高温干燥对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响

利用卧式固定床实验炉制得不同温度下干燥处理的煤样,采用低温氮吸附法测试煤样的比表面积、孔体积和孔径分布等孔隙特征参数,使用复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水量,探索了高温干燥处理后褐煤孔隙结构的演变与其复吸特性之间的关联规律。结果表明：褐煤原煤及不同干燥温度(600~800℃)下半焦的等温吸附曲线均属于第Ⅱ类吸附等温线,褐煤原煤、600℃和700℃干燥半焦的吸附回线均属于L1型,800℃干燥半焦的吸附回线有从L1型转变为L2型的趋势;随着干燥温度的增加,干燥半焦的比表面积先增大后减小,介孔峰值的孔径微分同样先增大后减小,而大孔孔径微分基本保持不变;分形维数D₁和D₂呈相反的变化趋势,且D₂>D₁;不同干燥程度半焦的复吸曲线变化趋势相同,且平衡含水量随着干燥温度的升高而减小;半焦复吸特性与孔隙结构有关,平衡含水率与其孔容积之间呈较好的线性关系。     

微波辐照下半焦催化甲烷裂解制氢研究

以未经任何活化的内蒙古煤热解半焦为催化剂,研究了甲烷在微波加热条件下裂解制氢的反应规律和催化剂失活机理,探讨了半焦的表面结构特征和含氧官能团,分析了反应条件对甲烷催化裂解过程的影响.研究表明,在650℃~850℃之间,内蒙古褐煤半焦是一种很好的甲烷裂解制氢催化剂,在半焦制备温度为850℃,反应温度为850℃,空速为600mL/(h·g)的条件下,半焦催化甲烷裂解的初始转化率最高达到了61.75%;升高半焦制备温度和催化反应温度以及降低空速有利于提高甲烷的转化率;半焦催化活性降低的主要原因是表面结构特性的改变和含氧官能团的减少.     

高温干燥对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响

利用卧式固定床实验炉制得不同温度下干燥处理的煤样,采用低温氮吸附法测试煤样的比表面积、孔体积和孔径分布等孔隙特征参数,使用复吸实验装置测定不同干燥程度褐煤煤样的平衡含水量,探索了高温干燥处理后褐煤孔隙结构的演变与其复吸特性之间的关联规律。结果表明:褐煤原煤及不同干燥温度(600～800℃)下半焦的等温吸附曲线均属于第Ⅱ类吸附等温线,褐煤原煤、600℃和700℃干燥半焦的吸附回线均属于L1型,800℃干燥半焦的吸附回线有从L1型转变为L2型的趋势;随着干燥温度的增加,干燥半焦的比表面积先增大后减小,介孔峰值的孔径微分同样先增大后减小,而大孔孔径微分基本保持不变;分形维数D1和D2呈相反的变化趋势,且D2D1;不同干燥程度半焦的复吸曲线变化趋势相同,且平衡含水量随着干燥温度的升高而减小;半焦复吸特性与孔隙结构有关,平衡含水率与其孔容积之间呈较好的线性关系。     

热解气氛与温度对褐煤半焦“一步法”甲烷化活性的影响

为提高褐煤热解多联产技术中半焦的利用效率,本文提出将低温热解半焦用于"一步法"制甲烷技术,考察了热解条件对半焦性质和一步甲烷化活性的影响。利用管式炉制备了不同气氛和温度的褐煤热解半焦,采用傅里叶红外光谱、X射线衍射技术和固定床反应器,对半焦表面化学、微晶结构和甲烷化活性进行了表征。结果表明,与N2和H2氛围相比,褐煤在水蒸气氛围中进行热解,半焦表面含氧官能团受到保护而含量更高,同时石墨化程度因受阻而降低,甲烷化活性更高;在水蒸气氛围中,773~873K范围内,随着热解温度升高,褐煤裂解反应进行程度加深,半焦表面含氧官能团数量降低,石墨化程度增加,致使甲烷化活性降低。总之,在水蒸气氛围中,773K时热解形成了一步甲烷化反应活性最好的褐煤半焦,对于低阶褐煤热解过程与气化过程优化联产具有重要指导意义。     

