石英管定向强化流场模拟内构件反应器不同厚度煤热解特性

内构件固定床热解反应器通过强化传热和调节热解产物由高温区向低温区流动并优化热解产物二次反应与反应器内流场、温度场的匹配关系,提高了热解油气收率和品质。采用石英管定向强化流场模拟内构件固定床反应器,考察不同厚度煤层热解特性。试验结果表明,随着煤层厚度的增加,热解焦油收率降低,焦油中轻质组分含量(沸点低于360 ℃)明显升高。当温度为800 ℃,煤层厚度从100 mm增加到200 mm时,焦油产率从6.96%下降到4.50%,下降幅度达35.30%;焦油中轻焦油组分含量从62.50%上升至76.80%,增加幅度达22.90%;热解水和煤气产率分别由9.32%和9.60%增至10.70%和10.90%,半焦产率略微降低。其中汽油馏分从3.80%增加到20.30%,煤油馏分从18.50%增加到40.00%。     

印尼褐煤热解特性研究

采用固定床反应器和热重分析仪考察了升温速率对印尼褐煤热解特性的影响。结果表明:升温速率对印尼褐煤低温热解特性有明显影响。升温速率低于20℃/min时,焦油收率随升温速率的增大逐渐上升,当升温速率为5℃/min时,焦油收率为6.90%,升温速率提高到20℃/min时,焦油收率在8.81%左右;而当升温速率高于20℃/min时,焦油收率没有明显增加。     

扎赉诺尔褐煤热解提质实验研究

为对扎赉诺尔褐煤进行热解提质,利用沉降炉进行实验,主要考察了热解温度、载气流量和进料速率对产物组成及其特性的影响。结果表明:扎赉诺尔褐煤热解产物主要为半焦和气体,焦油含量较少。随热解温度升高,半焦产率逐渐降低,焦油产率先增加后减少,气体产率单调增加;经过热解,煤阶提高,但半焦的燃烧特性变差。     

煤热解耦合焦油裂解对焦油品质的影响

在2个串联的固定床反应器内,研究了和什托洛盖煤热解挥发物的二次裂解行为,考察二段固定床内温度及载体对焦油裂解性能的影响。结果表明：当二段管温度从400 ℃升至600 ℃时,焦油产率从13.3%降至12.5%,H 2产率则由83.5 mL/g增加至111.8 mL/g;当温度低于500 ℃时,重质焦油产率无明显变化,但较单固定床明显降低,说明低温裂解可提高焦油品质;当温度≥550 ℃时,焦油裂解程度加剧,致使其重质组分产率较单固定床增加;当二段管温度为550 ℃时,与不添加催化剂相比,Ni/USY,Ni/HZSM-5(38）和Ni/HZSM-5(50)不同程度提高了焦油中轻质组分分率,其中Ni-USY的提质效果最明显,可使轻质焦油分率提高到71.9%,增幅达28.2%。     

气氛和预氧化对褐煤热解焦油产率影响的研究

利用固定床反应器研究热解气氛和预氧化对内蒙古褐煤热解焦油产率的影响,结果表明:同N_2气氛下热解相比,H_2气氛下和甲烷水蒸气重整与煤热解耦合(CP-SRM)过程热解均能提高焦油产率,且CP-SRM过程热解焦油产率最大。在马弗炉内对内蒙古褐煤进行预氧化处理,不同预氧化温度和时间对焦油产率影响不同,结果表明:焦油产率随着预氧化温度的升高而降低,随着预氧化时间的增加而提高。     

褐煤提质工艺试验研究

褐煤提质改性是褐煤大规模开发利用的前提。对3个褐煤煤样进行提质改性的基础性研究表明,褐煤煤样着火温度较低,干燥脱水时应注意干燥温度和干燥介质;褐煤样的焦油产率较低,可以考虑不回收焦油的轻度热解干馏工艺。随着干馏温度的提高,半焦产率下降的幅度较为明显;在实际工艺参数确定时,要注意严格控制温度。     

