固定床煤热解过程中硫的迁徙特性研究

为解决煤炭燃烧过程中含硫产物对环境严重污染的问题,首先对煤炭超高温烟气发生工艺进行研究;在此基础上,设计实验系统对不同煤样在不同热解温度下硫的迁徙特性进行研究,并完成相关实验装置、测定方法的研究;最后,主要对四川、山西、林南以及黄陵煤样在热解反应中硫的迁徙特性进行研究,为后续煤炭的脱硫操作奠定基础。     

淖毛湖煤加氢热解产物特性及半焦气化反应性

在加压固定床反应器中进行淖毛湖煤在常压和1.5 MPa氢气和氮气中的热解试验,利用多种表征方法对比研究了氢气和氮气下的热解产物产率和组成及半焦结构的变化,并利用热重分析研究热解半焦的CO₂气化反应性。结果表明：与常压N₂中热解相比,煤在加压的H₂中热解可有效提高热解气体中CH₄和C₂～C₃的产率,在800℃热解CH₄和C₂～C₃的体积产率分别由53.5和16.6 mL/g增至345.6和20.8 mL/g。焦油和轻质焦油产率也有效提升,在600℃下,与常压N₂中热解相比,1.5 MPa H₂中煤热解的焦油产率由19.3%升至22.8%,焦油中脂肪烃含量由35.5%降至14.8%,单环芳烃含量由8.3%增至28.9%,轻质焦油质量分数和产率分别升至95.0%和21.8%。半焦的N₂吸附和拉曼光谱分析结果表明,煤在加压H_...     

显微组分在热解过程中的相互作用

在镜质组中加入5%等不同含量的稳定组或丝质组配制了两组分试样;以正交试验原理配制了九种三组分模拟煤样;用PRT-1型热天平在常压、线性升温,N_2流动气氛条件下考察了各试样的热解特性。研究表明:各显微组分在热解过程中的相互作用可用热解游离基“大碎片”和带游离基的小基团之间的三类不同反应来解释;三组分模拟煤样在温度T时的累计失重率X_N(%)可用X_N=X_ih_if_i求取其中相互作用系数f_i的数值分布与y=c·exp(b/x)相似。     

共热解过程中煤与生物质相互作用的研究进展

煤炭与生物质共热解是实现煤炭高效清洁利用的重要途径之一。共热解可改善煤炭单独热解产生的污染问题和生物质单独利用时能源密度低、季节性供应不平衡的问题,不仅能提高煤炭转化效率,还能获得更高品质油品。本文从煤与生物质共热解的影响因素、研究方法和共热解过程中组分间相互作用等方面出发,对近期国内外煤与生物质共热解的研究进行综述。总结了生物质种类、热解工艺参数和热解反应器的类型对煤与生物质共热解过程的影响规律以及煤与生物质在共热解过程中的相互作用过程,即半焦与挥发分间的相互作用、挥发分间的相互作用、生物质中碱金属对共热解的催化作用,并针对如何进一步认识煤与生物质相互作用机理、提高共热解效率等问题和发展方向作了展望。     

煤加压富氢热解及半焦气化特性研究

为研究加压固定床气化过程中热解区和气化区的反应,模拟固定床富氢气氛热解与半焦气化过程,利用加压富氢热解装置考察了压力、加热终温以及富氢比例对煤热解的影响,分析了各因素对热解影响的机理,以富氢气氛热解半焦为原料,通过加压热重分析仪进行试验研究,研究不同温度和不同热解半焦原料的条件下碳转化率与CO_2反应速率随时间的变化规律,分析富氢比例对气化反应活性的影响。结果表明:常压富氢气氛热解试验中,随着富氢比例的升高,提供大量H,H浓度增大,煤在热解过程中自由基会不断与H结合生成稳定组分,其中包括大量小分子的挥发物以及部分焦油析出,使半焦中挥发分降低0.69%,半焦收率降低4.8%;加压条件下半焦收率较高,半焦收率随压力的增大变化幅度不大,且没有明显规律,挥发分总体逐渐降低,但变化较小;随着终温的升高,挥发分析出量逐渐升高,伴随着挥发分析出,富氢氛围中的H将与自由基结合生成小分子结构而逸出,半焦收率与挥发分均逐渐降低;增加富氢比例能提高半焦的成熟程度,富氢比例由0增加到35%,H浓度增大,煤中小分子可迅速加氢生成挥发物,同时大分子也会加氢变为稳定结构,半焦挥发分降低了1.46%,半焦收率降低了2.50%;富氢热解能明显促进CO和CH_4的生成,在35%H_2时产量分别达到91.2和63.8 mL/g。由气化特性试验可知:提高气化反应温度,有助于提高富氢半焦与CO_2的气化反应性;富氢气氛与惰性气氛下热解半焦的气化反应活性相近,表明加氢热解能够提高焦油产率与焦油品质,同时对半焦的气化活性影响不大。     

