煤的快速热解动力学研究

煤的快速加热条件下的热解研究对煤气化反应过程以及气化炉的运行有着重要的意义。试验采用TGA/SDTA 851型热天平对不同煤种、不同升温速率、不同灰煤比下的煤快速热解特性进行研究，同时对3种气氛下煤的动力特性进行分析。研究发现：随着升温速率的增加，最大失重速率也有所提高；随着煤的变质程度提高，热解最大失重速率有所降低；随着灰/煤比的增加，失重速率先升后降。说明存在一个最佳的灰/煤比，使得失重速率达到最大值；在N2、、O2、CO2 3种气氛下，CO2气氛下的气化反应进行的温度要高于N2气氛下的热解和O2气氛下的燃烧温度，气化与燃烧相比，气化反应进行的剧烈程度远远小于燃烧。文中也根据Coast-Redfern积分方法得出了煤热解的表观动力学参数。     

乌拉盖褐煤半焦气化特性试验

采用不同热解参数制备了4种乌拉盖褐煤半焦样品,并利用气体吸附法对其进行了比表面积及孔径结构的测定,利用热重分析法进行半焦样品的CO2气化反应活性的测定,利用管式炉对半焦样品进行气化并测量了CO体积分数随温度的变化情况。试验结果表明:较快的升温速率、较短的热解时间有助于提高乌拉盖褐煤半焦的孔隙率及孔容积;热解终温为700℃的乌拉盖褐煤半焦比表面积大于热解终温为520℃,但其气化反应活性却相对较低;各半焦样品气化反应速率最高时对应的温度为850℃左右;根据乌拉盖褐煤半焦的孔径结构、气化反应活性、煤质特性以及各气化炉的工艺特点,推荐乌拉盖褐煤热解过程采取低温、快速升温、快速热解的工艺,其气化过程采用气流床气化技术。本研究结果可为乌拉盖褐煤热解工艺优化以及乌拉盖半焦的气化利用提供参考。     

热解条件及煤种对煤焦气化活性的影响

该文对煤焦的常压CO2气化活性与热解制焦条件及煤种的关联耦合进行了分析研究。采用加压热重分析仪与常压热重分析仪联用对不同煤种在不同热解压力与热解终温制得煤焦的CO2气化活性进行对比分析,并提出最大比气化速率和平均气化速率用于表征煤焦的气化活性。最大比气化速率能准确表征煤焦的最大气化活性,其随热解压力的升高先减小后增大,而随热解终温的升高先增加后减小。小龙潭褐煤具有较高的最大气化活性,而神府烟煤和平寨无烟煤的最大气化活性较低。平均气化速率可很好地描述煤焦的气化过程和气化完全信息,两者结合可全面、有效地反映煤焦的气化特性,为气化炉的设计提供科学依据。     

准东煤热解、燃烧和气化过程中Na的行为及高岭土的捕获作用

针对准东煤利用过程中颗粒物的生成和Na行为的控制,通过高温沉降炉实验研究准东煤煤粉分别在热解、燃烧和气化时颗粒物的生成特性及Na元素的贡献,并研究3种气氛下添加高岭土对颗粒物生成的影响和Na的捕集特性。结果表明,在煤粉燃烧过程中,热解阶段有一定程度的Na元素挥发;但是焦颗粒燃烧及其后阶段仍然是Na元素挥发的主要阶段。煤粉气化气氛反应有利于Na元素以Na Cl的形式挥发。添加高岭土可有效抑制煤粉热解、燃烧和气化气氛下细颗粒物的生成。高岭土能很好地捕集不同气氛下的反应气相中的Na元素,且气化气氛下高岭土的捕集效果最好。     