低阶碎煤有氧热解制备兰炭的工艺条件

以流化石英砂为介质,研究了热解温度、O2浓度、原煤停留时间及粒径等流化条件对由小粒径低阶碎煤所制半焦的理化性质的影响. 结果表明,1~13 mm小粒径低阶煤在热解温度大于850℃及O2浓度、热解时间分别不低于3%(j)和120 s的条件下,可制得固定碳含量高于82%(w)、挥发分含量低于7%(w)的兰炭. 热解温度由650℃升至950℃,碳晶格的微晶晶面间距(d002)由0.383 nm减小至0.372 nm,半焦晶格的有序化程度增加. 氧气浓度为7%(j)时,半焦的比表面积最大,为242.71 m2/g,同时氧化反应活性也最大. 延长有氧气氛下的热解时间,半焦孔隙结构因烧蚀而坍塌,半焦的比表面积和活性降低.     

煤焦加压水蒸气催化气化反应特性及甲烷释放规律研究

以内蒙褐煤焦为研究对象,K_2CO_3为催化剂,在小型加压固定床上考察了反应温度、操作压力和水碳比对煤焦水蒸气气化反应过程中碳转化率、反应速率和甲烷浓度及其累计流量的影响。结果表明,随着反应温度的增加,碳转化率和反应速率显著增加,甲烷浓度及其累计流量也增加,表明甲烷化反应在600~700℃内仍受动力学控制。操作压力的提高,碳转化率和反应速率呈先增加后减小的变化趋势,而甲烷的浓度逐渐增加,其累计流量由常压下的2.4 mL逐渐增加至3.5 MPa下的43.2 mL。随着水碳比的增加,碳转化率和反应速率大幅增加,但是甲烷的浓度逐渐降低,甲烷的累计流量受反应速率和反应平衡的共同影响,呈先增加后减小的趋势。     

煤焦加压水蒸气催化气化反应特性及甲烷释放规律研究

以内蒙褐煤焦为研究对象,K_2CO_3为催化剂,在小型加压固定床上考察了反应温度、操作压力和水碳比对煤焦水蒸气气化反应过程中碳转化率、反应速率和甲烷浓度及其累计流量的影响。结果表明,随着反应温度的增加,碳转化率和反应速率显著增加,甲烷浓度及其累计流量也增加,表明甲烷化反应在600⁷00℃内仍受动力学控制。操作压力的提高,碳转化率和反应速率呈先增加后减小的变化趋势,而甲烷的浓度逐渐增加,其累计流量由常压下的2.4 mL逐渐增加至3.5 MPa下的43.2 mL。随着水碳比的增加,碳转化率和反应速率大幅增加,但是甲烷的浓度逐渐降低,甲烷的累计流量受反应速率和反应平衡的共同影响,呈先增加后减小的趋势。     

印尼褐煤的热分解特性研究

采用热重分析和热解实验对印尼褐煤的热分解特性进行研究,探讨了印尼褐煤的热解机理、升温速率和热解终止温度对热解过程的影响.结果表明,印尼褐煤的热失重过程包括水分蒸发、挥发分析出和焦炭形成三个阶段;在温度低于300℃时,印尼褐煤以水分蒸发和脱除吸附小分子气体为主,300℃时开始微热解反应,400℃时热分解反应剧烈.在同一热解温度条件下,升温速率为10K/min～20K/min的慢速升温热解过程中,焦油产率维持在8.5%(质量分数)附近,升温速率对热解产物产率的影响较小;在400℃～600℃的低温热解范围内,热解终止温度对焦油产率影响较小,但热解气体产率随热解终止温度的增大而增大,而半焦产率却随之降低.     

