煤与焦油、秸秆混合压球共热解的动力学

针对采用不同方法计算混合物共热解的动力学参数易出现发散、范围较宽等问题。采用热分析(TGA)方法对两种不同性质的煤样(ZC和XL)、秸秆(ST)和煤焦油(T)混合压球进行共热解实验研究,在此基础上采用等转化率方法(Ozawa-Flynn-Wall(OFW)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS))计算单独和混合共热解的动力学参数并进行对比,分析了产生差别的深层原因。实验结果表明:在较高升温速率下,单独组分热解达到所需热解温度的时间缩短,而在低的升温速率下单独组分的加热发生在颗粒内部的热传递更加有效率。单独热解采用KAS和OFW法计算得到反应过程平均活化能平均值由大到小依次为ZCXLTST。无论是采用等转化率方法还是采用等温方法对不同性质的物料进行热解反应动力学参数计算受选择计算方法的影响。在热解过程中,随热解温度升高,失重率呈现先增大后降低的变化趋势,E1,E2,E3,E4失重率的实验值和计算值的差值在800℃时达到最大。通过混合压球热解失重的实验值与计算值对比,ZC,XL与ST共热解的协同作用不明显。     

烟煤与农业废弃物共热解特性研究

为研究烟煤与农业废弃物共热解特性,采用热重分析仪和固定床反应器对烟煤和玉米秸秆、玉米芯混合物进行共热解对比实验。结果表明:热解温度由200℃升高至400℃时,煤样失重率逐渐增大,TG曲线明显下降,外推起始失重温度409.59℃。共热解生成的气体中H2和CO2的产率明显高于ZC3原煤单独热解,少量玉米秸秆的加入促进了煤的热解。并且高于玉米秸秆单独热解时的加权理论值。煤与玉米芯混合物共热解过程中的协同效应使气体产率增大,焦油产率降低。     

新疆伊宁长焰煤催化热解行为的热重研究

通过热重分析技术研究了CaO和K2CO3在不同添加量下对新疆伊宁长焰煤催化热解行为的影响。实验结果表明,当CaO的添加量为3%时,煤的热解转化率最大,达到38.22%,比原煤相对提高了10.08%,CaO对煤热解反应的促进作用是由于有极性的裂解活化位分布在CaO的内外表面,可以降低活化能,促进裂解反应;当K2CO3添加量为10%时,热解转化率为41.32%,比原煤相对提高了18.63%,K2CO3对煤热解反应的促进作用,主要是由于K2CO3与煤表面的含氧官能团生成活性中间体的原因。     

低阶煤与秸秆共热解产物特性研究

利用管式热解炉对低阶煤与秸秆的共热解特性进行了研究,配置不同比例的煤与秸秆的混合物,考察N_2下不同比例混合物对其热解产物分布的影响,利用热分析仪对煤与秸秆共热解的活化能进行了计算。试验结果表明,低阶煤与秸秆混合物共热解可以降低反应的活化能,并促进了挥发分的生成,二者共热解存在协同作用。     

纤维素与褐煤共热解协同规律

生物质是一种清洁的可再生有机燃料,生物质能的开发和利用可有效解决环境污染和能源问题。目前生物质与低阶煤的共热解研究受到国内外学者的广泛关注,为解析生物质组分与褐煤共热解过程的协同作用规律,以生物质主要组成纤维素和蒙东褐煤为研究对象,以热重红外联用仪(TG-FTIR)为实验手段,进行纤维素和褐煤的单独热解和不同掺混比例下混合样品的热解动力学特性(加热速率为10、25和50℃/min)及气体析出规律研究。结果表明：纤维素组分可提高纤维素-褐煤混合物的热解活性,使混合物共热解过程中热解失重峰速率高于理论热解失重峰速率;同时,分布活化能模型(DAEM)可较好的应用于纤维素-褐煤混合物活化能的计算,且纤维素的加入可降低共热解过程中纤维素-褐煤混合物的反应能垒,使混合物在不同质量转化率下的表观活化能低于理论活化能。此外,共热解过程中小分子气体(CH₄、CO₂和CO)的析出峰值温度(400～420℃)与纤维素的气体析出温度相一致,且气体析出量高于理论值。随着混合物中纤维素比例的增加,气体实际析出量与理论计算量之间的差值呈现出先增加后降低的变化趋势,且当纤维...     

