甘蔗渣与褐煤低温共热解产物特性分析

采用自制的低温热解装置研究褐煤与甘蔗渣(SB)共热解过程中添加甘蔗渣对褐煤热解特性的影响.结果表明:随着甘蔗渣掺混比的增加,热解油产率呈现先增大后减小的趋势.在甘蔗渣掺混比为20%(质量分数,下同)时,热解油产率达到最大值16.7%,比褐煤单独热解得到的焦油产率增加了13.7%,与焦油计算值产率出现0.57%的最大正偏差.热值分析得出共热解过程有利于褐煤和甘蔗渣的能量富集,共热解半焦比原煤半焦的热值大;焦油的FTIR谱表明,添加甘蔗渣会促进褐煤中—OH和—CH_3官能团的断裂和分解,会使甘蔗渣中羧基官能团以其他含氧官能团形式转移到焦油中,有利于焦油轻质化;热重分析表明,热解过程分为三个阶段,甘蔗渣的添加对褐煤的快速热解阶段影响显著,使褐煤的最大失重速率增加,提高了8.96%,最大失重速率所对应的热解温度降低了98.8℃,甘蔗渣的添加一定程度上促进了热解反应的进行.     

褐煤与石莼低温共热解产物特性研究

将内蒙褐煤与石莼的混合物在自行设计的低温干馏装置进行低温共热解实验,并探究石莼的添加量对各热解产物的产率、组成及品质的影响。研究结果表明:当石莼的添加量(质量分数)为40%时,焦油产率达到最大值8.35%,相比于褐煤与石莼的理论加权值提高了26.70%。GC-MS检测结果表明共热解焦油中直链脂肪族化合物和酯类化合物含量明显高于褐煤单独热解焦油中相应组分的含量;FTIR检测表明石莼的添加使焦油中的芳香族化合物有向脂肪族化合物转变的趋势,可使煤焦油达到一定程度的轻质化;SEM检测表明石莼的添加使共热解半焦孔隙变多、表面变粗糙,这有利于提高半焦反应活性及扩大半焦的用途。     

石莼与褐煤低温共热解产物的特性

将褐煤添加不等量的石莼进行低温共热解实验,实验表明,随石莼添加量的增加,热解油出现先增加后减少的趋势,与质量加权值相比,出现先促进后抑制的相互作用,当石莼添加30%时热解油产率最高,为12.5%,比纯褐煤时提高了26.01%,与质量加权值的正偏差最大。选取纯褐煤和30%石莼添加量的热解油进行GC-MS检测,共热解油烷烃类含量比纯褐煤增加了34.46%,实现了热解油较大程度的轻质化,两组样的半焦的SEM对比分析,共热解半焦出现了深度龟裂纹,半焦的反应性、吸附性提高,共热解半焦具有更广泛的工业用途。     

褐煤与生物质共热解过程的协同效应

通过热重分析的方法对褐煤、生物质及褐煤生物质混合物的热解特性进行研究,以考察生物质与褐煤共热解过程中是否存在协同效应,结果表明:将褐煤与生物质按1∶1(质量比)的比例混合后,其初始热解温度及挥发分最大释放峰出现温度与生物质单独热解基本相同,热解终温与褐煤相比大幅度提前,混合物热解在各个阶段的失重率均大于其单独热解失重率的平均值.褐煤、生物质及其混合物的热解过程可以用一级和二级热解反应动力学模型描述,通过计算动力学参数,发现在整个主要热解过程中,混合物在各个温度段的E值均小于褐煤或生物质单独热解时的E值,热解反应更加容易进行.证明了生物质对褐煤的热解有促进作用,褐煤与生物质在共热解过程中存在协同效应.     

