油坊梁煤加压热解特性的实验研究

为考察不同热解条件对煤加压热解产物分布和产品品质的影响，利用加压热重装置研究了不同升温速率(10℃/min, 20℃/min, 30℃/min, 40℃/min)、压力(1.0 MPa, 2.0 MPa, 3.0 MPa, 4.0 MPa)和气氛(100%N₂,100%CO₂,50%CO₂+50%H₂)对油坊梁煤加压热解特性的影响。结果表明：在反应终温800℃、升温速率30℃/min、100%N₂条件下，受加压抑制挥发分的逸出与扩散的影响，失重曲线、失重速率曲线及最大失重速率对应的峰温整体向高温侧移动，失重率由1.0 MPa时的24.52%减小至4.0 MPa时的19.46%。与100%N₂气氛相比，100%CO₂和50%CO₂+50%H₂气氛下失重率分别增加2.29%和1.32%。受高氢分压下较多的氢分子参与自由基的加氢饱和、高压促使挥发分发生二次反应，以及CO₂与重...     

N2/CO2气氛下木屑生物质热解特性的实验研究

本研究利用固定床管式炉开展了不同N2/CO₂比例气氛下的木屑生物质热解实验,考察了CO₂浓度、载气流速和停留时间对热解油和焦炭产率的影响。结果表明：热解油和焦炭的产率随反应温度和停留时间的增加而降低,热解油产率随反应气氛中CO₂浓度的升高而增加。在N₂和CO₂气氛下,载气流速升高均使热解油产率下降,而焦炭产率则在15%左右保持不变。添加HZSM-5和ZIF-67两种催化剂,发现ZIF-67在CO₂气氛下的热解油产率可以达到72.3%,相比其在N₂气氛下的热解油产率提升了近1.5倍;而HZSM-5由于其微孔孔道对生物质大分子传质的限制,产生最多焦炭(24.1%)。     

生物质与催化裂化油浆共热解协同作用研究

基于生物质焦油氧含量高、品质差的缺陷,本文提出将生物质与重油共转化利用的方法。以催化裂化油浆（FCC）、稻壳（RH）、木屑（PS）为原料,通过低温固定床热解实验对其共热解产物分布进行了研究。结果表明,在FCC的供氢作用下,共热解有利于焦油中含氧化合物的脱除,随着生物质比例增加,反应过程中脱羧基、脱羰基反应减弱,脱羟基反应增强,产物中CO、CO₂产率较计算值增加幅度减小,水的产率较计算值逐渐增大。焦油中烃类物质增加,其中芳香烃以二元环和四元环增加为主,脂肪烃中以C₁₃~C₂₀增加为主。整体上,共热解过程促进了半焦产率的增加,焦油产率虽无明显改变但品质得到了显著提升。     

生物质与催化裂化油浆共热解协同作用研究

基于生物质焦油氧含量高、品质差的缺陷,本文提出将生物质与重油共转化利用的方法。以催化裂化油浆（FCC）、稻壳（RH）、木屑（PS）为原料,通过低温固定床热解实验对其共热解产物分布进行了研究。结果表明,在FCC的供氢作用下,共热解有利于焦油中含氧化合物的脱除,随着生物质比例增加,反应过程中脱羧基、脱羰基反应减弱,脱羟基反应增强,产物中CO、CO₂产率较计算值增加幅度减小,水的产率较计算值逐渐增大。焦油中烃类物质增加,其中芳香烃以二元环和四元环增加为主,脂肪烃中以C₁₃~C₂₀增加为主。整体上,共热解过程促进了半焦产率的增加,焦油产率虽无明显改变但品质得到了显著提升。     

木屑与煤慢速共热解产物特性研究

采用TG-FTIR联用的分析方法对木屑与煤共热解产物进行分析,结果发现,木屑与煤共热解产物不是两者单独热解的简单叠加,而是木屑与煤协同反应相互促进或抑制的结果。煤化程度越高木屑与煤共热解过程中CO和CH₄的产率越多,CO₂的产率越少,液体和固体产物越多。木屑与煤掺混比例对于共热解产物的影响规律性不是非常明显,对于CO和CH₄,掺混比例5:5时产率最低;CO₂在共热解温度<500 ℃时,掺混比例5:5时产率最高,而在共热解温度>500 ℃时,随着煤的掺混比例的增加产率逐渐减小。木屑与褐煤的共热解固体产率随着掺混比例的增加逐渐增大,木屑与无烟煤的共热解固体产率正好相反。     