多种原煤焦的CO_2气化特性研究

研究煤气化对煤炭资源高效洁净利用、防治大气污染方面有重要意义。为了研究煤焦粒径、CO2流量、煤焦质量、热解温度、热解恒温时间、气化温度对3种原煤焦气化反应的影响,在自行搭建的热重分析仪上进行煤焦气化实验。研究结果表明,当煤焦粒径≤70μm,CO2流量为600 mL/min,煤焦质量为0.1 g时,可以消除内外扩散对气化反应的影响。热解温度和热解恒温时间对准东煤焦的气化反应影响比较明显,对贵州煤焦影响则较小,浑源煤存在最佳热解恒温时间。研究结果通过大量实验数据得出,对工程实际应用有一定指导意义。     

煤粉热解特性实验研究

利用热天平,以高纯氩气为气氛气体,研究了细化鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性。实验结果表明,不同粒度的细化和超细煤粉的热失重过程可以分为四个阶段,在1400℃之前DTG曲线有两个失重峰。从室温至400℃之间的,各样品的失重特性无明显区别。在400-980℃间,粒度对煤粉失重速率间存在较好规律性。升温速率对鹤岗细煤粉热解特性的影响表现在,随着升温速率的提高,挥发分的初析温度降低;热解最大失重速率增大,达到最大失重速率的温度升高,煤粉的热解特性指数D值增大,即升温速率的增加有利于细煤粉的热解。此外,在10℃/min加热条件下,对比了平均粒径基本相同的鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性,发现挥发分含量接近,而灰分含量较高的鹤岗煤的热解特性明显优于准噶尔煤。     

化学链燃烧过程中准东煤成灰特性实验

采用热重反应器对准东煤在不同条件下的成灰特性进行实验,研究了反应气氛、温度和铁矿石存在对准东煤成灰特性的影响。结果表明:化学链燃烧后的准东煤灰机械强度要高于空气直燃后的准东煤灰,且煤颗粒粒径越大,燃烧后煤灰的机械强度也越好;准东煤的成灰速率随着温度的升高而增加,且水蒸气气氛下的成灰速率要高于CO_2气氛;与传统燃烧方式相比,化学链燃烧过程中固留在煤灰中的钠含量较少,尤其是以水蒸气为气化介质的化学链燃烧过程。     

混煤煤焦CO2气化协同效应的研究

在自行搭建的热重分析仪上研究了混煤CO2气化特性,考察了掺混比、煤种、气化温度对混煤气化协同特性的影响。研究表明:三种原煤煤焦气化反应性大小顺序为淮东煤>贵州煤>浑源煤。在气化反应的前期,混煤气化受到一定的抑制作用;气化反应后期,混煤气化受到一定的促进作用。增大混煤中高活性煤种的比例,升高气化温度均能使抑制作用增强,促进作用减弱。混煤中两种单煤的气化活性相差越大,气化反应中存在的促进和抑制作用越明显。     

溶胀预处理煤气化特性及动力学研究

采用热重分析对以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂溶胀预处理的煤气化特性进行研究,考察了溶胀预处理温度、溶胀预处理时间及超声作用时间对褐煤气化特性的影响,同时研究了不同煤种溶胀预处理后的气化反应特性,并采用一级反应模型对其相应表观动力学参数进行了计算。结果表明:溶胀预处理后煤气化失重率提高,除贫煤外,烟煤、褐煤经溶胀预处理后其气化过程从两阶段失重变为三阶段失重,溶胀预处理有利于缩短反应时间;随着溶胀温度升高和超声作用时间增加,溶胀褐煤的气化失重率下降,溶胀预处理时间对褐煤最终失重率、反应速率影响较小;经过溶胀预处理,褐煤失重率提高幅度最大,贫煤次之,烟煤最小。     

CO_2气氛对烟煤热解过程的影响

采用热重–傅里叶红外联用的方法研究徐州烟煤在Ar、N2和CO2气氛下的热解特性,考察CO2气氛下反应终温和升温速率对其失重和气体析出特性的影响。结果表明,CO2气氛对煤热解的影响主要在高温区,表现为对煤中碳酸盐分解的抑制作用和对煤焦的气化作用。反应终温900℃时,CO2气氛下CH4和C2H6的析出量较Ar和N2气氛下小,而CO析出量较大。CO2气氛下反应终温由700℃上升到1000℃,CH4和C2H6的析出量略有升高,CO析出量显著升高;升温速率提高,CH4、C2H6和CO析出量降低。     

