中低阶煤热解过程中自由基的研究

尝试利用电子顺磁共振(EPR)法观察不同产地的中低阶煤在不同温度(350℃～600℃),不同停留时间(0 min～30 min)下煤热解过程中产生的自由基各参数的变化情况,研究中低阶煤热解过程中自由基的演变.结果表明,用EPR法研究煤热解机理快速直接;依据建立的标准曲线法测定煤热解过程中自由基的浓度更为准确;不同产地的中低阶煤热解过程其自由基的变化趋势基本一致,但其绝对值不同,胜利煤初始自由基浓度3.034 6×1018/g,温度为550℃,停留时间10 min时达到最大值26.686 0×1018/g,新疆煤初始自由基浓度为15.283 0×1018/g,温度为600℃,停留时间10 min时达到最大值57.5370×1019/g;该方法为进一步探讨煤热解机理和提高轻质焦油产率的工艺提供理论依据.     

不同热解终温对化产品收率的影响

为了研究不同热解终温对低阶煤热解产品产率及性质的影响,在750,800,850℃的热解温度下,利用1 kg热解和化产品回收装置对煤样进行了模拟热解实验研究。结果表明:3个温度所得兰炭都属于V-1级和FC-1级,750℃时兰炭产率、Vd均较高。气相产物中,H2和CO含量均较高,3个温度中的H2产量均大于40.00%,且850℃含量最高;CO则在750℃时取得最大值(17.14%)。最后对热解化产品的组成及收率进行了分析测定。为了更好地指导生产,对化产品收率及性质的预测应在理论研究的基础上,结合模拟热解实验研究。     

小粒径低阶煤热解特性试验研究

为优化小粒径低阶煤热解工艺参数,以典型小粒径长焰煤为研究对象,结合热重分析,利用1kg外热式固定床热解装置,考察了热解温度对热解产品产率及质量的影响。结果表明:500~750℃时,随着热解温度升高,半焦产率降低,煤气产率升高,煤气中H2含量不断增加,最高为44.64%,CH4含量不断降低,为28.83%~38.55%;焦油产率先升后降,在700℃时达到最高。物料热解过程中发生粉化,炉壁温度高于650℃以后,物料粉化现象加剧,粉末比例迅速增加,因此最终确定小粒径神木煤适宜热解温度为600~700℃。     

凤眼莲与低阶煤低温共热解特性研究

采用自行改装设计的干馏炉对不同配比的凤眼莲(EC)和低阶煤(LFC)进行低温共热解实验,得出凤眼莲添加量为30%时热解油产率达到最高值11.32%,与纯煤时对比提高了24.81%,比质量加权值提高了5.11%.选取凤眼莲、煤样和凤眼莲添加量为30%的混合样进行了热重分析,在300℃~700℃温度段,实验失重量明显大于质量加权值.并对热解油进行了GC-MS检测,共热解油中烷烃含量比纯煤时提高了34.46%.元素分析和热值分析得出共热解油H/C比纯煤时提高了8.72%,热值稍低于汽柴油的热值.说明凤眼莲与低阶煤共热解存在协同效应,共热解油实现了一定程度的轻质化.     

新型低阶煤移动床热解装备中试试验研究

为探究新型小粒径低阶煤移动床定向热解装备的适宜工艺条件,在分析热解装备升温控温特性的基础上,以陕北地区不黏煤为原料,开展了热解中试试验研究。试验过程中,热解压力为微正压(比大气压力高3~5 mm水柱),热解时间为2 h,热解终温分别为550、600、650、700和750℃。结果表明,热解装置升温及控温系统良好,温度分布均匀稳定,物料温度始终较反应器壁温度低50~80℃;各温度下均可使煤样充分热解,所得半焦挥发分由550℃的14.74%降低至750℃的6.34%;半焦在热解过程中存在粉化现象,且粉化程度随热解终温的升高而加剧;热解焦油360℃馏分含量高,为66%~73%;多段减尘工艺运行效果良好,热解焦油中粉尘含量低于1%。     

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.     

