煤炭地下气化典型有机物热解产出研究

煤炭地下气化过程中尤其是干馏干燥区，热解产生的大量有机物，会对周围含水层造成潜在的污染风险，严重制约煤炭地下气化的产业化发展。通过对煤样进行200～600℃不同终温下慢速热解，模拟气化通道干馏干燥区无氧条件下的热解反应实验，探究煤热解产生典型有机质种类及含量的变化规律。研究表明，热解温度为200℃时，热解产物中含氧化合物含量最高，高达36.19%,随着温度升高，其含量变化较小；酚类化合物随着热解温度的升高而增多，600℃时含量达到17.97%;芳香烃化合物在原煤中含量较高，温度高于300℃时开始大量释放，占热解总产物的比重较高；在300℃时热解产生了大量脂肪烃化合物，随着温度继续升高其含量不断下降，600℃时脂肪烃含量下降至总产物的10%左右。     

煤炭地下气化污染物生成特性模型试验研究

为获得煤炭地下气化污染物析出规律与气化工作面温度的关系,给现场工艺操作提供理论依据,利用煤炭地下气化模型试验平台,研究了涌水量10 L/h、氧体积分数35%条件下污染物析出规律与气化工作面温度、煤气热值等参数之间的关系。研究结果表明:随着气化工作面温度的升高,氨氮的析出量、电导率以及煤气冷凝水的pH值均增大,COD析出量降低;煤气热值的变化与炉内温度场变化一致,最终建立了气化工作面温度带分布与污染物析出量之间的定量关系。     

基于Aspen Plus的褐煤地下气化模拟研究

为了研究煤炭地下气化工艺过程,采用Aspen Plus软件对褐煤地下气化过程进行模拟,选用多种单元操作模块并结合煤炭地下气化动力学方程,该模型能够很好地反映煤炭地下气化炉的完整气化过程,而且模拟结果与褐煤地下气化模型试验的实验结果比较吻合。由于在进行模拟简化时将还原区更理想化,使还原区更集中。对于还原反应不显著的还原区后半段,以煤的热解为主导代替还原反应,所以在加入的煤量略少于实际情况的条件下,模拟的结果却是H_2和CO含量略微偏高,而CH_4、CO_2和N_2的含量略微偏低。     

小龙潭褐煤的热解特性研究

采用热重分析法,详细探究了小龙潭褐煤在不同条件下的热解特性,考察了热解温度、热解气氛和升温速率对褐煤热解过程的影响。实验结果表明:随热解温度的升高,热解产生的气体和焦油等挥发性组分产量不断增加,相应的半焦收率不断减小;当热解温度低于700℃时,褐煤在N_2和CO_2气氛下的热解特征一致,高于700℃时CO_2气氛下的失重速率明显加剧,焦收率明显偏低,主要由于碳与CO_2发生了气化反应;相比热解温度和热解气氛,升温速率对褐煤热解特征的影响较为有限。     

褐煤的热处理及其提质煤在CO2气氛中的热解气化行为

为了考察预处理对褐煤后续热转化行为的影响,以内蒙古胜利褐煤为研究对象,分别在不同气氛和温度下对其进行热处理,并使用热重分析仪对预处理提质煤样进行CO2气氛下的热解气化研究。研究结果表明,在Ar,CO2气氛下热处理的褐煤表面的各类含氧官能团含量随其受热温度的升高逐渐减少,部分脂肪侧链断裂脱落,芳香氢有所增加;在空气气氛下热处理后,煤表面发生氧化,随着温度的升高,羟基减少,羧基、羰基以及醚键都逐渐增加,脂肪氢有所减少。在Ar,CO2气氛下预处理褐煤的热解、气化行为相差不大,而空气预处理后的褐煤有着较大的气化速率,最大气化速率温度也相应提前;预处理温度升高,会导致褐煤热解的起始温度推迟、热解速率减慢,以及在气化阶段最大失重率的略微增加。     

大城烟煤大尺度热解特性研究

煤炭地下气化技术能够对煤层进行原位气化,参与反应的煤块来自于煤层的热破碎过程,煤块尺度大。为研究大尺度块煤的热解特性,对大城烟煤进行CO_2和N_2气氛下、尺度为5cm、8cm、10cm的热解实验。结果表明:不同气氛与尺度对热解活化能无明显影响,以外温为基础时热解反应活化能为120k J/mol左右,以内温为基础时活化能为50k J/mol左右;随着尺度的增加,热解所得有效气体组分升高;增加热解反应停留时间可以增加热解反应效率;CH4的逸出从300℃开始持续增加,N_2气氛下CH_4含量在700℃达到峰值,CO_2气氛下则继续上升。H2的逸出均从500℃以上开始,并且随着温度的升高,在N_2气氛与CO_2气氛下热解过程中,在700℃、750℃时,H_2释放量达到最大值。     