神府煤加压热解特性及热解动力学分析

煤的加压气化是煤清洁利用的关键,作为气化反应的初始阶段,煤热解特性对煤气化过程有着重要的意义.为了深入了解煤的加压热解机制,该文采用加压热重分析仪研究了我国的一种典型烟煤--神府煤在不同压力下的热解失重特性,采用挥发分释放综合特性指数(D)与非等温法,结合不同的扩散机制函数分析了神府煤加压热解动力学机制.研究发现神府煤的热解主要包括煤样的干燥脱水、挥发分的析出以及大分子焦油的二次裂解;加压对神府煤的热解过程有明显的影响,热解压力小范围的升高(＜0.8MPa)有利于挥发分的析出,然而过高的压力不利于挥发分的快速析出,挥发分释放综合特性指数可很好地表征神府煤加压热解过程中挥发分的析出特性.热动力学分析表明,三维球扩散模型比较适合神府煤的加压热解机制,低温段活化能随热解压力增大先增大后减小,但明显高于高温段热解活化能.     

伊宁煤焦固定床等温水蒸气气化特性研究

研究了水蒸气分压、热解温度、热解恒温时间和气化温度对伊宁煤焦水蒸气气化反应的影响,并获得了相关动力学参数。结果表明:随着水蒸气分压的提高,煤焦气化活性提高,水蒸气分压大于0.045MPa时,煤焦表面活性位已经达到饱和;提高热解温度、延长恒温时间均会使煤焦气化活性降低,随着气化温度的升高,热解温度、恒温时间对煤焦气化活性的影响减小;气化温度是影响煤焦气化活性的主要因素,升高气化温度能明显提高煤焦气化活性;收缩核模型能够较好地描述伊宁煤水蒸气气化,由该模型求出的活化能范围为148.2~189.6kJ/mol。     

气化熔融焚烧工艺与城市生活垃圾热解特性的适应性研究

城市生活垃圾气化熔融技术以其无害化、减量化和资源化优势,成为极具发展潜力的新一代废弃物处理技术。为开发该技术在我国应用的适宜工艺,采用TG-DSC热分析仪,研究了不同终温、升温速率、气氛和含水率下我国城市生活垃圾典型有机混合物的热解特性。研究结果显示,我国采用该技术处理城市生活垃圾,气化温度应控制在600℃~650℃;升温速率、实际空气量与理论燃烧空气量的当量比以及物料含水率是该技术工艺的重要影响参数,应合理控制,以期获得较高的气化效率。     

热解温度对神府煤热解与气化特性的影响

采用大容量加压热重分析仪研究了不同热解温度(500, 650, 800 和1 000 ℃)与压力(常压、3 MPa)下神府煤的热解特性,同时采用傅里叶红外光谱仪、比表面积分析仪等分析仪器对所得煤焦的物化特性进行了详细分析。发现高温有利于挥发分的析出,使得煤焦产量快速降低;同时煤焦内C元素的含量快速增加而H含量逐渐减少,同时煤焦内有机官能团的红外吸收也明显减少;煤焦的孔隙表面积和孔容随热解终温的升高先增大后减小,在800 ℃(常压)和650 ℃ (3MPa)取得最小值。热解温度和压力对煤焦的气化活性也有显著的影响。采用常压热重分析仪在1000 ℃下分析了煤焦的CO2等温气化特性。常压热解焦的CO2等温气化活性随温度升高而降低,而加压热解得到的焦有不同的趋势,说明压力和温度对煤粉热解和气化的影响有一定交互作用。     