煤-合成气共热解特性的研究

选用山东黄县褐煤分别在高压热天平及10g固定床反应器中与合成气共热解对其热失重行为、不同热解终态温度下产物分布及热解半焦燃烧特性进行了详细考察。结果表明,煤－合成气共热解具有与加氢热解基本相似的热失重行为即具有较为明显的热分解和加氢热解失重峰。固定床热解总转化率、焦油收率及热解水分均随终态温度升高而增加,热解半焦燃烧着火点、燃尽温度均随热解终温升高而增加。     

褐煤的对流热解特性实验研究

在固定床热解过程中引入对流气体,考察了对流气体流量、对流气体温度、煤样粒度对褐煤热解过程传热和热解产物的影响;试验表明:随对流气体流量增加,传热系数增加,流量小于1.0 L/min时,引入的对流气体能及时带出热解过程逸出的挥发分,避免了挥发分的二次裂解,能提高焦油产率;为提高褐煤热解过程的转化率,热解温度与对流气体温度之差不能超过50℃;随煤样粒度增大,传热系数增加,热解气产率增大,20~30 mm时焦油产率最大,10~30 mm时半焦产率最大。     

半焦催化裂解煤焦油试验研究

为了提高褐煤热解制得半焦对焦油的催化裂解效果,采用煤热解制备的半焦催化裂解煤热解过程中产生的煤焦油。采用两段式固定床反应器,在反应器上段放置煤样热解,下段放置半焦催化剂催化裂解上段产生的焦油。研究了制焦温度、半焦用量、经O_2活化后半焦对焦油催化裂解效果的影响。结果表明,增加褐煤的制焦温度,焦油产率明显下降,褐煤900℃制备的活化半焦1 g时的焦油产率仅6.3%,提高半焦制焦温度有利于焦油中的大分子芳香类物质催化裂解成少环物质和小分子气体组分;增加半焦用量对焦油脱除效果作用不明显,焦油产率缓慢减少。与未活化半焦相比,O_2活化后的半焦对焦油的脱除效果更好。半焦的比表面积及孔隙分析(BET)表明,活化后半焦的比表面积更大,且孔隙更丰富;能谱分析(EDS)发现,活化后半焦表面金属元素总量高于未活化半焦。     

温度梯度与产物流动对先锋褐煤热解产物分布的影响

通过两段固定床反应器分离了煤热解和二次反应过程,模拟了传统外热式固定床反应器和外热式内构件固定床反应器内挥发性热解产物流动与固相反应颗粒间的相互作用,研究了不同温度的半焦对先锋褐煤热解产物分布和品质的影响。结果表明:当半焦的温度在500~900℃时,焦油发生剧烈的二次反应,热解气收率增加,焦油收率大幅下降,H/C同时大量降低且均低于空白样,油品质下降;在100~400℃半焦作用下,焦油发生轻微的二次反应,热解气收率略微增加,焦油收率缓慢下降,但H/C均高于空白样,油品质提升。该结果验证内构件外热式固定床反应器热解产生的焦油具有更高的收率及品质。     

褐煤热解半焦性质研究

以锡林郭勒褐煤为原料,研究褐煤的热解特性;考察了热解温度等因素对褐煤热解过程以及产物性质的影响。研究结果表明:锡林郭勒褐煤在热解温度520℃,停留时间为1.5 h,煤样粒度为13~20 mm的条件下,可以制备高发热量的半焦,此时半焦发热量为27.81 MJ/kg;锡林郭勒褐煤最佳热解温度480~520℃,半焦发热量25 242~27 162 kJ/kg;半焦产率55%~56%。     

低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响

采用热重分析法研究了不同热解条件下半焦的燃烧性能和动力学特征,利用Ozawa法求取动力学参数。结果表明,热解温度越低、保温时间越短时,半焦的燃烧性能越好;热解升温速率对半焦燃烧过程的反应程度影响不大;粒度越大,燃烧性能差异性越明显。热解温度对半焦燃烧性能影响较大,550℃是本研究中制备高燃烧反应性半焦的适宜热解温度。两种不同粒度原煤制得的半焦均随转化率增大,活化能减小。1~3 mm原煤在热解温度为550℃时所得半焦在燃烧过程中符合反应级数模型,化学反应为限制性环节,反应最概然机理函数为f(α)=(1–α)2。     