N2气氛下温度和压力对煤热解的影响

研究煤热解的反应特性有助于提高煤热解的转化率和焦油收率并且能够改善焦油的品质。本文在固定床反应器上研究了N₂气氛中,不同压力和温度下的唐山烟煤热解反应,考察了温度和压力对热解失重率、热解气体组成及液相产物产率的影响规律。结果表明当热解压力由1MPa增加至3MPa时,唐山烟煤的失重率和焦油产率均先增加后降低,在2MPa时达到最大值。当温度低于600℃时,压力不影响CH₄、H₂和CO的收率,当温度超过600℃时,CH₄、H₂和CO的收率随热解压力的升高而降低。随着热解温度的升高,煤热解的失重率、水的产率以及CH₄、H₂的收率不断增大,焦油的收率和CO的收率先增大后降低,在2MPa下600℃时焦油的收率达最大值为9.23%。     

褐煤与大豆荚共热解的产物特性分析

利用自制的低温热解装置研究褐煤与大豆荚共热解的产物特性,考察大豆荚掺混比和催化剂Fe₂O₃对热解产物特性的影响。通过FT-IR、GC-MS、SEM-EDX和UV-vis分析共热解产物的性质,并将半焦用于亚甲基蓝吸附实验。研究结果表明：掺混比30%时,共热解焦油的产率达到最大值11.98%,比煤焦油产率增加44.86%,与计算值的正偏差最大（0.8%）,同时,大豆荚的添加有促进焦油生成的协同作用。大豆荚的添加有利于共热解焦油中含氧杂环的断裂,使共热解焦油中直链烷烃增多,芳香族化合物减少,使重质组分转化为轻质组分,从而提高焦油品质;同时,大豆荚的添加使共热解半焦的含氧基团增加,微观形貌变粗糙。而Fe₂O₃的加入使共热解焦油中酚、醇类物质增加;加Fe₂O₃共热解半焦的褶皱更加明显。共热解半焦对亚甲基蓝的吸附率为33.62%,比煤半焦的吸附率提高8.84%,加Fe₂O₃共热解半焦的吸附率为55.57%,比共热解半焦提高65.29%。     

生物质与烟煤程序升温共热解产物特性分析

研究了富含半纤维素的玉米芯(CB)和富含木质素的松木屑(SD)分别与烟煤(YL)程序升温共热解产物产率和组成变化规律,并对焦油族组成进行分析。结果表明:生物质与煤共热解造成热解产物组成和产率显著变化,且其变化程度与生物质的组成和结构有关。对于富含纤维素的玉米芯与烟煤共热解过程,玉米芯质量掺混质量比为75%时,共热解气体产率减小18.87%,其中CO2产率减少29.15%,而热解水产率增加16.77%。由于半焦和玉米芯中碱/碱土金属,尤其是K对焦油中重质组分裂解具有催化作用,共热解焦油中沥青质产率减小43.40%,而极性组分增加63.21%。与富含半纤维素类的玉米芯不同,富含木质素的松木屑与烟煤共热解造成气体和焦油产率增加,而半焦和热解水产率略有减小,气体中CO2和CO略有增加。松木屑中活性H的转移作用,造成共热解焦油中脂肪烃产率增加,极性组分产率减少。松木屑掺混质量比为50%时,脂肪烃增加89.30%,而极性组分减小17.40%。     

石莼与褐煤低温共热解热重分析及动力学

将不等量的生物质石莼(SC)加入到褐煤(AL)中进行低温干馏实验,实验表明:随石莼的掺混比增加,热解油产率呈先增加后减少的趋势,在石莼掺混比为30%时热解油产率达到最大值12.50%,热解油中烷烃含量在原有基础上增加了23.54%,在一定程度上提高了热解油品质。利用热重分析仪对石莼、褐煤单独热解及30%最佳掺混比的混合样共热解的热解特性进行了研究,结果表明:石莼的加入使褐煤初始热解温度提前,失重速率变快,在300～700℃之间,实验所得混合样的残重量小于单独热解残重量的理论加权值,表明石莼的添加一定程度上促进了热解反应的进行。混合热解符合一级动力学方程模型,指前因子A和活化能E_a存在补偿效应,共热解时的A和E_a与褐煤单独热解相比均减小。     