煤炭地下气化残渣中微量元素的环境风险评估

煤炭地下气化是一种新的煤炭利用技术,具有安全、经济、环保等优势;然而,地下气化残渣的稳定性一直是人们关注的重点问题,也是地下气化技术应用的瓶颈问题之一。研究煤炭地下气化残渣中微量元素的化学形态对于理解残渣中微量元素的迁移和转化以及保护地下环境具有重要的意义。以乌兰察布褐煤为研究对象,制备了煤炭地下气化不同反应阶段的产物。采用逐级提取法研究了微量元素(Hg, F,Se, Zn, Pb, Ba)不同形态的分布。引入风险评价指数(Risk Assessment Code, RAC)评估了地下气化残渣中微量元素的危害级别。结果表明,Ba在热解半焦中以BaSO₄的形式存在,F存在于碳酸盐矿物中。在900～1 300℃的气化灰渣中,大部分的Hg已经挥发到气相中,此时Hg对地下环境已无危害。Zn在900℃和1 000℃的还原灰渣中对地下环境具有高风险。Ba和Pb对地下环境的危害级别随着反应温度的升高而逐渐降低。氧化残渣(1 100～1 500℃)中F,Zn, Ba, Se和Pb主要是以残渣态的形式稳定存在。Zn和Se在1 100℃的氧化残渣中对地下环境是中等危害,随着氧化温度的...     

不同孔隙压力和温度下乌盟褐煤的渗透特性研究

为了研究高压火力渗透法在煤炭地下气化气化通道贯通运用过程中,煤炭渗透率变化的经验规律,设计了煤炭地下气化高压试验系统,并对以乌兰察布褐煤制成型煤的渗透率进行了测定。研究结果表明,在常温下渗透率随着孔隙压的升高先减少再增大又减少,温度升高使煤样渗透率降低,但对温度的敏感度也随之降低,煤样渗透率随温度的变化符合指数关系:K=ae-bt。     

低温热提质褐煤的理化结构演化及燃烧特性

选取胜利褐煤在流化床台架上进行不同温度(200～500 ℃)和气氛(氮气、模拟烟气和有机气氛)的温和热解提质实验,采用热重分析仪研究提质煤的燃烧特性,分别使用傅里叶转换红外光谱（FTIR）和氮气等温吸附方法研究提质前、后煤的化学和物理结构的变化规律。结果表明：热解过程提高了褐煤的发热量,降低了水分和自燃倾向。模拟烟气增加了提质煤的热值损失率,而有机气氛降低了热值损失率。煤中的含氧官能团和脂肪烃结构随着热解温度的升高而逐渐分解,挥发分的析出和热变形导致了提质褐煤平均孔径的减小和比表面积的增大。500 ℃模拟烟气气氛下煤的理化结构变化最为显著。褐煤提质后物理化学结构的变化使得提质煤燃烧热稳定性增强,自燃倾向降低,而提质气氛对煤的燃烧特性影响较小。     

贫瘦煤模拟海水催化热解特性的研究

贫瘦煤地下催化气化过程无法使用固体催化剂,因此要研究廉价的液体催化剂。 为 了探索海水作为煤炭地下气化廉价气化剂的可行性,了解其中的NaCl组分对煤热解和气化 过程的催化作用,以3% 的NaCl溶液(模拟海水)作为催化剂,选取了块度约6cm的陕西王 斜煤矿贫瘦煤进行热解实验,测定了煤块内外升温速率和热解产物焦油的组成,研究了催 化剂对半焦孔结构的影响。 NaCl 催化剂负载量为 0.49% 和 0.53% 的大尺度煤块在 350℃~650℃温度段活化能与原煤相比分别降低39% 和45% ;催化热解焦油中苯系物含 量增加7.8% ,烃类含量煤样Ⅰ减少14.9% 、煤样Ⅱ减少32.4% ;催化热解煤焦的比表面积 显著大于非催化热解的煤焦;热解焦中—OH 键和* *C* *O 键的含量,煤Ⅱ焦<煤Ⅰ焦<原 煤。 结果表明:块状贫瘦煤热解过程中温度传递具有滞后性,海水对煤热解和气化过程有 一定的催化作用。     

