基于热重的煤热解反应动力学试验研究

采用热重分析法对4种不同粒径范围内的5种不同煤样进行热解特性试验研究,以考察煤化程度和粒径对煤热解过程的影响规律,同时对其热解动力学进行了特性分析。试验结果表明,煤的热解反应活性随着煤化程度的增加而逐渐降低;煤的传质传热受到粒径影响,煤的热解总失重率随着粒径的增大而减少,但当粒径小于一定数值时,蒙东褐煤、河曲2#煤和孙家沟煤的热解总失重率反而随着粒径的减少略有增加。在热重试验的基础上建立热解反应动力学模型并求解模型参数,把握热解特征和规律,以期在一定程度上对煤炭地下气化提供相应的理论指导。     

固阳褐铁矿磁化焙烧-磁选扩大实验研究

针对铁品位32.79%、磁性率(FeO/TFe)5.49%的固阳难选褐铁矿, 进行了回转窑磁化焙烧-磁选扩大实验。采用SEM和XRD对原矿物性结构及成分以及磁化焙烧过程中的物相演变进行了分析。通过单因素实验和正交实验确定了最佳工艺指标以及不同因素对实验结果的影响程度。结果表明, 原矿在焙烧温度750 ℃、配煤量7%、焙烧时间40 min条件下焙烧, 所得焙烧矿通过阶段磨矿、阶段磁选可获得铁品位61.62%、铁回收率82.54%的铁精矿。     

褐煤脱水动力学性能试验研究

为考察褐煤在不同湿含量和温度下的动态脱水特性,以含氧量约10.5%的烟气为脱水介质,采用流化床脱水装置系统对采自内蒙古东部的褐煤进行脱水试验。结果表明：褐煤的流化床脱水过程分为恒速脱水阶段和降速脱水阶段,平均脱水速率随脱水温度的升高而增加。当脱水温度高于220℃时,只需5 min即可达煤样的拐点干基湿含量值（5%）;在260℃脱水温度下平均脱水速率为4.33 kg/min。最后利用傅里叶变换红外光谱仪分析了流化床脱水煤样的结构变化,发现脱水后煤样中含氧官能团降幅较大,吸收强度仅为原煤的51.03%,煤样的主体结构未发生变化。     

低阶煤燃烧反应动力学参数实验研究

为了研究低阶煤自燃危险性及预防煤炭自燃,通过热重试验确定低阶煤样各阶段温度范围,采用Freeman-Carroll法建立了反应机理函数f(α)求解预热失水阶段与吸氧增重阶段煤的指前因子和活化能,并对反应动力学参数指前因子和活化能变化规律进行了分析。结果表明:3种低阶煤预热失水阶段温度分别为20~117℃、20~108℃、20~171℃,氧化增重阶段温度分别为117~247℃、108~280℃、171~297℃;随着固定碳含量的增加,预热失水阶段与吸氧增重阶段活化能均增加,指前因子均下降;吸氧增重阶段活化能大于预热失水阶段,吸氧增重阶段指前因子小于预热失水阶段。     

液态CO2溶浸无烟煤的氧化动力学特征

作为温室效应的主要来源,CO₂的循环再利用成为研究的热点。在矿山灾害防治技术领域,液态CO₂在煤自燃灾害防治和煤层瓦斯置换驱替方面发挥了重要作用。低温液态CO₂(-56～-20℃)与煤体接触产生对流换热,煤体内部受到热应力作用产生损伤破坏,煤体的孔裂隙发育及比表面积发生变化,氧化过程与空气中氧的结合能力改变,氧化性发生显著变化。为了分析液态CO₂低温损伤煤体后的氧化特征,以河南永城矿区无烟煤为对象,开展热重分析实验,研究了原煤样及液态CO₂处理煤样的氧化过程特征温度,采用FWO和KAS两种非等温方法计算了氧化动力学参数,分析了液态CO₂影响煤体氧化特征。结果表明:液态CO₂溶浸后无烟煤的临界温度和干裂温度比原煤样降低了2～8℃,增速温度、失重温度、着火温度、最大失重温度和燃尽温度提前了100～140℃,各特征温度对应的失重质量百分比较原煤样降低了0.8%～10.0%。煤样在失水失重、吸氧增重、热解和燃烧4个阶段的温度跨度区间均变小,煤...     

