煤热解动力学模型的建立

通过对煤热解反应动力学分析,基于分布活化能模型DAEM,建立了集总反应动力学模型表示煤炭热解过程。确定了可以预测热解产物组成、分布与热解终温和升温速率关系的动力学方程。结果表明：随热解温度升高,各种挥发分产物析出率越来越接近最大产率;半焦C含量增加,但产率下降,H,O,N和S等元素降低。升温有利于提高半焦脱硫率、脱氮率。温度为600℃左右时,除H2外的大部分挥发分基本析出,半焦元素变化幅度减小。热解终温较低且一定时,较慢的升温速率有利于各热解挥发分最大限度析出。秦丽娜     

吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性及动力学分析

吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性研究利于煤的清洁高效利用及煤炭地下气化的开展,为探究吐哈盆地褐煤煤粉颗粒的热解特性和燃烧特性及动力学特性,通过热重实验、热解特征指数计算、综合燃烧指数计算及动力学软件Kinetics Neo模型拟合法,研究了煤粉在不同升温速率(5℃/min, 10℃/min, 20℃/min)和不同粒径(大于0.8 mm, 0.2 mm～0.6 mm,小于0.1 mm)下分别在氮气气氛中的热解特性和空气气氛中的燃烧特性,获得了不同条件下煤粉颗粒热解和燃烧过程的动力学参数。结果表明：升温速率升高有利于煤粉颗粒热解和燃烧,显著提升了热解和燃烧性能;煤粉颗粒粒径增大有利于煤粉热解,不利于煤粉燃烧;不同粒径煤样热解和燃烧焦产率没有明显区别,粒径增加对于挥发分释放的影响不大;热解与燃烧过程中活化能与指前因子分别在一次热解阶段和干燥挥发阶段较高,说明在这两个阶段反应速率较慢,单位时间内化学反应程度较高。     

基于热重法的准东煤等转化率热解动力学模型

准东煤热解脱挥发分特性对其热加工利用过程具有重要影响,建立准东煤热解通用动力学模型对预测挥发分产率及反应性能具有重要意义。采用热重测量了不同升温速率条件下的准东煤脱挥发分失重特性,使用Friedman、Flynn-Wall-Ozawa（FWO）和Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）3种等转化率模型来处理热重实验数据,仔细分析了不同模型参数的获得方法及不同模型中活化能及指前因子的差异。研究结果表明,准东煤活化能分布函数呈现单峰分布;相比其他模型,FWO模型能够较好地描述准东煤的热解过程。     

基于热重法的准东煤等转化率热解动力学模型

准东煤热解脱挥发分特性对其热加工利用过程具有重要影响,建立准东煤热解通用动力学模型对预测挥发分产率及反应性能具有重要意义。采用热重测量了不同升温速率条件下的准东煤脱挥发分失重特性,使用Friedman、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)3种等转化率模型来处理热重实验数据,仔细分析了不同模型参数的获得方法及不同模型中活化能及指前因子的差异。研究结果表明,准东煤活化能分布函数呈现单峰分布;相比其他模型,FWO模型能够较好地描述准东煤的热解过程。     

大庆油页岩热解特性及动力学研究

采用热分析方法对大庆油页岩热解特性进行研究,考察了升温速率和热解终温对油页岩热解特性的影响.结果表明,温度是影响热解的最主要因素,随着温度的升高,挥发分产率增大;随着升温速率的增大,油页岩的热解特征温度和最大热解速率都明显提高.根据热失重曲线建立了大庆油页岩热解动力学模型,采用傅立叶红外光谱分析对油页岩及热解半焦官能团变化情况进行分析,发现油页岩的主要官能团与煤接近;随着热解终温的升高,半焦含氧官能团的吸收峰逐渐减弱.     

混煤的流化床热解动力学研究

采用微型流化床热分析仪(MFBRA),探讨了不同煤种及其混煤在相同的热解条件下甲烷的析出特征及其生成动力学.结果表明,在相同的热解条件下,煤热解过程中甲烷的开始析出温度随煤中挥发分的升高而降低,甲烷的最大析出速率及甲烷的生成总量都随煤中挥发分的升高而增加;煤热解反应的活化能(E)随煤中挥发分的升高而降低,表示煤的挥发分愈高,煤的热解愈容易进行;配煤改变了单种煤的煤质特征,其水分、挥发分和灰分等煤质指标等于单种煤相应煤质指标的加权平均值,但混煤热解的活化能(E)并不等于配合单种煤活化能(E)的加权平均值.     

神木煤显微组分热解特性和热解动力学

在高压热天平上考察了神木煤显微组分在不同热解温度、压力和升温速率下的热解行为 .并利用分布活化能模型 (DAEM)研究了显微组分的热解动力学 .结果表明 :在相同的热解条件下 ,镜质组比丝质组有较高的挥发分收率 .随热解温度升高 ,镜质组和丝质组的挥发分收率增加 .热解升温速率和压力对镜质组和丝质组的挥发分收率略有影响 .DAEM的动力学处理表明 :镜质组的归一化热解速率高于丝质组 ,热解活化能较低.     