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。     

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。     

低阶煤低温热解半焦在模拟高炉喷吹条件下的燃烧性能

采用自制固定床热解装置在隔绝空气的条件下制备神木长焰煤热解终温分别为400℃、450℃、500℃及550℃的热解半焦,利用管式沉降炉模拟高炉喷吹条件研究神木长焰煤低温热解半焦的燃烧性能,并考察了热解终温、半焦喷吹粒径以及燃烧反应温度对半焦燃烧性能的影响。研究表明：低温热解半焦的燃烧性能优于实验所选用无烟煤的燃烧性能,半焦的燃烧性能与其燃料比之间存在负相关关系,即燃料比越高,燃烧性能越差;降低热解终温、减小半焦喷吹粒径以及提高燃烧反应温度均能改善半焦的燃烧性能,当热解终温为400℃、喷吹粒径100～200目、燃烧反应温度为1100℃时半焦的燃尽度最佳为96%。本实验半焦制备及燃烧条件与现有低温热解和高炉喷吹工艺相符,且热解半焦各项性能均符合喷吹用煤指标。     

温度对毛竹快速热解焦物理化学特性的影响

用固定床反应器制备了热解温度300~800℃的毛竹快速热解焦。采用比表面积测试(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)研究了毛竹热解焦的物理化学特性。结果表明,随着热解温度的升高,热解焦中C=C的含量先增加后减少;热解温度低于700℃时,热解过程中的脱氢作用和芳香环的增长使得芳香碳的含量增加;温度超过700℃时,芳香族化合物发生缩合反应,产生石墨碳。700℃热解焦的比表面积达到最大值233.65 m~2/g,并具备良好的吸附特性。800℃热解焦的比表面积下降至170.35 m~2/g,这是由于热解焦发生孔坍塌,使得部分孔隙关闭。     

煤半焦和沙柳炭混合物恒温共热解作用的研究北大核心

采用先混合原沙柳和煤粉再制焦的次序,利用热重分析法研究了4种煤半焦和沙柳炭混合物的恒温共热解作用。从胜利煤的变温热解中,选定恒温共热解的温度400、500和600℃来研究温度对沙柳炭和胜利煤半焦混合物共热解作用的影响,结果显示400和600℃表现为协同作用,500℃表现为抑制作用,通过分析选择600℃作为恒温共热解温度。在600℃时,研究了沙柳炭与不同种类煤半焦在不同掺混比例下的恒温共热解,显示沙柳炭对挥发逸出能力较强或较低的煤半焦(霍林河煤和准格尔煤)均表现为抑制作用,对挥发分逸出能力中等的煤半焦(胜利煤和宝日希勒褐煤)表现为协同作用;受煤种的影响,掺混比例对共热解的作用效果大小无固定的排序。     

煤半焦和沙柳炭混合物恒温共热解作用的研究

采用先混合原沙柳和煤粉再制焦的次序,利用热重分析法研究了4种煤半焦和沙柳炭混合物的恒温共热解作用。从胜利煤的变温热解中,选定恒温共热解的温度400、500和600℃来研究温度对沙柳炭和胜利煤半焦混合物共热解作用的影响,结果显示400和600℃表现为协同作用,500℃表现为抑制作用,通过分析选择600℃作为恒温共热解温度。在600℃时,研究了沙柳炭与不同种类煤半焦在不同掺混比例下的恒温共热解,显示沙柳炭对挥发逸出能力较强或较低的煤半焦(霍林河煤和准格尔煤)均表现为抑制作用,对挥发分逸出能力中等的煤半焦(胜利煤和宝日希勒褐煤)表现为协同作用;受煤种的影响,掺混比例对共热解的作用效果大小无固定的排序。