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。     

小龙潭褐煤的热解特性研究

采用热重分析法,详细探究了小龙潭褐煤在不同条件下的热解特性,考察了热解温度、热解气氛和升温速率对褐煤热解过程的影响。实验结果表明:随热解温度的升高,热解产生的气体和焦油等挥发性组分产量不断增加,相应的半焦收率不断减小;当热解温度低于700℃时,褐煤在N_2和CO_2气氛下的热解特征一致,高于700℃时CO_2气氛下的失重速率明显加剧,焦收率明显偏低,主要由于碳与CO_2发生了气化反应;相比热解温度和热解气氛,升温速率对褐煤热解特征的影响较为有限。     

温度对内旋式移动床热解产物的影响规律研究

低阶煤热解产物的产率和性质与反应器类型及热解温度等工艺条件密切相关,直接影响下游产业链的开发与延伸,一直是煤热解工艺开发过程中关注的重点。为获得满足产物后续规模化利用要求的最优热解工艺条件,采用1 kg/h内旋式移动床连续热解试验炉,以神木煤为原料,研究热解温度对半焦燃烧性、可磨性、稳定性以及焦油产率和组分分布的影响规律。结果表明:内旋式移动床热解炉控制热解温度500～800℃,热解时间150 min时,半焦产率为68.53%～78.62%,焦油产率先升高后降低,在650℃时最高,为7.52%;连续试验中半焦挥发分波动在1个百分点以内,气流着火温度为562.1～730.5℃,着火性能处于易燃和中等可燃范围,哈氏可磨性指数随着热解温度先升高后降低;热解温度控制为600～700℃,获得较高焦油产率的同时,半焦质量可满足电站锅炉和高炉喷吹规模利用的要求;通过反应器温度场控制可以实现焦油组分的调控,反应器底部温度650℃,中上部温度450～550℃时,焦油中重质组分含量(360℃馏分)最低为25.68%,有利于后续蒸馏、加氢等处理;反应器中上部温度高于550℃时,挥发物二次反应加剧,导致轻质组分含量降低。     

内热式滚动床对神木长焰煤热解提油性能的研究

研究了神木长焰煤在内热式滚动床内的热解性能。实验表明,滚动床内的轴向温度分布有利于低阶煤的热解提油。在加热燃气低热值为17 890 kJ/m³,热解温度为650 ℃时,原料煤的热解焦油产率达到8.52%,为葛金焦油产率的75.59%。随热解温度的增加,焦油中脂肪族和芳香族含量有所提高,而极性化合物含量有所降低。在热解温度650 ℃时,脂肪族和芳香族含量分别为22.6%和39.5%,极性物含量为32.7%。     

钴系催化剂对神府煤热解油收率及品质的影响

以钴盐为催化剂,对神府煤进行催化热解研究。考察了钴离子的添加量、热解温度以及热解方式等条件对热解煤焦油总收率及其轻重组分含量的影响。研究表明,钴系催化剂能提高热解焦油的收率,并对焦油轻重组分含量也有很大的影响;温度和热解方式对其也有很大影响。在实验条件下,当钴离子的添加量从0增加到9%时,焦油总收率由2.56%增加到5.86%,焦油中轻组分含量由41%增加到63.33%。半焦催化热解、负载钴离子的半焦催化热解时焦油总收率降低,但其轻组分含量有所增加。     

白马钒钛铁矿石对煤热解产物影响研究

为了深入了解铁矿石对煤热解的影响,寻求廉价有效的热解催化剂,在2段控温固定床反应器中,以白马钒钛铁矿石作为催化剂研究了其对煤热解气、液产物产率及组成变化的影响,并探讨了可能的催化作用机理。试验结果表明:在500~800℃温度下,添加铁矿石后,气体产率增加,且其中的H_2、CO_2、CH_4产率增加,CO和其他烃类气体的产率下降;虽然焦油产率降低,但焦油的H/C原子比例增加,且其中的苯系、萘系等轻质组分含量增加。钒钛铁矿显著提高了焦油中轻质组分的含量,使焦油轻质化,改善了煤热解油品的品质。     