生物质快速热解制油试验及流程模拟

使用自主研发的流化床热解反应器对生物质热解制油进行实验研究,通过对不同实验温度450、500、525、550、580、610℃下得到的目标产物进行分析,得到了反应温度对生物油产率的影响规律。实验表明：550℃时,最大液体产率为42.5%（质量）;实验得到的不可冷凝气体的组分以CO、CO₂、CH₄和H₂为主,气相产物产率约为37.7%（质量）。在实验基础上,利用Aspen Plus流程模拟软件,建立了生物质热解制油工艺模拟流程,模拟分析了热解温度对生物油产率的影响,结果表明该模型能准确模拟实际热解过程,具有较好的适用性和可靠性。     

页岩灰和FCC催化剂调控油页岩热解产物二次反应特性

采用两段反应器对油页岩热解初级挥发分进行二次催化反应特性研究,考察了第2段反应器内不同的催化载体、反应气氛与停留时间对油气收率及品质的影响。结果表明,在考察的停留时间范围内页岩灰具有相对适中的催化活性来调控热解挥发分产物的二次反应,水蒸气气氛能够进一步提高热解油收率约5%,并能够在一定程度上抑制裂解气体中C₂~C₃组分的生成。页岩灰作为催化载体能够转化热解油中VGO（馏程>350℃）等重质组分,随停留时间增加油品馏程向轻组分转移。油品组分GC-MS结果表明,较短停留时间内（<3 s）,水蒸气添加能够有效抑制热解油中脂肪烃类的过度裂解,与氮气相比提高汽柴油馏分含量20%以上。过长的停留时间（3~5 s）会造成VGO等馏分缩聚生成焦炭,从而大幅降低热解油收率。     

Influence of temperature and Ca(OH)2 on releasing tar and coal gas during lignite coal pyrolysis and char gasification

The yield of tar and syngas has been investigated by catalytic pyrolysis of Pingzhuang lignite (PZL) over Ca(OH)₂ catalyst in temperature range of 600℃-1000℃ in a tube furnace. The results show that the yield of volatile pyrolysis increases and char decreases with rising temperature for both raw and catalyzed Pingzhuang lignite. The hydrogen fraction (H₂) increased from 20% to 40% for the PZL sample; but, for the PZL-Ca(OH)₂ sample, H₂ fraction fluctuated randomly between 35% to 42%, with the maximum H₂ fraction found at 1000℃. The Gaschromatography mass-spectroscopic (GC-MS) analysis revealed that the maximum tar yield at 800℃ and 700℃ was obtained for PZL and PZL-Ca(OH)₂, respectively. The surface morphology of PZL and PZL-Ca(OH)₂ chars underwent different transformation in the presence of catalyst as illustrated by SEM/EDX, FTIR, and BET analysis. Furthermore, char sample was investigated for the carbon conversion and reactivity index using TGA analysis under N₂ and CO atmosphere.     

废旧聚丙烯/活性炭微波共裂解制取可燃裂解气与轻质裂解油

为实现对废旧塑料的资源化利用,本文采用微波裂解法,以废弃聚丙烯（PP）为裂解原料、颗粒状活性炭为吸波材料通过微波共裂解制取可燃裂解气与轻质裂解油。实验研究了不添加催化剂时微波功率对裂解所得裂解气、裂解油和固体碳的影响,以及添加不同种类金属氧化物作为辅助催化剂时对裂解产物的影响,并详细研究了MgO、ZnO的添加量和功率对产物的影响。研究发现,不添加催化剂时裂解气的产率可达40%,其中H₂、CH₄约占气体总体积的40%,裂解油的产率为40%左右,固体碳的产率为15%左右。裂解油中烷烃、烯烃和单环芳烃三者的总含量可达90%以上,裂解油的相对密度介于0.7~0.8之间,属于轻质裂解油;添加不同金属氧化物后部分金属氧化物可加深PP的裂化程度,其中MgO可显著提高CH₄的含量,ZnO可显著提高H₂的含量,且金属氧化物可进一步提高裂解油中单环芳烃的含量;结合响应面分析PP的最佳裂解条件为：加入MgO后功率范围在660~720W,催化剂量在0.6~1g;加入ZnO后功率范围在680~740W,催化剂量在0.4~1g。     

