活化半焦对胜利褐煤热解挥发分氮的催化重整

为减少褐煤热解过程中有害氮产物(包括HCN、NH_3和焦油-N)的释放,以生物质、褐煤、烟煤和无烟煤为原料制备的半焦以及负载质量分数7%、10%、13%和15%Ca~(2+)的烟煤半焦作为催化剂,在两段流化床石英反应器中进行胜利褐煤热解挥发分氮的催化重整研究。结果表明:半焦有助于促进焦油和HCN的二次反应,降低焦油-N和HCN的产率,增加N_2的产率。半焦中Ca~(2+)的加入,有利于释放半焦催化剂中的H自由基,从而进一步催化焦油-N的裂解。半焦催化剂中烟煤半焦的催化效果最好,较佳的Ca~(2+)负载量为13%。影响半焦催化重整活性的主要因素有半焦比表面积、表面含氧官能团、碱金属和氢自由基。     

不同煤化程度煤的热解及氮的释放行为

采用热重-红外-质谱联用技术（TG-IR-MS）,对4种不同煤化程度的煤进行热解实验,实时记录了煤在30~1 100 ℃,以10 ℃/min升温速率、氦气气氛下热解过程中的质量变化和生成气体成分。研究结果表明：随着热解温度的升高,煤中逐渐释放出氮化物,如HCN,NH3等。不同煤化程度的煤具有不同的N释放行为。气煤、焦煤、1/3焦煤等主要以NH3与HCN两种形式释放,无烟煤热解时主要是以NH3形式释放。煤热解释放的HCN和NH3来源于不同的氮。 HCN可能主要来源于煤分子边缘的五元环吡咯氮和六元环吡啶氮,而NH3主要来源于煤分子内部的季氮。NH3的释放经历了2个阶段:低温（550 ℃）阶段为煤中挥发分的初级热解产物;高温（750~850 ℃）阶段为煤中挥发分的二次热解产物。     

煤粉等温燃烧挥发分、焦炭耦合作用及同步NO释放规律

利用自制的等温热重装置及NO测量系统,对煤粉及煤焦进行了等温燃烧实验,研究了挥发分与焦炭燃烧耦合作用及同步NO释放特性。结果表明：煤粉等温燃烧过程中,挥发分对焦炭燃烧同时存在促燃和“抢氧”作用。随着温度降低,挥发分对焦炭的促燃作用增强,“抢氧”作用减弱。温度升高,挥发分NO和焦炭NO转化率均呈上升趋势,焦炭NO贡献率升高。煤的煤化程度降低,挥发分对焦炭的促燃作用和“抢氧”作用均增强,挥发分NO和焦炭NO转化率均上升,焦炭NO贡献率升高。不同氧气体积分数下,均存在挥发分对焦炭的促燃作用。环境氧气体积分数降低,挥发分的“抢氧”作用时间延长,挥发分燃烧段和焦炭燃烧段出现分离趋势,挥发分NO和焦炭NO转化率均下降,焦炭NO贡献率下降。     

基于固定床上层燃炉煤热解碳黑形成规律的研究

以粒径3~5 mm的3种煤为研究对象,在设计的可移动式-固定床实验台上,进行了层燃炉块煤热解碳黑生成规律的研究.采用电感耦合等离子光谱仪测试分析碳黑气溶胶中的灰分含量,二氯甲烷溶液溶解分离碳黑和焦油,电子天平称量碳黑气溶胶和碳黑的质量.实验结果表明,随着炉膛温度的升高或气体停留时间的延长,碳黑生成量增加,焦油生成量减少,更多的焦油转化为碳黑,碳黑和焦油生成量之和维持在一个相对恒定的值;当温度较高或气体停留时间较长时,碳黑生成量的曲线梯度较大;在相同条件下,较高挥发分的煤热解时生成更多的碳黑.     