热解条件对气化水焦浆用半焦性质的影响

选用双鸭山东荣长焰煤为样品,利用马弗炉进行了中低温热解试验,考察了热解温度、升温速度和保温时间等对半焦的产率、组成和发热量的影响,并以水焦浆气化对原料的要求为导向,研究热解温度对半焦气化反应活性和可磨性的影响.研究结果表明在热解工艺条件中,热解温度对半焦的产率、组成和发热量的影响最大,随着热解温度的提高,热解半焦产率和气化反应活性均降低,半焦灰分升高.热解温度在400～700℃下所制半焦的内在水分、发热量和可磨性均满足水焦浆气化的基本要求,且当热解温度在400～450℃时,所得半焦的哈氏可磨度更高,预测的成浆性也更好,综合分析可确定,热解温度控制在400～450℃之间制备的长焰煤半焦适用于水焦浆气化.     

煤热解耦合焦油裂解对焦油品质的影响

在2个串联的固定床反应器内,研究了和什托洛盖煤热解挥发物的二次裂解行为,考察二段固定床内温度及载体对焦油裂解性能的影响。结果表明：当二段管温度从400 ℃升至600 ℃时,焦油产率从13.3%降至12.5%,H 2产率则由83.5 mL/g增加至111.8 mL/g;当温度低于500 ℃时,重质焦油产率无明显变化,但较单固定床明显降低,说明低温裂解可提高焦油品质;当温度≥550 ℃时,焦油裂解程度加剧,致使其重质组分产率较单固定床增加;当二段管温度为550 ℃时,与不添加催化剂相比,Ni/USY,Ni/HZSM-5(38）和Ni/HZSM-5(50)不同程度提高了焦油中轻质组分分率,其中Ni-USY的提质效果最明显,可使轻质焦油分率提高到71.9%,增幅达28.2%。     

东胜褐煤与Yallourn褐煤热解过程中微波吸收特性

利用微波网络分析仪测量S11和ψ S11参数,结合人工神经网络模型的计算方法,获取了2 450 MHz微波频率下,内蒙东胜褐煤与澳大利亚Yallourn褐煤在室温至800 ℃热解过程中的相对介电系数,并用其来表征2种褐煤热解过程中的微波吸收特性。结合热失重实验数据分析发现：热解开始温度之前,DS与YL褐煤的吸波特性参数ε′,ε″及tan δ数值接近,均处于较低水平,且随温度的上升仅有极小幅度增长。热解开始温度至热解结束温度阶段,2种褐煤的吸波特性参数ε′,ε″及tan δ数值随温度的升高均迅速上升,并在热解结束温度附近时达到峰值;DS褐煤的相关数值增长速率和幅度均比YL褐煤大。热解结束温度之后,各项吸波特性参数出现小幅度下降。实验表明,2 450 MHz微波频率下东胜褐煤比Yallourn褐煤具有更好的吸波能力,高温热解后,褐煤的微波吸收能力得到有效增强。     

煤无氧升温中CO产生及变化规律的光谱分析

为阐明煤在无氧环境下升温过程中CO的产生及变化规律,利用程序控制升温和时间分辨红外光谱分析方法,在无氧环境下对煤进行程序控制升温,采集并分析了煤无氧升温过程中CO产生及变化规律的时间分辨红外光谱谱图,揭示了煤无氧升温过程中CO的产生和变化规律,建立了描述CO生成量与煤质量分数之间函数关系的方程。结果表明:在30~370℃,由于热解温度不够高,无CO产生;在煤失重最快的370~650℃,CO生成量随温度的升高而逐渐增大,并在641.5℃达到最大值;在650~800℃,由于与CO生成有关的活性官能团逐渐被消耗殆尽,CO生成量随温度升高逐渐减小并最终趋于零。     

高温下树脂锚固材料细观结构与力学性能实验分析

树脂锚固材料广泛应用于煤矿巷道支护与结构加固等。但其高温下具有热解特性,会直接影响材料的力学性能。利用显微CT、电镜扫描及高温力学性能实验等手段,对加温（20～600 ℃）过程中树脂锚固材料内部孔隙结构演化特征及其力学性能进行分析。① CT分析表明：锚固材料固化后常温下平均灰度5.68;350～500 ℃平均灰度衰减20.7%,孔隙团数量增幅47.5％,孔隙团大小增幅达201.5％;树脂有机物衰减系数闽值区间为0.016 3～0.037 3,该区间物质的高温热解直接导致孔隙增加。② SEM扫描显示：在20~200 ℃锚固材料内部随着树脂固化反应充分而变得致密,350 ℃以后树脂体分解炭化加剧,锚固材料松散。③ 高温力学实验表明：200 ℃时锚固材料强度达到峰值,较常温增幅32％;350 ℃后强度衰减加剧,600 ℃时强度较常温衰减98％。     