高镁贫镍红土矿碳还原动力学研究

本文通过热重分析研究了高镁贫镍红土矿碳还原过程反应动力学,转化率和转化速率通过热重测量失重率进行计算。综合Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算了还原动力学参数,比较全面的获得了还原过程活化能变化趋势。热重曲线结果表明,反应过程呈现两个明显阶段：第一阶段为500~800°C,第二阶段为800~1300°C。两个阶段的反应活化能通过Kissinger法计算分别为260.4kJmol_-1和191.2 kJmol_-1。FWO法计算结果表明反应活化能随反应进行变化较大,说明红土镍矿还原反应并不是简单基元反应,而是由多个平行反应、交互反应组成。     

热重法研究煤焦H2O气化反应动力学

利用热天平实验装置对霍林河、义马、兖州、平朔、神华、大同6种煤焦进行了水蒸气气化反应性实验，实验温度为850～1050℃．通过对实验数据处理，取得了6种煤焦的反应动力学参数等，利用这些参数对煤焦水蒸气气化的反应活性进行分析比较后得出，温度是影响煤焦气化活性的因素之一，对同一煤焦而言，其碳转化率、反应速度常数、反应性指数和平均比气化速率等这些表征煤焦的气化反应性的参数，均随温度的升高而增加；6种煤焦的反应活性顺序为：霍林河、义马、神华、兖州、大同、平朔．     

响应曲面法优化褐铁矿精矿回收率工艺参数的研究

针对老挝某难选褐铁矿,采用“还原焙烧-弱磁选”工艺流程选铁,首先进行了原矿还原焙烧单因素试验,研究了焙烧温度、焙烧时间和碳粉用量对精矿品位及回收率的影响,结果表明,原矿经充分还原焙烧后磁选,铁精矿铁品位均达到61%以上。在单因素试验基础上,借助响应曲面法建立模型设计实验方案,对还原焙烧工艺参数进行优化,探讨三因素交互作用对精矿回收率的影响,得到优化后的还原焙烧工艺条件为:焙烧温度873 ℃、焙烧时间75 min和碳粉用量2 g(相对50 g原矿),在优化条件下进行验证试验,精矿回收率达到91.99%。验证试验结果表明,实际试验值与优化预测结果相差1.09%,该试验模型可信度较高。     

3种煤的气化反应动力学研究

采用热重分析仪,考察了3种典型煤种的气化反应特性;利用缩核芯模型,模拟了3种煤的气化过程,并对拟合结果进行了分析。结果表明:随气化温度的升高,3种煤的气化反应性均增加;3种煤的气化反应性大小次序为无烟煤<烟煤<褐煤;3种煤的气化反应活化能分别为褐煤124.9 k J/mol、烟煤154.3 k J/mol、无烟煤100.7 k J/mol;缩核芯模型适用于褐煤和烟煤的气化,但不适用于无烟煤。     

气煤恒温氧化动力学特性研究

为了研究煤在氧浓度为5%和21%条件下的恒温氧化特性,以山东兴隆庄矿3#煤层煤样作为研究对象,采用同步热分析仪进行实验,得出不同温度下的热分析曲线(TG、DTG、DSC),掌握煤样在升温和恒温氧化阶段的质量和放热量的变化情况,同时采用Coats-Redfern动力学方程和lnln分析法,分别计算了吸氧增重段和恒温段的活化能。结果表明:在持续升温阶段,当温度低于103.1℃时,氧浓度为5%和21%时均对质量变化量影响较小,但氧浓度为21%的吸热量较氧浓度为5%时减少;温度高于103.1℃时,21%氧浓度对煤样的质量变化、放热量、活化能的影响大于氧气浓度为5%的条件下。在恒温阶段,随着恒温温度的升高,煤样质量变化率、氧化放热量和活化能呈现增大趋势,且氧浓度为21%大于氧浓度为5%的参数;同一温度条件下,21%氧浓度比5%氧浓度的煤样质量变化更为明显。     

液态煤炭助燃剂及其燃烧动力学研究

为提高煤的燃烧效率,以分散剂、氧化剂、渗透剂等高分子材料及纳米材料作原料,通过高速剪切、分散、乳化制得4种不同型号的液态煤炭助燃剂,并使用热重分析仪研究其燃烧动力学,测定其助燃效果。试验结果表明:液态煤炭助燃剂对煤粉有较好的助燃效果,其中4号助燃剂的助燃效果最佳。热重试验结果表明,添加4号助燃剂的煤粉在温度升至600℃时,燃烧失重率比原煤粉增加了16.01%;DTG峰值温度降低35℃,着火点温度降低25℃;煤粉表观活化能降低43.74 kJ/mol,反应级数降低1.247 4。     