炼焦煤尾煤热解特性及动力学研究

基于炼焦煤尾煤和原煤的热解实验对比,研究热解终温、升温速率和高矿物质含量对炼焦煤尾煤热解特性的影响,并求解炼焦煤尾煤热解的动力学参数。结果表明：热解终温和升温速率对炼焦煤尾煤的热解过程有重要的影响,高温有利于尾煤中高分子有机物裂解和挥发分析出,但高矿物质含量使尾煤热解在850 ℃后终温作用不明显;炼焦煤尾煤中矿物质含量对其热解具有抑制作用,使尾煤热解过程向高温段推移;炼焦煤尾煤的热解过程可以用3个二级反应描述,通过动力学参数拟合计算结果得出炼焦煤尾煤热解反应活化能为54.7~131.1 kJ/mol。     

神华煤及其直接液化残渣热解动力学试验研究

为研究神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程,对神华煤和神华煤直接液化残渣在不同的升温速率下进行了热重分析.根据不同升温速率的热解试验结果,采用分布活化能模型(Distributed Activation Energy Model,DAEM)对神华煤和残渣的热解动力学进行了分析,得到了热解动力学参数活化能和反应速率常数.研究表明:神华煤热解的活化能为53.98～279.38 kJ/mol;神华煤直接液化残渣热解活化能约为170 kJ/mol.对神华煤和残渣热解失重率随温度变化的试验曲线和模拟计算所得曲线进行比较,发现神华煤和神华煤直接液化残渣的试验曲线和模拟曲线重合较好,说明DAEM模型能够较准确地描述神华煤和神华煤直接液化残渣的热解过程.     

煤直接液化残渣与褐煤共热解动力学研究

为了解决煤炭液化残渣在热解过程中软化熔融并剧烈膨胀导致难以利用的问题,在温度范围为30 ～900℃,升温速率分别为10、20、30、40℃/min的情况下,借助热重分析仪对煤直接液化残渣与褐煤进行程序升温共热解试验,采用Doyle法分析共热解动力学,将动力学结果与共热解协同作用进行关联.结果表明:共热解过程可用3个串联的一级反应描述,温度区间分别为200 ～310、310～470、470～900℃,其中310 ～470℃对应共热解反应的活泼分解阶段,反应活化能(40 ～ 50 kJ/mol)远大于低、高温反应活化能(10 ～20 kJ/mol).液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,增大了热解失重率,使共热解反应在300 ～550℃表现出正协同作用.     

煤及其显微组分热解特性研究

选取4种不同变质程度的煤类,对原煤及其显微组分进行了热解特性研究,利用最大失重速率评价了原煤及其显微组分富集物的热解反应性,并采用一级反应模型、Doyle积分法求取了样品的动力学参数.动力学分析结果表明,由于样品热解各段的反应历程不同,因此求取的热解动力学参数也不同,4种原煤及其显微组分主要热解段的表观活化能介于35.93 kJ/mol～63.84 kJ/mol.     

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。     

水煤浆气化细渣及浮选精矿与煤掺烧性能的研究

水煤浆气化细渣含水量高、挥发分含量极低、着火燃烧特性差，难以直接作为燃料燃烧，通过浮选对其进行灰碳分离，可以得到含碳量较高的浮选精矿。通过对德士古煤气化炉气化细渣及其浮选精矿进行扫描电镜和X射线衍射仪的表征发现，浮选精矿中游离球状灰渣颗粒较气化细渣显著减少，部分灰颗粒附着在多孔不规则碳的孔隙中。与气化细渣相比，浮选后的精矿平均粒径减小，比表面积增大，固定碳含量从41.61%提高至61.88%,灰分由52.06%降低至27.86%,发热量从15.24 MJ/kg升高至22.43 MJ/kg。利用热重分析仪对气化细渣及其浮选精矿分别与煤掺混的燃烧特性进行研究。结果表明，气化细渣和浮选精矿的着火和燃尽特性较差，按照低比例添加(10%～30%)到煤中，可以有效改善其着火稳定性和燃烧性能；随着掺混比例的增加，DTG曲线出现分峰现象，且整体燃烧特性变差；采用Coast-Redfern积分法分析了不同掺混比例样品的燃烧反应动力学特性，结果表明低温段活化能小于高温段活化能，混合样品在低温段的活化能始终小于浮选精矿或气化细渣，浮选精矿或气化细渣的添加比例超过50%时使混合样高温段活化能急剧增加。同时，对...     