褐煤与秸秆共热解的研究

选用小麦秸秆与褐煤进行共热解实验。主要考察生物质掺混比对共热解产物及热解特征参数的影响。结果表明:生物质与煤具有不同的热解温度范围。从DTG曲线可知,共热解过程中生物质先于煤进行热解。随着生物质掺混比的增加,生物质的热解特征增强,且共热解产物收率与掺混比呈线性关系。因此可初步判断:在慢速热解条件下,生物质与煤在共热解过程中不存在协同作用。     

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%。     

芒草/玉米秸秆与褐煤的共热解特性

利用热重-红外联用技术(TG-FTIR)研究了芒草与褐煤共热解,并与玉米秸秆和褐煤共热解进行了比较。结果表明:共热解过程分为3个阶段,即预热干燥阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段;由动力学分析及加权分析可知,芒草或玉米秸秆与褐煤共热解均具有协同作用,均可促进褐煤的热解,芒草与褐煤共热解反应更易发生;共热解协同作用随着生物质掺混比(质量比)的增加而增强,玉米秸秆掺混比变化对协同作用的影响更为明显;由红外分析可知,芒草与褐煤共热解可以降低褐煤的热解温度,促进褐煤的热解反应;芒草与褐煤共热解过程中CH_4,CO_2和CO的析出规律,在低温段时与芒草热解过程中三种气体的析出规律相似,在高温段时是芒草和褐煤综合作用的结果;当芒草与褐煤的掺混比为1∶2时,掺混芒草能有效优化热解气的组分,提高CH_4和CO的体积分数。玉米秸秆与褐煤共热解过程中CH_4,CO_2和CO的析出规律与玉米秸秆热解过程中三种气体的析出规律相似,几乎不受褐煤影响,其受掺混比的影响较小。     

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。     

低阶煤与聚丙烯共热解协同效应分析

新疆地区煤炭储量丰富,低阶煤占比较高。其中,哈密地区的煤炭普遍具有挥发分高的特点,适宜通过热解提取其中的油气组分。然而热解焦油存在重质组分含量高、黏度大、易带尘等问题,因此如何降低焦油中重质组分含量,提升焦油品质是实现其高值化利用的关键。塑料与煤具有相似的热解温区,且塑料的H/C原子比远高于煤,其在热解过程中产生的富氢组分可促进煤的一次热解反应或抑制煤热解过程中的交联现象。煤与塑料共热解过程中,挥发物之间存在相互作用,其机制与二者接触方式密切相关。通过TG、TG-MS和TG-FTIR-GC/MS探究聚丙烯(PP)和淖毛湖煤(NMH)共热解过程中相互作用。TG-MS结果显示二者快速分解阶段主要热解温度区间基本重合,PP热解过程生成·CH₃。PP置于NMH上方时,二者质量比显著影响NMH热失重行为和挥发物释出规律,当NMH、PP_exp质量比为8∶2时,正协同效应最明显。TG-FTIR-GC/MS结果显示,8NMH-2PP_exp热解过程中,PP热解自由基促进NMH化学键断裂,形成的相互作用改变氧的释放形式,CO和H_2...     

印尼褐煤与玉米芯低温共热解焦油的特性

采用自行设计的低温干馏装置,将不同配比下的褐煤-玉米芯混合物进行低温共热解实验.结果表明:当玉米芯配入量为30%(质量分数,下同)时,焦油产率达到最大值11.70%,比褐煤单独热解提高了53.75%.对褐煤、玉米芯及褐煤与玉米芯配入量为30%的混合样进行热重分析可知,玉米芯的添加降低了煤热解初始温度,整个TG曲线向低温区移动,表现出明显的促进热解作用.对热解焦油进行GC-MS检测,发现添加30%的玉米芯后热解焦油的脂肪类和酚类质量分数分别提高了27.79%和193.96%,酸类和杂原子类质量分数分别下降了26.42%和55.19%,轻质油含量由原来的4.68%提高到27.13%.玉米芯的添加实现了热解焦油大幅度轻质化和高品质焦油的生成.     

