逐级提取法研究新疆高钠煤中碱金属赋存形态

选择水、醋酸铵溶液、盐酸溶液作为提取剂,研究新疆红沙泉矿、准东矿原煤中碱金属的赋存形态。研究结果表明:准东煤的水溶钠含量为45.05%,高于红沙泉煤的水溶钠含量;新疆煤中钠形态主要以水溶态和不溶态的无机钠主,占比合计约70%,水溶和不溶的钾化合物占90%左右,即新疆高钠煤中碱金属的赋存状态较为复杂,主要以水溶态和不溶态为主,醋酸铵溶态和盐酸溶态含量较低。     

准东高碱煤气化过程中碱金属赋存形态迁移转化

利用循环流化床煤气化试验、三步萃取分析和X射线衍射（XRD）分析,对新疆准东煤田的天池木垒煤（TC）中碱金属钠和钾的赋存形态进行了研究,初步获得了天池木垒煤中不同赋存形态钠和钾的转化规律。研究结果表明：钠在天池木垒煤中主要以水溶形式存在,钾主要以不溶形式存在;在煤气化过程中,以有机形式和水溶形式存在的钠易挥发到煤气中,不溶钠总含量增加,且主要存在底渣中,飞灰中钠和钾主要以水溶形式存在;煤气化温度升高,更多水溶钠和酸溶钠挥发至煤气中,同时有更多不溶钠生成;尾部煤气温度降低,煤气中钠会以水溶钠和酸溶钠的形式凝结;通过XRD可以确定天池木垒煤中主要有,NaCl,Na2SO4和K3Na(SO4)2等水溶钠,不溶钠则以硅铝酸盐矿物形式存在且经过煤气化后,有更多硅铝酸盐生成,而会挥发进入煤气,在固态样品中无法检测到。     

新疆白石湖富镜质组高碱煤热解特性

利用固定床热解炉、格金干馏装置和热重分析仪研究了白石湖富镜质组高碱煤(BS1和BS2煤)的热解特性和产物产率;同时在碱金属钠形态表征的基础上,考察了不同前处理方法对热解产物和动力学参数的影响。结果表明,白石湖煤在600℃热解焦油产率最大,煤气产率随温度升高而增加;BS1和BS2煤固定床热解的焦油产率分别为13.98%和13.75%,远高于准东煤的1.61%。焦油具有低密度、高H/C原子比和柴油馏分特点,净煤气以H_2,CH_4和CO为主。BS1和BS2煤水溶钠(H2O-Na)占比分别为79.58%和85.38%;醋酸铵溶钠(AcNH_4-Na)占比10.32%和8.06%,但含量较低的Ac NH_4-Na对焦油抑制作用显著大于H2O-Na。经水、醋酸铵和盐酸溶液处理后,BS2煤热解活化能和指前因子呈现降低趋势,格金焦油产率从14.80%分别增加到15.45%,17.18%和16.92%。     

准东煤燃烧中不同形态无机元素向颗粒物的转化行为

采用逐级提取的方法对准东煤进行处理,依次制备了水洗煤、乙酸铵洗煤和盐酸洗煤,在沉降炉中开展了各煤样的颗粒物生成特性实验,以研究准东煤中不同形态无机元素向颗粒物的转化行为。燃烧温度为1 300 ℃时,模拟空气燃烧气氛。使用低压撞击器(LPI)收集燃烧生成的颗粒物,采用扫描电子显微镜和能谱(SEM-EDS)分析颗粒物的成分和形貌。研究表明,准东煤生成的颗粒物主要分布在1~10 μm,并且主要来自煤中乙酸铵溶态和盐酸溶态Ca,Mg的转化。它们大部分形成富Ca,Mg的无规则形貌颗粒,小部分形成球形的硅铝酸盐颗粒。Na在准东煤中主要以水溶态形式存在,很大一部分转化成PM1(尤其是PM0.1)。Fe在准东煤中主要以盐酸不溶态和盐酸溶态形式存在,燃烧后主要分布在PM1~10中,其中盐酸溶态Fe有较大贡献。     