新疆沙尔湖褐煤的结构与热解特性

应用红外光谱与热重法对新疆沙尔湖褐煤的主要分子结构和热解特性进行研究分析。研究结果表明:沙尔湖褐煤的芳香度低,缩合结构少,脂肪烃类结构相对较多;煤的热失重过程分为3个阶段,第1个阶段为干燥脱气阶段,其他两段为煤热解阶段,其中中温段热解反应最剧烈,活化能也最大;煤粒径大小和升温速率均对煤热解产生明显的影响。同时采用Coast-Redferm积分法对煤的热解进行动力学分析,得到了煤样热解的动力学参数。     

蔚州长焰煤热解特性及热解动力学研究

通过非等温热重试验,对不同温度及升温速率下,蔚州长焰煤热解特性及动力学参数的变化规律进行分析,研究结果表明:随升温速率升高,长焰煤在对应温度点的失重率先减小后增大,此时同一温度段内的活化能先升高后降低。同一升温速率下,不同温度段的反应级数也不完全相同,且随温度段升高,煤的热解反应活化能及指前因子均呈下降趋势。同时,得到变升温速率下活化能与指前因子之间的线性关系式,验证了二者之间的补偿效应。     

TG-FTIR分析煤在1000℃～1500℃的热解特性

基于热重-红外联用分析仪(TG-FTIR)研究了煤在N2气氛下终温1 500℃的热解特性。结果表明,煤主要有2个明显的失重阶段(400℃~600℃和1 000℃~1 500℃),在1 000℃~1 500℃温度段的失重率12.27%。结合红外图谱分析得,煤在1 000℃~1 500℃温度段主要有CO_2、CO和CH_4析出。利用Coats-Redfern方法求得煤主要热解阶段的动力学参数,结果表明,一级反应能较好地描述煤的热解过程,低温段的活化能(84.42 k J/mol)高于高温段的活化能(64.06 k J/mol)。     

煤与废塑料共热解时氯的释放及其动力学特性

研究了煤与PVC类废塑料共热解过程中氯的释放特性,并探讨了释放过程的动力学性质,发现加入PVC的焦炭中氯含量明显高于一般的焦炭。动力学研究结果表明,加入PVC后的热解过程是分解反应过程,表现为一级反应,活化能在80kJ／mol左右,热解产生的HCl量比例较小,且随温度的升高而增大。     

印尼褐煤湿煤末(煤泥)热解和燃烧特性及动力学分析

为获得印尼褐煤湿煤未(煤泥)热解燃烧的反应机理,采用热重法研究了印尼褐煤湿煤末在不同加热速率下的热解和着火燃烧过程,得到热解和燃烧反应特征参数;并采用Coats-Redfern积分法进行动力学分析。结果表明:升温速率对热解和燃烧反应特征温度和其他特征参数基本都有正相关的影响。对于热解过程,反应线性拟合结果呈明显的三段式分布,不同升温速率下质量平均表观活化能分别为43.2,33.2和33.9 kJ/mol。相同转化率区间内,试样热解活化能与升温速率关系不大;而在同一升温速率下,试样热解反应活化能随转化率的增加而增加,呈正相关性。与热解反应不同,燃烧反应动力学参数在整个反应区间直接线性拟合结果较好。10,30和50℃/min升温速率下的反应分别为2级、1.5级和1.5级化学反应,活化能分别为101.74,72.93和51.82 kJ/mol。     