褐煤低温热解及其工艺现状分析

分析了褐煤低温热解的意义,解释了褐煤热解的概念,描述了褐煤低温热解产品的用途,通过国内外褐煤低温热解工艺技术的比较,说明了热解技术的内涵,探讨了目前国内褐煤低温热解技术的现状。     

褐煤低温热解分级利用现状分析及展望

我国"富煤,贫油,少气"的能源现状,决定了很长时间我国仍将以煤炭为主。其中中低阶煤占目前煤炭总探明储量的50%以上,为高效利用褐煤等中低阶煤炭资源,笔者对我国褐煤资源的分布特点、物理特性及其干燥脱水、压缩成型和低温热解加工利用现状进行了分析,重点综述了褐煤低温热解技术研究现状,对目前广泛应用的固体热载体热解技术、气体热载体和气-固热载体进行了总结,并从反应器类型、热载体类型、适用范围、进料粒度、目标产品、工业化程度等方面对热解工艺进行了对比,指出了现阶段褐煤分级利用过程中存在的产品附加值不高、焦油收率低、余热回收和粉尘处理等关键技术问题,并对未来褐煤热解分级炼制工艺进行了展望,提出了通过提高焦油等热解产物的附加值来延伸产品链、开发与其他物质的共热解工艺、完善现有反应器并开发新的热解反应器、通过工艺调整提高褐煤中氧等元素利用率及大型化发展的必要性。提出未来褐煤等中低阶煤综合利用的建议,将褐煤热解提质技术与现有的煤气化、液化、MTO、MTP等煤化工技术集成,并通过设置适宜的产品目标和设计合理的工艺路线,得到多种高附加值清洁燃料、化工原料以及热能、电力等产品,有效延长褐煤产业链,实现低阶煤分级分质利用,促进我国煤炭转化产业结构调整和优化升级。     

生物质热解及生物质与褐煤共热解的研究

褐煤及生物质均具有隔绝空气受热时化学结构发生裂解的特性．经过热裂解可得到半焦、焦油和煤气等三种形态的物质．对于一定的煤及生物质来说,三种形态产物的产率将因热解条件不同而有差异．研究选取了龙口褐煤,选取了木屑和核桃壳两种生物质,在一定的条件下进行低温热解．考察了生物质热解及生物质与褐煤共热解时,三种形态产物产率的差异．考察了低温热解所得半焦直接作为吸附剂使用的性能．吸附实验结果表明,不经任何处理的低温热解半焦吸附亚甲基蓝的单位吸附量可以达到7．3mg／g．     

改质长焰煤与松木共热解协同效应及动力学分析

选取了改质新疆淖毛湖改质长焰煤和松木,在不同配比下采用自制的热解干馏装置在低温条件下进行共热解实验,同时采用热重分析分别研究了单独及不同掺混比例的改质长焰煤与松木的热解行为,并利用Coats-Redfern模型和Satava-Sestak模型两种热分析动力学分析方法进行分析。结果表明:松木的最优掺混比为20%,此条件下焦油产率为19.6%,比煤样单独热解高54.94%,比理论加权值高出5.21%;在10℃/min的升温速率下将改质长焰煤与松木以1∶1质量比混合进行热重分析,发现在300℃～430℃温度段两者存在协同效应;Coats-Redfern模型和Satava-Sestak模型分析结果都表明,改质长焰煤和松木共热解时活化能与指前因子之间存在补偿效应,Satava-Sestak模型拟合度更优。     

褐煤低温干馏及产物的利用

介绍了褐煤的性质及褐煤提质的常规方法。重点介绍了国内外褐煤低温干馏的典型工艺、特点及开发应用现状。分析了干馏工艺中不同的加热方式、热载体类型以及干馏条件对干馏过程和产品的影响。阐述了褐煤低温干馏产品-褐煤半焦、低温煤焦油以及焦炉煤气的综合利用途径。基于目前国内外褐煤低温干馏工艺大多数处于试验或示范性装置运营阶段,未实现大规模运行,指出未来褐煤低温干馏工艺应走大型化、多联产的新型工业化道路,进一步拓宽干馏产品的应用领域,提高其附加值和利用率,才能实现褐煤资源综合效益最大化和可持续发展。     