煤热解半焦结构及其对制备型煤成型特性的影响

以不同热解条件下制取的陕西烟煤(YL)半焦为原料,使用预糊化淀粉为黏结剂冷压成型制取成型燃料,分析不同热解条件下获得的煤焦成型后的物理特性,研究热解条件对半焦挥发分和表面含氧官能团的影响规律,揭示热解半焦特性对其成型的影响机理。结果表明:热解停留时间和热解终温对半焦成型特性具有显著影响。热解停留时间增加和热解终温升高会降低半焦挥发分含量和表面含氧官能团,影响黏结剂颗粒和半焦颗粒之间的黏结作用,从而会降低半焦成型后的冷压强度和跌落强度。结果表明:挥发分质量分数在16%以上的半焦成型后冷压强度大于450 N,适宜成型;热解终温小于600℃且热解停留时间小于5 min的半焦表面含氧官能团含量较高,成型后冷压强度大于450 N,可用于成型。半焦的成型特性受其挥发分含量和表面含氧官能团的综合影响。     

固定床内煤热解过程中的颗粒特性分析

本文在自建的小型固定床上研究了煤在固定床内热解的颗粒特性,考察了诸多因素（温度、热解时间以及粒径大小）对煤颗粒破碎特性的影响。     

煤快速热解过程中氧化钙对焦油裂解的影响

为降低煤在热解、气化过程中的焦油产量 ,在一快速热解固定床反应器中考察了氧化钙催化剂的加入对焦油裂解反应的影响 ,研究结果表明 :在相同反应条件下 ,所选三种氧化钙催化剂中以 Ca O- 3的焦油裂解活性为最大 ,它们的焦油裂解活性顺序为 :Ca O- 3>Ca O- 2 >Ca O- 1 .并进一步考察了 Ca O- 3在不同反应温度下对焦油裂解反应的影响     

煤燃烧过程中碳、氧官能团演化行为

采用X射线光电子能谱（XPS）系统研究燃烧过程中准格尔褐煤及其煤焦颗粒表面中碳、氧的存在形态及演化过程.研究结果表明，准格尔褐煤颗粒表面含碳官能团中石墨化碳含量非常低，但同时具有一定含量的双键碳;含氧官能团中无机氧含量较低，有机氧含量相对较高.随着燃烧的进行，颗粒表面碳、氧官能团呈现不同的变化趋势.     

Observation of transient free radicals during coal pyrolysis

Electron spin resonance studies of the early stages of carbonization of a high-volatile A bituminous coal have been used to detect and quantify transient free radicals present in the coal pyrolysate. Free radical (spin) populations are converted from susceptibilities measured at elevated temperatures assuming that the population present after ≈1 h of pyrolysis does not change when the coal pyrolysate is cooled to 20 °C. Co-carbonization of 9–10 dihydroanthracene and anthracene with the coal suggest that disproportionation pathways may be preferred over combination pathways as temperatures of pyrolysis and of liquefaction processes are increased.     

胜利褐煤快速热解特性

为考察热解温度对热解产物品质及挥发分残留的影响,在10 kg/h自制褐煤快速热解提质试验设备上,以胜利褐煤为试验原料,考察了400~900℃热解提质温度对热解产物产率、气体产物组成、半焦微观结构以及残余挥发分的影响。结果表明,随着热解温度的升高,半焦产率逐渐降低,气体产率升高,焦油的产率先升高后降低,700℃时焦油产率最大;热解气体中的CO_2随着热解温度的升高逐渐降低,H_2和CO含量随着热解温度的升高而增加;随着热解温度的升高,挥发分不断释放导致半焦含氧官能团以及高活性的小的缩合芳环减少;热解温度≥700℃,半焦残留的挥发分较低,固定碳较多,基本满足电石用焦的要求。     

淖毛湖煤在热解过程中钠的迁移转化规律

采用立式管式炉对淖毛湖原煤和洗煤进行热解,利用电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）等检测手段研究了淖毛湖煤在不同热解温度下碱金属钠的析出特性及不同赋存形态之间的迁移转化规律。结果表明：乙酸铵洗煤和盐酸洗煤的不溶钠在热解过程中会向乙酸铵溶钠和酸溶钠转化,其中钠的挥发性呈现增加的趋势,释放量在3%～24%;而水洗煤在热解过程中钠会从水溶态、乙酸铵溶态和酸溶态向不溶态和气相迁移转化。原煤中钠主要以水溶态为主,在热解过程中水溶钠会向其他形态转化,其中钠的挥发性先减少后增加,在600℃达到最低。低温下钠的挥发来自乙酸铵溶钠的分解,高温下水溶钠和酸溶钠会进入气相,使得原煤和洗煤在800℃时钠的挥发速率增加。     

Char‐formation kinetics in the pyrolysis of sawdust in a conical spouted bed reactor