新疆和丰煤分段热解过程中产物组成的演变规律

采用热重分析仪和固定床反应器,对典型新疆煤(和丰煤)的单段热解(定义为过程1)和不同温度停留的分段热解过程进行了较详细研究。结果发现不同热解过程的煤样总失重率差异较小。不同温度段停留时均导致焦油产率下降和气体产率增加。与仅在350℃停留30 min(过程2)相比,继续于450℃(过程3)停留使得焦油产率进一步下降15.42%,且此温度区间的H_2生成量仅为1.94 mL/g,较过程2降低94.47%,而450~600℃的气体产率占过程3总产率的60.87%,其中H_2,CH_4和C_2-C_4产率分别占各自总产率的95.02%,77.27%和66.08%,说明450~600℃以产气为主。不同温度段获得的半焦的红外分析发现350℃的半焦中官能团变化较小;而450℃的半焦中大部分官能团的振动峰几乎消失。模拟蒸馏和核磁结果表明,不同温度段停留均使得焦油中沥青质分率下降,焦油品质提升,焦油的芳香度降低,且两段停留段停留所得焦油的芳香度最低。通过上述研究,可以对新疆低阶煤的分级分质转化利用提供理论基础。     

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%。     

钙元素对褐煤热解和气化过程中产物的影响

综述了钙元素对褐煤热解及气化影响,讨论其对产物中焦油产率、气体产物和挥发分的分布影响,以及其在过程中发挥的催化作用。结果表明,在热解过程中,钙元素会降低焦油产率,提高半焦产率;在气化过程中,钙元素能提高半焦的反应活性,加快反应速度。使CO2和CH4产率降低,H2和CO产率得到了提升。     

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%。     

溶胀预处理煤热解特性研究

以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂溶胀预处理煤为研究对象,利用热重分析研究其热解特性,考察了溶胀条件对褐煤及溶胀预处理对不同变质程度煤热解反应的影响。研究发现,溶胀预处理后大多数煤样热解转化率提高,原煤经溶胀预处理后其热解过程表现出明显的两阶段失重。溶胀温度升高和超声作用时间增加,抑制溶胀褐煤的热解转化,溶胀预处理时间对褐煤热解过程影响较小。溶胀预处理对褐煤转化率提高幅度最大,溶胀贫煤失重率反而较原煤降低。     

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。     

褐煤低温热解提质试验研究

针对蒙东地区褐煤水分含量高,发热量低,易风化自然,可磨性、成浆性差的问题,对其进行了管式炉低温热解提质试验研究。结果表明：试验优化的低温热解温度为480-520℃,此时半焦挥发分Vdaf为13.32%-16.43%,低位发热量为26.43-27.18 MJ/kg,半焦CO2反应活性大于98%,可磨性性指数大于60,成浆浓度大于60%;半焦着火点为326-342℃,氧化后着火点为305-327℃;原煤干基半焦产率为69.13%-70.46%,焦油产率为3.97%-4.60%。褐煤经过低温热解,发热量明显提高,着火点升高,反应性、可磨性及成浆性良好,并具有较高的电阻率。     

热压脱水对褐煤结构及热解特性的影响

为探究经热压脱水后褐煤的物理、化学结构变化及其热解特性,在小型反应釜上采用热压脱水方法对内蒙古锡林郭勒褐煤进行脱水提质。通过红外光谱(FT-IR)、粒度分析仪、静态氮吸附仪等实验设备探索脱水后煤样的物理、化学结构变化。采用热重天平（TG/DTG）研究了脱水煤样热解和气化反应性的变化情况,并对脱水煤样在最大失重速率区间的动力学参数进行了计算。实验结果显示：温度对于脱水率的影响明显大于压力,而压力对于脱水率的影响主要表现在低温阶段,300 ℃时压力对于脱水率几乎没有影响。温度相同压力较大时,羧基浓度无明显变化,但压力对C-O键的生成起到抑制作用;随着实验温度的升高,C-O键浓度、芳香度先增大后减小。热压脱水煤样的比表面积、总孔体积、平均孔径、粒度都有所降低,但压力对粒度影响较小;微孔和中孔比例增加,大孔比例降低。在压力的挤压作用下褐煤颗粒内部孔隙缩小、坍塌,使脱水煤样在热解初始阶段反应活性降低;而在高温热解阶段反应活性增大。