微波功率对褐煤与玉米芯共热解产物特性的影响

采用自行改造的微波共热解装置,探究微波功率对褐煤与玉米芯共热解产物特性的影响.利用傅立叶红外光谱仪(FTIR)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和扫描电子显微镜(SEM)对共热解产物进行了表征.结果表明:随着微波功率的增大,共热解气产率和焦油产率均呈上升趋势,半焦产率呈下降趋势;当微波功率由220W增加到700W时,共热解气中CO,CH4和H2的体积分数均逐渐增大;焦油中脂肪族和酚类的质量分数分别提高了12.35%和12.14%,杂原子的质量分数降低了9.37%;随着微波功率的增大,半焦表面更粗糙,裂纹更丰富.     

低阶煤与浒苔低温共热解产物特性研究

采用自行设计的低温干馏装置,将不同配比下的低阶煤-浒苔混合物进行低温共热解,考察随着浒苔配入量的增加各热解产物的产率和品质的变化.结果表明,当浒苔配入量为30%时,焦油产率达到最大值11.39%,比低阶煤单独热解提高了28.61%.此时,热解焦油中烷烃类含量为48.66%,酚类含量为9.12%,明显高于原始焦油中相应组分的含量,热解焦油的n(H)∶n(C)提高了9.87%,表明热解焦油达到了一定程度的轻质化.同时煤气成分中CH4和H2的含量有所增大.SEM检测显示,混合热解时半焦表面变得粗糙,形成了明显的裂纹中心.混合热解的半焦热值相对于浒苔单独热解的半焦热值有显著提高.     

稻壳与褐煤共热解过程的TG-FTIR分析

利用TG-FTIR技术对稻壳与褐煤按照不同比例进行的共热解过程进行分析.结果发现,共热解过程的热失重相对于单独热解有所加深,尤其是在稻壳与褐煤按照2∶8比例进行共热解时;共热解过程的热解产物发生变化,其中CO2产物增加明显,CH4产物略有减少,CO产物略有增加,其他有机化合物如酚类化合物、含羰基结构化合物和含芳环结构的化合物都有所减少.根据共热解产物变化规律和生物质与褐煤单独热解反应的机理,分析共热解过程中二者发生协同作用的原因是:生物质中的金属氧化物对煤炭黏结成焦炭过程有抑制作用,从而促进了煤炭的进一步分解;并且在慢速共热解过程中生物质相对于煤炭先产生H2,而H2的存在抑制了煤炭在高温时的缩合反应,从而加强了其裂解反应.     

污泥和聚氯乙烯共热解三相产物特性

伴随着社会发展和城市扩张,生活污泥和废塑料的处置压力越来越大,同时热解作为一种资源化处置有机固体废弃物的手段受到普遍关注。本文通过开展生活污泥(SS)和废聚氯乙烯塑料(PVC)在500～900℃共热解实验,探究了温度和PVC掺混比对热解三相产物分布及其性质的影响。结果表明：伴随温度的升高,热解的固相产率下降,气相产率上升,液相产率先上升后下降;与此同时,热解气中的CH₄和CO含量上升,CO₂的含量下降;热解油中有机物含碳数减小,烃类和芳香类有机物比例增大;热解炭表面孔隙结构变得不规则,官能团减少。与污泥单独热解相比,PVC的加入会在降低产炭率的同时提高产气率,且高温下将抑制液相产物的产生。除此之外,PVC有利于提升热解气品质,提高高温热解油中重质组分的含量,并在增大热解炭表面不规则程度的同时使其含氧官能团更为丰富。