Fe2O3-NiO-TiN体系的初期烧结动力学研究

本文运用高温真空热膨胀仪,采用恒升温速率法研究了升温速率和nano-TiN添加量对NiFe2O4陶瓷基惰性阳极材料初期烧结行为的影响。结果表明：较低的升温速率可以促进烧结的致密化;nano-TiN可以降低Fe2O3-NiO体系的烧结颈温度,加快体系的致密化过程,TiN添加量为1%时,试样的线收缩率最大;TiN可以使得F2O3-NiO体系的初期烧结机制由晶界扩散转变为体积扩散,同时,也可以降低体系的烧结活化能,在TiN的添加量为1.0wt%时,体系的烧结活化能从未添加时的446.3kJ/mol降低到了217.4kJ/mol。     

铝土矿中含钛矿物在矿浆预热过程中反应动力学研究

以中国某矿区的一水硬铝石型铝土矿为原料, 采用等溶出率方法的原理, 进行了含钛矿物反应动力学的研究。含钛矿物在180～260 ℃的矿浆预热过程中脱钛反应的表观活化能值为84.4 kJ/mol。含钛矿物在180～260 ℃的范围内脱钛反应处于表面化学反应动力学控制阶段。离子扩散传质步骤不是影响反应速度的主要因素。矿浆的流动速度及状态对其反应速度不会有明显的作用。含钛矿物在高温预热段的反应随预热温度的升高迅速加快, 由此会导致高温预热段含钛矿物的结疤速度加快。     

补连塔煤矿基于活化能指标的阻化剂选择

选择活化能作为鉴定补连塔煤矿煤的自燃倾向性的指标。运用热重分析手段对几种阻化剂进行了实验研究,运用化学反应动力学方程计算得到了原煤样与阻化煤样的活化能。基于实验前后着火活化能的比较,选择适合补连塔煤矿的阻化剂及阻化剂浓度。     

升温速率对煤的自燃倾向性表征影响的研究

使用热重分析仪器,对不同煤样在不同升温速率下进行了实验研究,结果表明,提高升温速率,TG曲线向高温方向移动;运用热分析动力学方法求出不同煤样在不同升温速率下的活化能,结果发现随着升温速率的增加,煤的活化能逐渐增大,升温速率是影响煤的自燃倾向性表征的重要因素。     

赤泥中硫酸选择性浸出铁、钪及动力学研究

以硫酸为浸出剂,进行了酸浸初步分离铁、钪的研究,考察了反应时间、反应温度、液固比、硫酸浓度等对浸出率的影响。结果表明,在40 ℃、液固比10∶1、硫酸浓度10 mol/L条件下浸出30 min,铁、钪浸出率分别为11.32%、58.41%。酸浸铁、钪的动力学研究结果表明,赤泥酸浸铁的过程符合未反应收缩核模型,受化学反应控制,其表观活化能为41.79 kJ/mol;而赤泥酸浸钪的过程符合多相液固区域反应动力学特征,受扩散控制,其表观活化能为6.72 kJ/mol。     

一种褐煤煤焦水蒸气和CO2气化活性的对比研究

面向循环流化床褐煤热解-部分气化-残炭燃烧分级转化工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700～950 ℃,以快速热解和慢速热解方式制备煤焦,考察煤焦表面形貌和结构随制焦条件的变化。利用热分析技术研究气化温度、热解温度和热解速率对煤焦水蒸气和CO2气化反应活性的影响。结果表明：煤焦气化反应速率主要受气化温度影响,受热解温度的影响相对较小;煤焦分别与水蒸气和CO2气化的活性有较大差异,差异随着气化温度的升高而减小;与煤焦的水蒸气气化相比,热解条件对煤焦的CO2气化活性影响更大;煤焦水蒸气气化和CO2气化的反应性指数之间的关系可用二次曲线进行描述,在10%～80%碳转化率范围内分布活化能存在良好的线性关系。     

基于活化能指标煤的自燃倾向性研究

运用热重分析手段对煤从常温到燃点之间的氧化热解过程进行了研究，运用不同动力学机制模型函数分别对热重分析数据进行了处理和相关性分析.结果表明，煤炭氧化热解过程符合一级化学反应动力学机制，据此求出活化能，利用活化能指标来划分煤的自燃倾向性.