Fe_2O_3/CaO复合催化剂对低阶煤催化热解行为的影响

为了实现低阶煤的分级分质高效利用,采用Fe_2O_3/CaO作为复合催化剂,以子长禾草沟煤矿和大同矿区的煤样为研究对象,采用热重分析研究了不同添加量时,Fe_2O_3/CaO复合催化剂对子长煤和大同煤热解行为的影响,并从动力学角度和煤热解产物气相组分变化方面探讨了催化热解机理。结果表明:Fe_2O_3/CaO复合催化剂的加入对煤的热解有催化作用,对不同煤种的催化效果不同,加入催化剂后,煤催化热解的活化能降低,随着催化剂的加入,各段温度范围显著降低,使反应更加容易进行。同时热解气相组分也发生了明显的变化,促进了挥发分的逸出,使得煤的裂解和缩聚等反应更容易进行。过量Fe_2O_3/CaO复合催化剂的加入会对煤的热解有抑制作用,加入质量分数5%的Fe_2O_3/CaO催化效果最好。     

生物质代替优质煤与石煤混合热解特性研究

利用热重分析仪对石煤与2种生物质的混合物进行混合共热解的实验研究。结果发现高碱金属含量的存在使得玉米秸秆对石煤热解的促进效果好于锯末;升温速率为20℃/min时,混合物中石煤热解所需的活化能最低,其中玉米秸秆-石煤混合热解所需活化能低于锯末-石煤;生物质与石煤的混合比例为3:7时,石煤的热解速率最快。     

不同氧化程度煤与塑料炭化协同效应研究

为寻求不同氧化程度煤与废弃塑料共炭化制备高性能活性炭材料的协同效应,采用微波加热技术研究了"碳源"不同氧化程度、不同品种废旧塑料以及不同塑料加入量对炭化材料吸附性能的影响。研究结果发现:氧化5~7天的煤,加入20%~40%PET粉末,以3倍量的KOH为活化剂,可制备出比表面积为2 000m2/g炭材料;塑料添加量可达60%,PS、HDPE与煤良好的协同效应出现在塑料添加量为20%时,而PET良好的协同效应在PET添加量为40%时。该研究成果为利用氧化煤与废弃塑料的协同效应进行共炭化生产高性能活性炭材料提供技术基础。     

煤与催化裂化油浆共热解特性及气体逸出规律

煤油共炼改变了单一的煤炭直接液化和重油加氢裂化加工模式,降低了煤液化的操作难度,开辟了煤直接液化和重油轻质化的新途径,为推动煤炭和重油高效清洁转化、保障国家能源安全提供了技术支撑。然而煤油共炼常在高压、催化、加氢的条件下进行,难以直接获得共转化过程中煤和共炼油热裂解行为匹配特性,也不利于区分不同组分间的相互作用。选取一种低变质烟煤和一种催化裂化油浆(FCC油浆)为原料,利用热重-质谱联用技术研究了煤与FCC油浆单独热解和不同掺混比例下共热解的反应特性,探讨了煤和油浆本征热解的匹配性。结果表明,FCC油浆热解的起始温度,峰值温度和结束温度要远低于煤样,其产生的挥发分量则明显高于煤样。共热解实验曲线与计算反应曲线分析发现,反应初始阶段(200～400℃),煤样与油浆混合样品的热解曲线明显向低温区偏移,表明该阶段煤与FCC油浆共热解反应有协同作用,但当反应温度大于400℃后,由于此时大部分FCC油浆已经挥发,生成的残焦与煤共热解没有明显的相互作用。结合在线质谱,发现在FCC油浆热解温区,出现煤热解反应产生的CO_2和CO气体逸出峰,分析可能是由于FCC油浆的溶剂效应,或是其含有的活性金属,使煤中的部分醚键、羟基或含氧杂环分子发生了断键反应。通过煤灰与FCC油浆共热解没有相互作用、而FCC油浆对脱灰煤在低温区(200～400℃)的热解有一定促进作用,进一步验证了上述结论。