低阶煤与玉米芯低温共热解的产物特性分析

采用低温干馏装置对不同玉米芯加入量的褐煤/玉米芯混合物进行低温共热解实验。结果表明：当玉米芯加入量为30%时,焦油产率最大为11.70%,比褐煤单独热解提高了53.75%。随着玉米芯的加入量增加,热解气中CO、CH₄和H₂含量逐渐增大。对热解焦油进行GC-MS检测,发现添加30%玉米芯后脂肪族质量分数从褐煤单独热解的24%提高到了30.67%,酚类质量分数从6.29%提高到了18.49%,杂原子质量分数从29.75%降低到了13.33%,一定程度上实现了焦油的轻质化和高品质化。对热解半焦进行SEM、比表面积分析和热值测定,发现共热解半焦表面变粗糙,孔隙结构得到改善,热值明显高于褐煤单独热解半焦热值。     

Improving hydrocarbons production via catalytic co-pyrolysis of torrefied-biomass with plastics and dual catalytic pyrolysis

To increase the low yield and selectivity of aromatic hydrocarbons during the biomass pyrolysis process, we torrefied the biomass and then co-pyrolyzing with plastics such as high-density polyethylene (HDPE), polystyrene (PS), ethylene-vinyl acetate (EVA) and polypropylene (PP) and also single and dual catalyst layouts were investigated by Py-GC/MS. The results showed that non-catalytic fast pyrolysis (CFP) of raw bagasse (RBG) generated no aromatics. After torrefaction non-CFP of torrefied bagasse (TBG) generated low aromatic yield. Indicating that torrefaction would enhance the proportion of aromatics during the pyrolysis process. The CFP of TBG_200℃ and TBG_240℃ over ZSM-5 produced the total aromatic yield of 1.96 and 1.88 times higher, respectively, compared to non-CFP of TBG. Furthermore, the addition of plastic could increase H/Ceff ratio of the mixture, consequently, increase the yield of aromatic compounds. Among the various torrefied-bagasse/plastic mixtures, the CFP of TBG/EVA (7:3 ratio) mixture generated the highest the total aromatic yield of 7.7 times more than the CFP of TBG alone. The dual catalyst layout could enhance the yield of aromatics hydrocarbons. The dual-catalytic co-pyrolysis of TBG_200℃/plastic (1:1) ratio over USY (ultra-stable Y zeolite)/ZSM-5, improved the total aromatics yield by 4.33 times more than the catalytic pyrolysis of TBG_200oC alone over ZSM-5 catalyst. The above results showed that the yield and selectivities of light aromatic hydrocarbons can be improved via catalytic co-pyrolysis and dual catalytic co-pyrolysis of torrefied-biomass with plastics.     

热分解气氛对流化床煤热解制油的影响

在循环流化床锅炉上耦合流化床热解反应器既可提供电力又副产热解油,明显提高煤的利用价值。在这个过程中,热解反应器通常利用自身产生的热解气作为流化介质。本文考察了模拟热解气反应气氛对流化床煤热解拔头制取热解油产率的影响,并利用TG-FTIR分析了焦油官能团组成及随TG温度的变化。针对锅炉用烟煤的实验结果表明：采用热解气作为反应气氛时焦油产率最大,相对无水无灰基煤达13%。反应气氛中H₂和CO₂的存在不利于焦油生成,但CO 和CH₄的加入提高了焦油产率;H₂的加入有利于焦油中酚羟基、羧基类化合物生成,同时也促进了脂肪族化合物的裂解;CH₄的存在可以提高焦油中单环芳烃、脂肪族及酚羟基类化合物的含量。