用热分析技术研究煤的热解特性

用热分析技术研究了自洗蒙古煤和乌煤在氮气中的热解特性,探讨了升温速率和煤样粒径对热解过程的影响,根据煤热解产物释放特性指数r的大小来确定两种煤的热解性能。结果表明:同一升温速率下,自洗蒙古煤的热解特性要好于乌煤;同一种煤,升温速率越高,r值越大,热解特性越好。应用不同升温速率下的热解曲线计算出两种煤热解过程的动力学参数。用等转化率法求得热解过程的活化能;用主曲线法确定失重过程的最可几机理函数。     

山楂核热解特性及其产物研究

为研究山楂核热解特性及其产物分布规律,在不同升温速率及不同热解终温条件下对山楂核粉末进行热重分析,并用自制小型固定床热解炉对山楂核粉末进行了热解实验,考察了热解终温和升温速率对山楂核热解的三相产物产率的影响,结果表明：热解终温对焦油产率影响不大,对热解气和焦炭产率有显著影响,随着热解终温的提高,焦炭产率降低,而热解气产量增加。同一热解终温条件下,随着升温速率由5℃/min增加到10℃/min,焦油产率增加（热解终温600℃时,增加量约6个百分点）,焦炭和热解气产率降低,并且热解终温越大,升温速率对焦油产率影响越大;同时,提高热解终温和升温速率会使反应速率增大。     

热质联用研究烟煤热解气体释放特性

采用热重-质谱联用技术研究三种烟煤程序升温热解过程中气相产物析出特性,分析了热解温度、升温速率和煤种对气体产率和生成规律的影响.结果表明,随着升温速率增大,挥发分释放特性指数增大,更利于热解产物析出.较高的升温速率缩短了反应时间,使气相产物产率降低.烃类气体的生成曲线都呈单峰分布,而其他气体生成曲线呈不规则变化;不同煤种热解产生的H_2和烃类气体的离子强度曲线随温度变化趋势一致,且峰值温度都十分接近;相同热解条件下,不同煤种热解的气体产率跟煤样成分相关;不同煤种中硫的存在形态不同,主要以H_2S,SO_2和COS的形式逸出.     

沛城煤矿天然焦的热解特性

天然焦是一种热值在18～28 MJ·kg-1 的化石燃料,虽储量丰富,但多被弃用,有待于开发利用。采用TG-FT-IR联用技术在Thermax500 型加压热重分析仪上比较徐州沛城煤矿天然焦与徐州韩桥烟煤的热解过程,并利用VECTOR 22 型红外分析仪对热解产物进行了分析。考察了升温速率、热解终温、颗粒尺寸和压力对天然焦热解特性的影响。结果表明,与煤的热解过程不同,天然焦的热解没有半焦形成阶段,只包括了2 个不同的脱气阶段;随升温速率的提高,TG曲线向高温区偏移,升温速率对天然焦挥发分的析出量几乎没有影响;热解终温对试样挥发分析出量的影响较为明显,高温时,试样颗粒在显微镜下呈现出丰富的微孔结构,有利于挥发分的析出和还原活性的提高;颗粒粒度的减小有利于挥发分的析出;低于某特定温度,热解压力的影响较弱,当温度继续升高,压力的影响逐渐明显。     

乌拉盖褐煤热解特性及反应动力学参数研究

为获得较好的褐煤半焦制备工艺参数,研究了不同制备条件(热解终温、升温速率、原煤粒径、热解气氛)下制得的乌拉盖褐煤半焦的燃烧性能和燃烧动力学参数。结果表明,热解终温对半焦品质的影响最大,热解升温速率、原煤粒径和热解气氛对半焦燃烧特性的影响不显著。热解终温由350℃升至600℃时,反应指数RI由235℃升至292℃,半焦着火性能变差;燃尽指数Cb由4.68升至6.15,半焦燃尽性能变差;爆炸指数Kd由2.54降至0.46,半焦爆炸倾向性变低;反应活化能由44.4 k J/mol升至63.4 k J/mol,半焦燃烧动力学特性变差。热解终温为520℃时制得的半焦反应指数、燃尽指数、爆炸指数和反应活化能分别为265℃,5.34、0.80和53.2 k J/mol,属于易着火、易燃尽、中等爆炸燃料,燃烧特性良好。     

神木煤热解的挥发分收率与岩相组成的关系

引　言从构成煤的微观层次的显微组分入手研究煤的组成、结构和性质已成为煤化学研究的一个重要方面 ,在这方面一些研究者已做过许多有意义的尝试 ,主要集中在有关配煤制优质焦炭等方面[1] ,对于煤的热解挥发分收率与岩相组成相关联的研究也有零星报道 .Ｄｕｘｂｕｒｙ[2 ] 对一系列煤及其显微组分的热解研究结果表明 :不同煤的镜质组和惰质组的热解挥发分产率相差不大 ,相同量的不同煤种挥发分量的不同是由壳质组引起的 .其他研究者因不能得到纯度较高的显微组分而仅对热解过程中镜质组和惰质组的相互影响做过推测 .对于煤的挥发分收率与岩…     