褐煤热破裂的显微CT实验

采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统并配以微型气氛炉,研究了内蒙古平庄褐煤热破裂随温度的变化关系。研究结果表明,褐煤在100 ℃左右时,大裂隙(>800 μm)占主导地位;200 ℃左右时,中等裂隙（100~400 μm）占主导地位;300 ℃之后微裂隙（<100 μm）占主导地位;热破裂的阈值为300 ℃左右;在300 ℃之前孔隙裂隙的产生发展主要是因为热破裂,300 ℃之后,微裂隙和孔隙的产生主要是因为煤体发生热解化学反应,油气逸出,固体骨架逐渐转变为半焦体。     

印刷电路板边角料的金属成分和热解动力学特性研究

对PCB边角料进行了温度为380℃、N2∶O2=7∶3的氧化焙烧处理,然后对其进行了金属成分定量分析,结果表明四种PCB边角料属于正常的PCB范畴。这为冶金及化工企业回收PCB边角料提供了一种简易、科学可行的金属成分测定方法。此外,采用热重-差热法对四种PCB边角料在氮气气氛下进行了升温速率为20K/min的热解实验,发现PCB边角料的热解可分为三个阶段:在300℃以下时质量变化甚微,在300~360℃时质量急剧减少,在360~1000℃时质量减少得比较缓慢。随后本文对PCB边角料的热解过程进行了动力学研究,建立了四种PCB边角料在300~360℃间的表观动力学方程,并为冶金及化工企业分类回收PCB边角料提供了一些建议。     

微焦点显微CT在煤岩热解中的应用

详细介绍了μ225 kV微焦点显微CT试验系统的结构及功能,该试验系统的焦点尺寸＜3 μm,分辨率达到0.5 μm,密度分辨率达到0.3%,是目前国内较为先进的显微CT系统,为岩石的微细观研究提供了先进的试验设备。利用该试验系统详细地研究了煤岩在不同温度下孔隙裂隙结构的演化发展过程,研究结果表明：无烟煤在常温~600 ℃的热解过程中,孔隙结构参数先增加后减小,100～200 ℃孔隙结构变化最剧烈,小孔和大孔都增加,煤体连通性增加; 500～600 ℃孔隙率、比表面积减小,连通性下降;无烟煤在常温~600 ℃的热解过程中,在200 ℃集中产生了大量裂隙,裂隙分维数最大,随温度的升高,裂隙分维数不断减小,裂隙以“扩展-搭接-连通”为主。     

昭通褐煤热解特性的研究

针对昭通褐煤进行热解实验研究,得到了升温速率和热解温度对褐煤热解煤气成分、煤气热值和产气率的影响规律。结果表明:随着热解温度的升高,煤气中的CO2含量明显减少,H2和CO的含量逐渐增多,CH4的含量先增加后减少,煤气热值和煤气产率提高;同热解温度下,随着升温速率提高,煤气中的CO2含量逐渐减少,CO含量逐渐增多,CH4含量逐渐减少,对H2含量的影响不大,热解煤气热值和产量均有所增多,增加幅度都是由大变小。实验阶段获得的最高热值工艺条件为:热解温度是650℃,升温速率是15℃/min,煤气低热值为9.27 MJ/m3。     

油页岩半焦燃烧特性试验研究

利用管式炉对来自桦甸、龙口和依兰的油页岩进行450~600℃干馏处理,并运用热重分析仪(TGA)在30℃/min的升温速率条件下对油页岩半焦进行测试,考察了干馏温度、干馏时间和油页岩产地对油页岩半焦的组成、发热量和燃烧性能的影响,并计算了各样品的燃烧特性指数。结果表明:干馏前后发热量不一定会产生明显降低,依兰半焦的发热量与油页岩相比基本不变。干馏温度越高,半焦挥发分明显降低,停留时间对半焦成分和燃烧特性的影响也越小。随着干馏程度的升高,着火温度Ti增大,燃烧性能变差,燃尽温度基本不变。样品重量一般在350℃左右开始明显减小,在500℃左右质量变化速率逐渐减小,在700℃再次产生明显失重。从页岩油的产率和半焦的燃烧特性角度综合考虑,过长的干馏时间经济性变差。