规律源于生物质提前热解,释放出活性甲基和氢,使其与硫反应的氢量增多,在混煤热解过程中起到了加氢的作用,促使H₂S析出提前,析出量增加.从H2S析出总量上看,生物质对H₂S的析出量影响可分为小比例时的抑制作用和大比例时的促进作用,这种规律来源于生物质的加氢作用和碱金属矿物质固硫作用的综合结果.     

生物质旋风气化技术研究现状综述

生物质气化技术是生物质高效利用技术之一。综述了生物质气化技术的应用和生物质旋风气化的发展。旋风气化技术是基于生物质热化学转化过程中热解和燃烧解耦的思想,随着生物气化技术的发展,把生物旋风气化技术应用到我国规模化的产业发展中已成为必然趋势。针对颗粒状生物质提出的一种气化技术,具有焦油含量低、污染小、热值高、可控性强等优点。     

生物质木屑热解特性研究

通过生物质木屑在管式热解炉内热解行为的研究,详细考查了样品的热解产物产率、热解气组成及温度对热解气产率和热解气组成的影响,得出了生物质木屑样品的基本干馏特性。     

低变质粘结性煤降粘与热解研究进展

随着煤化工产业的发展,对低变质粘结性煤的研究成为研究者的关注点之一。分别介绍了低变质粘结性煤的预氧化破粘法、溶剂萃取破粘法、添加剂破粘法、催化破粘法和机械破粘法这5种降粘方法,以及其在粘结性煤与配入煤共热解、粘结性煤与其他物质(生物质、废料等)共热解方面的高值化应用。提出了低变质粘结性煤降粘与热解耦合的技术路线,可为低变质粘结性煤在热解方面的应用提供参考。     

生物质代替优质煤与石煤混合热解特性研究

利用热重分析仪对石煤与2种生物质的混合物进行混合共热解的实验研究。结果发现高碱金属含量的存在使得玉米秸秆对石煤热解的促进效果好于锯末;升温速率为20℃/min时,混合物中石煤热解所需的活化能最低,其中玉米秸秆-石煤混合热解所需活化能低于锯末-石煤;生物质与石煤的混合比例为3:7时,石煤的热解速率最快。     

生物质在铁矿加工领域的应用研究进展

生物质作为清洁高效的新型资源,具有广泛的应用价值,充分利用生物质是当前双碳背景下冶金领域节能降碳的有效措施。介绍了生物质在浮选、烧结、球团、焙烧等铁矿加工领域中的应用,并总结了国内外学者在上述领域的现有研究成果及相关理论,同时提出了目前生物质在实际应用过程中存在的挑战。生物质作为浮选抑制剂时具有用量少、抑制性强等特点,但选择性相对较差;生物质在烧结工序中作为传统燃料的替代物,能够有效降低烧结成本和污染物排放,但其燃烧特性的缺陷导致大量添加时易造成烧结矿质量下降,目前尚无法大规模应用;生物质用作球团黏结剂时具有用量少、残留量低、可改善球团冶金性能等优点,但成本较高,且单一使用时容易使球团热性能和强度恶化;生物质作为焙烧还原剂时,可在较低的还原温度下获得更高的反应速率,但由于热稳定性差导致其与铁矿石共热还原时添加量受限,利用生物质单独热解制气或与传统焦煤混合使用可在一定程度上解决上述问题。最后,对生物质在铁矿加工领域的应用前景提出了展望。     

热解气氛对煤催化热解焦油品质的影响

为考察不同热解气氛对煤热解产物分布及焦油品质的影响,在固定床反应器内,以粒径范围为0.2～0.5 mm的和什托洛盖煤为研究对象,依次考察了热解温度、热解气氛和模拟热解气（SPG,N2+H2+CH4+CO+CO2）经过不同填装催化剂后对煤热解产物分布及焦油组成的影响。实验结果表明：N2气氛下,煤在550～750 ℃范围内进行热解时,在600 ℃热解时的焦油产率最大,为15.0%,是格金理论焦油产率的83.3%;在考察各热解气组分及模拟热解气对煤热解特性的影响时,发现以模拟热解气为热解气氛时,焦油中轻质焦油质量分数（沸程＜360 ℃）为63.2%,比在N2气氛下提高6.6%;当煤在通过各种催化剂层后的模拟热解气氛中热解时,获得的焦油产率均下降,但焦油中轻质焦油质量分数显著提高。其中,当模拟热解气通过Ni,Mo质量比为1∶1的4%Ni-4%Mo/HZSM-5催化剂时,煤热解焦油中轻质焦油质量分数为68.6%,这比无催化剂条件下煤在模拟热解气氛以及N2气氛中获得的轻质焦油质量分数分别提高8.5%和15.6%。     