准东煤中钠的赋存状态及分布特征

为了研究钠对新疆高钠煤开发利用的影响,研究了准东煤田煤中钠的赋存形态、钠的含量及分布规律。以准东五彩湾矿区、将军庙矿区等各矿区采集的样品为载体,以去离子水、醋酸铵、盐酸为提取剂对准东高钠煤进行逐级化学提取试验,分析煤中钠的赋存形态。对各煤矿煤样进行有机显微组分测试、矿物组分测试和钠含量测试,通过数理统计方法分析准东地区钠含量分布特征。结果表明：（1）准东煤中钠形态以水溶钠为主,水溶钠含量在不同煤层由高到低的顺序为上部分层样>下部部分层样>中部部分层样。（2）准东煤中根据显微组分数据,显微组分含量的差异不是导致钠含量差异的主要原因;不同类型矿物中钠含量不同,其中以黄铁矿占绝对优势。（3）利用SEM-EDX检测夹矸中发现钠长石型含钠矿物,由此根据数据分析,表明钠从地表到煤层中含量显著降低。     

水溶性钠对高碱煤及模型化合物燃烧特性的影响

新疆准东高碱煤中钠、钙等碱金属和碱土金属含量高,其中钠分别以水溶态、醋酸铵态、盐酸态和不溶态4种形态存在。水溶态钠占比高达82%,易于水洗去除,且对燃烧过程挥发分的析出速度及对着火温度和燃尽温度有明显影响。为进一步探究水溶性钠对准东高碱煤燃烧特性的影响机制,利用差示扫描量热值仪与质谱联用仪(DSC-MS)开展燃烧试验,对比研究水溶性钠对准东脱灰煤(DC)及模型化合物(MH)燃烧特性的影响,分析着火温度、燃尽温度、最大燃烧速率、综合燃烧特性指数等燃烧特性参数,并采用Coats-Redfern积分法对燃烧反应进行动力学分析。结果表明:(1)MH与DC的平均失重速度和综合燃烧指数都有较好的一致性,可以利用模型化合物代替高碱煤开展燃烧特性及污染排的放特性研究;(2)钠对DC和MH的挥发分析出阶段无明显影响,主要促进了固定碳的燃烧;(3)动力学分析验证DC和MH的反应级数均为1级;(4)钠对DC及MH的挥发分析出及着火阶段(温度低于490℃和530℃)无明显影响,但对固定碳的燃烧起到进作用。     

新疆高油煤中钠的分布及存在形式研究

基于新疆地区高油煤成煤过程中富集的大量Na等碱金属明显影响煤的热解产物产率及其利用,对高油煤代表性矿区白石湖矿区钻孔煤质数据统计的基础上,采集一采区和三采区样品进行了逐级化学萃取实验。实验结果表明,白石湖煤焦油产率与挥发分和镜质组含量均呈现正相关性,但与煤灰氧化钠含量无相关关系,煤灰氧化钠含量集中在2.5%~3.5%之间。白石湖矿区煤中钠相对富集于有机质中,且钠摩尔含量明显高于煤中氯。白石湖煤中钠的水溶形式占比80%左右,主要以氯化钠、硫酸钠和水合离子钠等形式存在。     

水溶Na对高碱煤热解及氮热变迁的影响

新疆准东煤田煤炭资源丰富,部分新疆煤含有超过0.4%的高碱金属含量而被称为高碱煤。在热利用过程中碱金属Na作为催化剂可改变煤的反应活性,进而影响其热反应过程及氮氧化物的排放。为研究水溶Na对高碱煤热解特性及氮热变迁规律的影响,选取准东煤作为典型新疆高碱煤,并采用盐酸对其进行脱灰预处理,在脱灰煤中添加不同含量的NaCl代表高碱煤中水溶钠,利用热重-差示扫描量热、红外、质谱(TG-DSC-FTIR-MS)联用仪开展热解实验,运用Coats-Redfern积分法对煤热解反应进行动力学分析。结果表明,少量Na促进低温段(40～295℃)的干燥脱气反应,大量Na促进高温段(>800℃)二次脱气反应,Na对主热解阶段(中温段)影响较小。动力学分析表明Na含量≤0.6%时,煤热解表观活化能降低,Na对煤热解具有催化作用。通过红外与质谱的综合分析,发现在低加热速率条件下,对煤燃烧过程NO_x气态前驱物以HCN为主,其生成量远大于NH₃。Na的添加可明显促进煤热解NH₃生成,0.7%Na的含量使NH₃的析出量增加...     