Both the generation of a microporous structure and char formation kinetics have been studied in the pyrolysis of sawdust of Pinus insignis in a conical spouted bed reactor, in the range 350–700 °C. The BET surface area (representative of the physical evolution of the solid) and the C/H ratio of the solid (representative of the chemical structural change) have been taken as conversion indices. From the measurement of the C/H ratio of the solid (the more significant variable), it has been determined that the reaction order is 0.5 and that the kinetic constant is between 0.18 min⁻¹ at 350 °C and 1.26 min⁻¹ at 700 °C. However the value of the constant is almost independent of temperature, at 1 min⁻¹ in the range 500–700 °C. © 2000 Society of Chemical Industry     

Modeling char surface area during coal pyrolysis: Validation of relationship between pore structure and polymer network

The relationship between pore structure and polymer network during coal pyrolysis was studied by analyzing the evolution of microcrystal, pore structure, and functional groups of char prepared from Naomaohu subbituminous coal by a drop-tube furnace reactor at 600–1000°C. The char specific surface area changes little with aliphatic bridge cleaving at temperatures lower than 700°C; starts to increase at 800°C with the beginning of side chain cleaving; then reaches the maximum with the methyl and methylene content together at 900°C; finally decreases with the further cleaving of aliphatic structures at higher temperatures. Moreover, the lattice stacking height is minimum at 900°C, indicating aliphatic structure can reduce the lattice order degree. These phenomena support the assumption in the CPD-PS model that the side chain cleaving generates open pores and meanwhile reduces the adsorption sites in them, making the char specific surface area first increase and then decrease.     

印尼褐煤快速热解试验研究

为考察神雾快速热解炉的产品产率及产品性质,将神雾蓄热式快速热解工业炉型按一定比例缩小,在实验室自建的快速热解小试试验装置上,考察了热解温度对热解产物产率的影响,并对产物性质进行分析。结果表明,印尼褐煤快速热解最佳反应温度为590℃,印尼褐煤油收率为9.91%,高达格金含油率的95%,快速热解装置油收率较高。与固定床热解煤焦油相比,快速热解煤焦油的密度、黏度、凝点和残炭含量均较低。模拟蒸馏结果表明,快速热解煤焦油中汽油馏分为2%,柴油馏分为44%,重油馏分为54%。印尼褐煤快速热解气中的主要组分是CH4和H2,热值较高。     

Modeling the influence of changes in aliphatic structure on char surface area during coal pyrolysis

The influence of changes in aliphatic structure on char surface area during coal pyrolysis was modeled, and the effect was introduced to a previous char surface area model for lignite pyrolysis established based on the chemical percolation devolatilization (CPD) model. The modified model can predict not only the N₂ and CO₂ char surface area during rapid pyrolysis of three lignites but also the CO₂ char surface area of two high-volatile bituminous coals; the agreement of the modified model with experiments is improved at high temperatures. The decrease in aliphatic chain length can reduce adsorption positions around aromatic core, and decrease char surface area. When mass release is more than 55% at about 1,100 K, the predicted N₂ char surface area starts to decrease with further generation of volatiles, and the increase of predicted CO₂ char surface area with increasing generation of volatiles also become slow at the end of mass release.     

煤焦吸附NO特性与红外光谱分析

对煤焦与NO 的化学吸附过程进行了分析,研究了颗粒粒径和温度对煤焦吸附NO特性的影响; 得到了吸附平衡和动态数据, 利用漫反射红外光谱来研究煤焦经过表面吸附化学反应后官能团结构变化的信息,从而揭示煤表面吸附过程中发生的化学变化。结果表明,煤焦经化学吸附后表面增加了—NO2和—NO官能团,NO气体分子在煤焦表面主要发生的是二位吸附;并且随着煤样平均粒径的减小和温度的升高,—NO2和—NO官能团吸收峰强度明显增强,表明粒径减小和温度升高有利于煤焦化学吸附NO气体。     

低阶煤羰基结构对其低温热解过程的影响

为探究含羰基官能团（CCP）含量和结构对低阶煤（LRC）低温热解过程的影响,本文利用¹³C NMR对4种元素组成相似的LRC结构进行了表征,并利用TG-FTIR和固定床热解反应装置研究了CCP结构对其低温热解过程的影响。研究结果表明,4种LRC元素组成和主要骨架结构类似,CCP结构存在较大差异,芳香结构中CCP摩尔分数大小顺序为BS > BT > ER > QJ,而脂肪结构中CCP含量与之相反。CCP结构和含量对LRC的低温热解过程有着明显的影响,TG-FTIR实验表明,LRC中脂肪结构CCP能够显著促进低温区（30～350℃）CO₂的生成,且含量越高在低温区失重量越大;而芳香结构CCP则促进了高温区（350～550℃）小分子芳烃和脂肪烃的生成,且含量越高,LRC在高温区失重速率越大。低温热解实验证明,热解焦油产率和酚类物质含量与LRC中芳香结构CCP含量呈正相关,与脂肪结构CCP含量呈负相关关系。