煤与瓦斯突出微观机理研究

构建了煤表面与CH₄的吸附模型,采用量子化学密度泛函（DFT）理论计算方法,在B3LYP/6-311G计算水平上,对构建的煤与CH₄分子吸附伴生体系结构进行优化,得到了吸附平衡态的几何构型,计算了吸附能和振动频率,从而得出煤与瓦斯突出微观机理：在矿井生产中,由地震、开采等引起采掘工作面围岩应力变化导致煤岩体破裂,煤岩体破裂产生频率范围宽广的电磁波.由量子化学密度泛函理论（DFT）计算得到煤与瓦斯的吸附为物理吸附,吸附能为1.16 kJ/mol.煤与CH₄吸附形成的伴生分子体系以量子化形式吸收宽频电磁波,导致该体系由基态变为激发态,使得瓦斯由吸附态脱附变为游离态,形成大量的游离态瓦斯,在弱面发生煤与瓦斯突出.     

低阶煤中镉的赋存对其在热解中释放的影响

为了探明重金属镉元素在低阶煤热解过程中的释放机制,在铝甑反应器中考察了不同热解终温下(400~800 ℃)新疆淖毛湖煤和宝日褐煤热解过程中镉的迁移转化行为。提出了“原煤热解行为-镉在煤中的赋存形式-重金属镉的释放行为-FactSage模拟”这一技术路线,首先在TGA反应器中考察了2种低阶煤的热解特性,其次利用逐级化学提取法和电子扫描电镜研究了重金属镉在煤中的赋存形式,然后在铝甑反应器中研究重金属镉在煤热解过程中的释放行为,最后结合FactSage热力学模拟计算,分层次系统地揭示重金属镉元素在热解过程中的释放机制。结果表明,镉在煤中的赋存形式决定了其在煤热解中的挥发性:2种低阶煤中有机结合态的镉元素比例均较高,导致低温时镉元素即可随着有机质的热分解而逸出;宝日褐煤中铁锰结合态镉元素较多,且大多分布于煤颗粒表面,受热容易分解从而导致其挥发;高温时宝日褐煤由于其SiO2含量较高,高温下熔融硅酸盐可与气态的镉元素发生反应,使镉元素的挥发率降低,而淖毛湖煤由于其含有的碱金属和碱土金属较多,可与矿物形成低温共熔物而导致镉元素释放率持续增加。另外,FactSage化学热力学模拟的结果与实验现象相符。计算表明镉是一种易挥发的元素,低温时煤中的镉元素几乎全部以气态单质镉的形式挥发,镉不与煤中Si,Al,Cl,Fe和碱金属等元素反应,但是这些矿物对镉元素进行吸附或包裹会影响镉元素在热解中的释放。     

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。     

CO2气氛中低变质煤微波热解研究

煤-循环煤气微波共热解是煤清洁高效转化利用的一种新技术。为深入剖析其作用机理,主要研究了二氧化碳气氛中低变质煤的微波热解过程,系统考察了微波功率、热解时间、气体流量和煤样粒度等因素对热解产品收率、组成及煤气成分的影响。结果表明：CO2加剧了低变质煤的微波裂解程度,使原煤中挥发分析出较多,有机质分解加快,兰炭中矿物质有效富集。在微波功率960 W、热解时间40 min、CO2流量0.56 L/min、低变质煤样粒度5～10 mm的优化工艺条件下热解,兰炭收率最高可达60.8%,液体产品（煤焦油和热解水）收率最高可达21.8%,煤气中有价成分（CO+CH4+H2）体积分数达54.03%。所得兰炭中固定碳含量达84.89%,满足FC-4级兰炭标准;挥发分含量为4.86%,满足V-1级兰炭标准。所得煤焦油中烷烃类化合物含量高达35.5%。