马莲台煤热解过程中硫元素的迁移规律研究

针对马莲台煤热解过程中硫元素的迁移规律进行研究,利用中低温热解试验获得了不同热解终温时原煤中硫元素的迁移去向和迁移比例,并研究了热解终温对硫元素迁移比例的影响和不同形态硫在产物中的转化。结果表明:热解终温在400~800℃,原煤中53%~63%的硫被固定在固态煤焦中;随着热解终温的升高,煤中硫元素向气、液相热解产物中的迁移比例有所升高,650℃时迁移比例达到约46%;经分析表征,煤焦中的硫元素主要以有机硫的形式存在,其中噻吩含量最高。     

新疆高钠煤脱钠提质过程中钠存在形式

为解决新疆高钠煤在燃烧利用过程中引起的结渣和沾污等问题,研发了一种洗涤溶液且对该溶液脱除新疆高钠煤中钠效果以及脱钠过程中钠存在形式进行了评估实验。结果表明:中国新疆高钠煤中的钠主要以水溶钠为主,有机钠和不可溶钠含量较少。工艺条件对脱钠效果的影响因煤种而有所不同。水溶钠的脱除主要与洗涤溶液用量和温度有关;粒径的减小和温度的提高能促进高钠煤中有机钠的扩散。在合适的工艺条件下高钠煤中大部分水溶钠和大约1/2有机钠被脱除,钠脱除效率达到50%以上。     

配入低阶煤对制得气化焦气化特性的影响

从7种煤样中筛选出3种制焦配煤,利用高温热解实验装置在不同热解温度条件下制备3种煤焦,分析了温度对热解产物分布的影响规律,测定了煤焦的比表面积、孔体积及孔径分布特征,并揭示了煤焦孔隙特性及煤种与煤焦的CO2气化反应活性的相互关系。结果表明,随热解温度的升高,3种煤焦收率下降,同等温度条件下,配煤CY/QM制得的煤焦收率最低;在制焦终温低于1 150℃时,煤焦的比表面积及孔体积随制焦温度的提高而增大,气化活性亦随之增加,不同配煤所制得的煤焦反应性大小顺序为:CY/QMCY/QM/JMCY/GSJM;而在制焦温度达到1 150℃之后,煤焦部分孔结构坍塌,其气化活性不再明显增加,3种配煤所制得煤焦的反应性亦相差不大。     

CaS为中间产物的炉内喷钙同时脱硫脱硝技术探讨

介绍了煤粉炉在低NOx燃烧条件下以CaS为中间产物,选用不同煤种,在不同区域喷钙、温度、钙硫比、过量空气系数等对脱硫率的影响,分析了以CaS为中间产物的低NOx燃烧条件下的炉内同时脱硫脱硝技术的可行性,探讨了生成CaS的合适的炉内反应条件,分析了脱硫过程与脱硝过程之间的相互影响。得出在高温和强还原性气氛下更易生成CaS,在温度高于1250℃条件下,适当控制反应条件,可以得到有利于CaS生成CaSO4反应的结果。     

活性焦干法联合脱硫脱硝的正交实验

采用正交实验,结合SEM和XPS等表征手段,研究了空速、温度、烟气中NO,SO₂的浓度等因素对含氨活性焦硫容和脱硝量的影响.结果表明,NO和SO₂之间存在着竞争吸附,SO₂优先吸附在活性焦上;NO的脱除主要是NO和NH₃的催化还原反应,SO₂的脱除是活性焦的直接催化和部分硫铵的产生;影响脱硫脱硝的主要因素是反应温度;最佳工艺条件是：空速4 500 h^-1、温度130 ℃、NO与SO₂浓度分别为0.15%和0.10%,此时硫容为152.82 mg/g,脱硝量为57.88 mg/g.     