煤粉粒度对神华煤热解及燃烧特性的影响

采用瑞士梅特勒公司生产的TGA/SDTA851e热重分析仪器研究了4种不同煤粉粒度神华煤的热解、燃烧特性,考察了粒径及升温速率对热解和燃烧的影响。采用不同的升温速率制取两组焦样,进行热天平燃烧实验。用特征温度表征燃烧过程特性,分析燃烧规律的变化。实验结果表明,随着制焦时煤粉粒径的减小,煤焦的着火温度提前,燃烧的剧烈程度增加,燃烧的稳定性和燃烬程度得到了改善。由于挥发分的存在,煤粉燃烧过程中粒径对于难燃质燃烧的影响较小。     

高温下混煤燃烧挥发分与焦炭交互作用及评价方法

利用自制恒温热重实验系统,对几种典型煤种混煤试样进行恒定高温下的燃烧动力学实验,研究了掺混比、煤种、温度等因素对混煤燃烧过程中挥发分与焦炭交互作用的影响。该实验系统能近似模拟煤粉炉中煤粉突然喷入炉内高温燃烧情况,实现恒定高温下煤粉实时质量监测从而推算燃烧动力学。结果表明：随着新疆褐煤掺混比例的增加,燃烧速率升高,燃烬时间缩短。煤粉挥发分与焦炭燃烧存在时间上的重叠,并不是完全独立的两个过程。利用球对称收缩核模型描述高温下混煤燃烧过程,实验曲线与模拟曲线重合度较高。混煤在高温下燃烧挥发分与焦炭产生了显著的交互作用,简单加权方法由于未考虑这种交互作用,与实验曲线存在明显出入。通过改变高挥发分煤所占权重,提出了一种改进加权方法,重合度较高,且优于动力学模型。     

烟煤挥发分和焦炭分解燃烧过程中NO释放特性

采用固定床反应器，将烟煤的燃烧分为焦炭燃烧和挥发分燃烧两部分，研究了各自燃烧过程中产生NO的规律，评价了焦炭N和挥发分N对煤粉燃烧产生NO的相对贡献.研究结果表明，煤粉N﹑焦炭N和挥发分N的转化率都随过量空气系数α和温度的增加而增加；由挥发分N转变成NO是烟煤燃烧过程的主要来源；烟煤NO的转化率都小于其分解燃烧时挥发分NO＋焦炭NO的总转化率；氧化性气氛越强，挥发分和焦炭在煤粉燃烧时的相互作用越强.     

温度和压力对煤热解影响的研究

在不同压力及不同温度下对内蒙烟煤进行热解研究,考察温度和压力对热解产物产率及热解气体组成的影响规律。研究表明:随着热解压力的增加,内蒙烟煤的气体产物和固体产物总量增加,液态产物减少,其焦油产率降低、半焦产率增高,干馏气中H2和CO含量下降、CH4含量上升;随着热解温度的增加,其焦油产率先增加后减少,干馏气中H2含量不断上升,即热解温度升高可使气相产品的产率增大及液相产品产率降低。     

基于低温热解技术的煤泥制备半焦试验研究

为了进一步了解煤泥低温热解过程,考察热解温度和热解时间对煤泥半焦性质的影响,通过研究煤泥的低温热解特性,揭示其低温热解规律,并确定制备半焦的最优工艺条件。试验结果表明:煤泥的低温热解温度在380~600℃之间,热解温度在450℃左右时热解速率最大;随着热解温度和热解时间的增加,半焦的产率和挥发分逐渐降低,而其灰分和固定碳不断增加;随着热解温度的增加,半焦中的C含量呈先降低后增加的趋势,随着热解时间的增加,其含量逐渐增大;随着热解程度的增加,其中的N、H、O等元素含量逐渐降低,回吸水含量不断增加。在热解温度为450℃、热解时间为30 min的条件下,煤泥低温热解效果最好,半焦产率为85.54%、灰分为29.3%、挥发分为16.29%、固定碳为53.89%、回吸水含量为1.67%;与原煤性质相比,其水分下降27.07个百分点,这对提高其发热量十分有利。     

两种不同脱水方式对褐煤热解特性的影响

为了对脱水提质后的褐煤规模利用提供基础数据,采用热风转筒干燥和微波脱水对褐煤进行脱水,对所得干燥褐煤进行固定床热解试验。采用热重分析仪(TG)和热重质谱联用分析仪(TG-MS)等实验设备对比研究了不同干燥煤样热解特性的变化规律,在此基础上采用模拟蒸馏分析仪以及粒度分析仪研究了热解焦油组成和热解半焦粒度的分布规律。随着微波干燥功率的增大和热风转筒干燥时间的延长,干燥煤样热解活化能增大。原煤和不同的干燥方式下煤样在热解过程中达的到最大释放强度在487.5℃左右,虽然褐煤在微波干燥后热解活性有所下降,但改变并不剧烈,干燥煤样仍保持了较高的热解活性。微波干燥煤样的挥发分产率小于热风转筒干燥煤样,且热风转筒干燥煤样细粒径含量更多,这对于热解过程中挥发分的释放具有促进作用。