松木屑加压CaO催化热解动力学研究

研究了不同压力、升温速率以及添加CaO催化剂对松木屑热解过程的影响并进行了动力学分析。研究结果表明：1）增加系统的反应压力会降低热解过程的最终失重率,最终的剩余物质增加,并且提高反应压力,不利于挥发分析出。但是通过动力学分析发现,一定范围内增加压力能够降低热解过程中的活化能,从而有利于热解反应的发生,但是压力超过0.7 MPa以后,活化能开始增加。2）增加升温速率,挥发分释放的越强烈,有利于热解反应的进行,但挥发分大量析出的温度范围并没有很明显的浮动。通过动力学分析发现,随着升温速率增加,反应的活化能出现减少趋势,这说明随着升温速率增加,松木屑热解反应更加激烈。3）在松木屑热解反应中添加CaO对反应过程有较大的影响。随着CaO催化剂添加量增加,松木屑最终失重率逐渐减少,从72.81 %减少到59.61 %,降幅达到18.13 %。DTG曲线显示失重峰增加到4个,另外两个为Ca（OH）₂和CaCO₃分解所引起的失重峰。随着CaO添加量的增加,第1个失重峰的峰值和第2个失重峰的峰值逐渐减小,最大峰值对应的温度点变化不明显;第3、第4个失重峰的峰值逐渐增加,最大峰值对应的温度出现明显增加趋势。     

Thermogravimetric analysis and pyrolysis of waste mixtures of paint and tar slag

We describe thermogravimetric analyses and pyrolysis kinetic studies carried out on hazardous waste mixtures of tar slag, paint slag, paper, sodium sulfate and calcium oxide. Both thermogravimetric (TG) and differential thermogravimetric (DTG) profiles were measured by a thermogravimetric analyzer at different final temperatures, particle sizes and heating rates. Pyrolysis kinetic parameters were calculated by the Coats-Redfern method. Influences of particle size, heating rate and final temperature on pyrolysis yields and kinetic parameters are also discussed. The results show that final temperature and particle size have a great effect on pyrolysis yields. We find that with increasing temperature the activation energy initially increases to a maximum value and then decreases. This work was presented at the 7 ^th China-Korea Workshop on Clean Energy Technology held at Taiyuan, Shanxi, China, June 26–28, 2008.     

The kinetics of combustion of coal volatiles

The thermal explosion theory of volatile matter evolved from a coal particle has been adopted to evaluate the activation energy of the combustion of volatiles. The apparent global activation energies calculated from the experimental ignition of three bituminous coal types were in the range 60–70 kJ mol⁻¹. By analogy with rapid coal pyrolysis this suggests that a sequence scheme reaction describing the oxidation of volatiles can be approximated by a global single-step process having a lower activation energy than the combination of any single volatile matter flame component.     

Rapid devolatilization and hydrogasification of bituminous coal

Rapid devolatilization and hydrogasification of a Pittsburgh Seam bituminous coal were studied and an appropriate coal conversion (weight loss) model was developed that accounts for thermal decomposition of the coal, secondary char-forming reactions of volatiles, and homogeneous and heterogeneous reactions involving hydrogen. Approximately monolayer samples of coal particles supported on wire mesh heating elements were electrically heated in hydrogen, helium, and mixtures thereof. Coal weight loss (volatiles yield) was measured as a function of residence time (0–20 s), heating rate (65–10000 °C/s), final temperature (400–1100 °C), total pressure (0.0001–7 MPa), hydrogen partial pressure (0–7 MPa), and particle size (70–1000 μm). Volatiles yield under these conditions increases significantly with decreasing pressure, decreasing particle size, increasing hydrogen partial pressure and increasing final temperature, but only slightly with increasing heating rate. The data support the view that coal conversion under these conditions involves numerous parallel thermal decomposition reactions forming primary volatiles and initiating a sequence of secondary reactions leading to char. Intermediates in this char-forming sequence can escape as tar if residence time in the presence of hot coal surfaces is sufficiently short (e.g. low pressures and small particles well dispersed). Hydrogen at sufficiently high partial pressure can interrupt the char-forming sequence thereby increasing volatile yield. Rate of total product generation is largely controlled by coal pyrolysis while competition between mass transfer, secondary reactions, and rapid hydrogenation affects only the relative proportions of volatile and solid products formed.     

超细鹤岗烟煤热解实验研究及动力学参数分析

采用日本岛津（SHIMADZU）公司生产的DTG-60H型热重-差热分析仪研究了鹤岗烟煤在两个不同升温速率5C／min和10C／min下。对常规粒度与超细粒度4个煤样进行了热解实验．热解实验所用气体为纯N2,气体流量均为80mL／min．煤样的颗粒粒度由英国Malveyn公司的MAM5004型激光粒度分析仪测定．根据实验数据计算了各实验煤样热解动力学参数．结果表明,鹤岗煤粉热解的活性与其粒度的关系为：随着粒度的减小,其热解活性越好,活化能相对较小;并且随着粒度的减小,热解反应时间也减少,煤粉的热解特性随平均粒度减小而改善．