煤炭地下气化污染物析出规律模拟试验研究

以实体褐煤为研究对象,采用多功能热解气化炉模型试验台,于不同温度下进行实体褐煤的热解试验,模拟煤炭地下气化污染物析出过程。结果表明：随着热解温度的升高,氨氮、COD析出量逐渐增加;硫化物开始反应时析出缓慢,650 ℃时急剧增加;吸收液电导率逐渐升高;热解温度低于500 ℃时,吸收液pH<7,热解温度高于550 ℃时,吸收液pH>7。通过模拟煤炭地下气化过程,最终建立了热解温度与污染物的函数关系式。     

热解条件对气化水焦浆用半焦性质的影响

选用双鸭山东荣长焰煤为样品,利用马弗炉进行了中低温热解试验,考察了热解温度、升温速度和保温时间等对半焦的产率、组成和发热量的影响,并以水焦浆气化对原料的要求为导向,研究热解温度对半焦气化反应活性和可磨性的影响.研究结果表明在热解工艺条件中,热解温度对半焦的产率、组成和发热量的影响最大,随着热解温度的提高,热解半焦产率和气化反应活性均降低,半焦灰分升高.热解温度在400～700℃下所制半焦的内在水分、发热量和可磨性均满足水焦浆气化的基本要求,且当热解温度在400～450℃时,所得半焦的哈氏可磨度更高,预测的成浆性也更好,综合分析可确定,热解温度控制在400～450℃之间制备的长焰煤半焦适用于水焦浆气化.     

不同煤阶煤炭化过程中挥发分组成及微孔变化的研究

用SORPTOMATIC1990吸附仪研究了6种不同煤阶煤（包括无烟煤、贫瘦煤、焦煤、肥煤、弱黏煤、气煤）在3 ℃/min升温速率到1 000 ℃的炭化过程中孔容和孔径随温度的变化规律,并用Bio-rad FTS-165裂解红外测定了各种煤在10 ℃/min升温速率的炭化过程中挥发分的组成及各自的释放温度范围.结果表明:不同变质程度煤在裂解过程中,可挥发性芳香物生成量的大小排序为肥煤>焦煤>瘦煤>气煤,且肥煤芳环上的取代基最多,而弱黏煤和无烟煤生成可挥发性芳香物的量最少.煤阶越低,释放CO2的温度越低,生成的量越多.1 000 ℃生成焦炭的孔容大小排列为：肥煤C1>弱黏煤D1>焦煤B1>无烟煤YQ,比表面积大小排列为C1YQ,B1>D1,平均孔半径大小的排列为：D1B1>YQ>C1.在炭化过程中,C1肥煤的孔容和比表面积变化最剧烈,YQ煤变化最小.C1煤生成焦炭表面积最大为20 m2/g,其它煤成焦表面积3 m2/g.     

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。     

升温速率对准东褐煤热解特性及煤焦孔隙结构的影响

为了简化活性焦的制备工艺流程,降低其生产成本,同时拓宽准东褐煤利用途径,需要对准东褐煤热解过程进行更深入的研究。利用热重(TGA)技术考察了准东褐煤在不同升温速率(10,20,30,40和50 ℃/min)热解失重特性并采用等转化率法分析了其动力学参数,同时利用程序升温和快速热解在终温为800 ℃条件下制备出活性焦SC1和SC2。采用氮吸附仪(BET)获得煤焦的孔隙结构参数,利用红外吸收光谱仪(FT-IR)和拉曼仪光谱仪(Raman)分别获取煤焦大分子结构中的官能团和碳骨架结构信息。研究结果表明,基于热重法分析出准东褐煤热解动力学参数,活化能和指前因子变化范围为38.89～229.13 kJ/mol和108.26～1.18×109 s-1。升温速率为30 ℃/min时,有足够热量促进煤焦内部有机结构分解生成大量挥发分,煤焦内部形成合理的温度梯度,阻碍了热缩聚反应造成孔隙阻塞,挥发分顺利释放促进了孔隙结构形成。程序升温热解焦SC1烧失率为46.5%,比表面积为312.91 m2/g,孔容为0.178 cm3/g,平均孔径为2.271 nm;而快速热解焦SC2烧失率为37.3%,比表面积达到424.25 m2/g,孔容为0.189 cm3/g,平均孔径2.342 nm,以微孔为主,结构参数明显好于SC1。快速热解炭化制备活性焦前驱体,促进煤焦生成大量无定形结构和缺陷结构,利于活化阶段微孔孔隙结构的构筑。