垃圾衍生燃料热解热重实验研究

本实验用热重分析法对含75%布、含50%、67%、75%、100%生活垃圾的RDF样品的热解进行研究,通过分析不同热解终温、不同升温速率、不同物料比、添加污泥与添加废石灰对RDF热解过程的影响,分析TG和DTG曲线的变化和特征点温度及不同阶段样品质量变化,计算热解率,研究表明,①热解终温增加,TG曲线向低温区移动,热解率增大,其中最大可达98.6%;②升温速率增加,热解反应向高温区移动,说明升温速率越低,越有利于热解反应进行;③对于生活垃圾与生物质不同配比的RDF热解,生活垃圾比重的增加导致TG曲线向高温区移动,挥发分析出温度延后;④添加污泥的RDF与添加废石灰的RDF相比,热解更充分,热解率由77.14%上升到92.46%。     

粒度和升温速率对低热值煤样热解的影响研究

利用热重法研究了低热值煤在不同粒度和不同升温速率下的热解特性;获得了不同粒度和不同升温速率下热解特性参数,通过动力学分析得到三维扩散模型可以很好反映升温速率的煤样的热解过程,而二级化学反应可以反映不同粒度的热解情况,通过对模型求解得出煤样的活化能与频率因子。     

生物质与煤混合热解特性的研究

采用热重分析法(TGA)对几种常见天然生物质(麦秆、棉秆和杨木屑)、两种不同变质程度的煤以及两者混合物的热解特性进行了研究。试验升温速度5℃/min,终温850℃。结果表明:生物质热解温度低,热解速度快,而煤相对热解速度慢,热解温度高,随煤变质程度提高,TG曲线向高温区移动,热解温度升高,最终失重率减小,试验无烟煤和烟煤的最终失重率分别为17%和30.07%。生物质与煤混合热解时,总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征,但从实际微分曲线与按比例折算后的曲线比较结果看,400℃之前,生物质对煤的热解影响不明显,在400℃之后,生物质的加入对煤的热解产生抑制作用,煤的热解速率降低,煤的挥发分越低,抑制作用越强。     

不同升温速率下煤粉热解特性研究

采用TG—FTIR热重红外联用仪对4种煤种进行煤粉热解失重实验,研究不同升温速率下煤粉热解失重特性及改变煤种对煤粉热解失重特性的影响规律,并利用实验结果计算得到相应阶段的反应动力学参数。研究结果表明:不同升温速率下煤粉失重情况较为接近,提高升温速率能够加剧热解反应;随着热解反应进行,因不同阶段化学反应的不同而导致活化能E变化较大;不同升温速率下煤种对热解反应的影响不可忽略。     

垃圾衍生燃料气化动力学特性研究

采用气化工艺处理城市固体废物不仅可以从中回收能源,同时还可以降低二次污染的影响。采用热重分析法对垃圾/生物质为1:1、1:2、1:3和纯生活垃圾的RDF样品进行气化研究,通过分析不同物料比、不同升温速率、不同气氛、不同终温对RDF气化反应过程的影响,得出RDF气化反应动力学参数。研究表明随着升温速率的增加,产气中H2的产量呈上升趋势,CO和CH4的产量先升高再降低;随着O2含量的增加,RDF的气化效果越来越好,其气化产气中H2的含量呈上升趋势。     

高温气化剂加压喷动流化床煤气化试验研究

在热输入0.1MW的小型加压喷动流化床试验装置上进行了高温气化剂煤气化特性的试验研究,考察了气化温度、压力、空气系数和汽煤质量比等工艺参数对高温空气/蒸汽作为气化介质的煤气化行为的影响.试验结果表明,在所研究的工艺参数中,气化温度对高温空气煤气化特性影响最为显著.压力对气化性能的影响主要体现在改善流化床气化炉床内流化质量.空气系数及汽煤比的影响从本质上看是通过改变气化反应温度来实现的,对于一个特定的流化床气化工艺,空气系数及汽煤比均存在一个适宜的操作区域.