低变质煤微波热解数值模拟研究

采用COMSOL Multiphysics软件对低变质煤微波热解过程进行了数值模拟分析,研究了微波功率、热解时间和煤样位置对微波炉腔体内电场和煤样温度场的影响,以模拟最优工艺条件进行热解实验,并对产物收率和组成进行了表征分析。结果表明:微波功率和煤样位置对腔体内电场和煤样温度场影响十分明显;热解时间对腔体内电场几乎没有影响,而对煤样温度场影响较大。微波腔体中电场强度、煤样的升温速率和热解终温都随微波功率的增大而增大。在腔体中心靠近波导3 cm的位置(-3 cm)时,煤样处在高温区域的面积最大,热解终温最高。数值模拟低变质煤微波热解的最优工艺条件为微波功率700 W、热解时间1 800 s和煤样处于-3 cm位置。在此条件下进行热解实验,其产物兰炭、煤焦油、热解水和煤气的收率(质量分数)分别为70.25%,3.99%,5.31%和20.45%,其中,煤焦油中轻质油含量为37.43%(质量分数),煤气中"富氢"气体组分含量为53.02%(体积分数)。     

煤热解技术及其运行影响因素分析

系统阐述了低阶煤热解的基本过程以及低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术（SM-SP）的优势,探讨了煤热解反应的影响因素：原料煤性质、煤样粒径、热解温度、热解升温速率、热解压力、停留时间、气速、粉焦循环量等,并对煤热解技术的发展前景进行了展望。     

低阶煤无热载体快速热解炉工艺试验研究

为实现煤炭热解分质梯级利用,提出了低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺,以印尼褐煤为研究对象,对无热载体粉煤快速热解工艺所产焦油、热解气、半焦等进行分析,验证低阶煤无热载体热解炉工艺的技术可行性。结果表明,试验煤种经低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺处理后热解焦油产率达11.84%、热解气产率14.08%,半焦产率64.97%,其中焦油产率比格金干馏试验提高了1.49%,半焦发热量较原煤提高了2.63 MJ/kg,热解气有效气体含量达80%以上。表明该低阶煤无热载体粉煤快速热解炉工艺具有热解温度可区域精确控制、热解速度快、焦油产率高、产品品质好等优点。     

低阶煤热解提质多联产技术的研究

阐述了新疆哈密地区低阶煤具有高水分、高挥发分、低灰、低硫等特点。通过煤炭热解、半焦成浆、半焦活化、半焦燃烧和焦油馏分试验,对热解提质与其他工艺优化组合的多联产应用的技术和经济可行性进行论证。结果表明：热解半焦具有低硫和灰熔融性较高的特性,完全符合喷吹煤标准;半焦可替代混合煤制浆,成浆浓度可达62．00％以上,黏度适中,流动性、析水情况均较好;半焦活化后对高浓度焦化废水污染物具有很好的吸附效果,挥发酚脱除率达99．65％,处理后废水含酚2．23mg／L;半焦在减少细粒物排放,降低锅炉积灰方面具有明显优势;焦油馏出温度〈360℃的馏分体积分数为48．96％,且酚油体积分数达15．68％。最后对热解提质多联产技术的经济性进行分析,采用LCC技术干燥热解处理低阶煤利润可达52264万元／a。     

煤炭热解特性研究及产物分析

对平顶山矿区两个煤样进行了热解反应研究,考察了热解温度对热解的影响。结果表明,随着热解温度升高,煤气与焦油的产率增加,半焦产率下降,其中煤气产率的增幅较大,但产率较低,焦油产率增幅较小,但一直呈现出增加趋势;煤气中H_2与CO含量均随温度的升高而增加,H_2增加幅度大,CO增加幅度较小;CH_4的含量随温度的升高而下降;CO_2含量较小,随温度升高变化不大;C_2~C_6的含量随温度的升高而下降;随温度升高,煤气热值持续下降;由于煤质的差异,两个煤样的煤焦油性质相差较大,在≤360℃的馏分中,煤样1煤焦油以酚类及其衍生物为主,煤样2煤焦油以芳烃及芳烃衍生物为主。     

水热处理对褐煤提质及其热解产物分布的影响

为了提高褐煤利用效率,强化水处理技术对褐煤提质的影响,采用高压反应釜对褐煤进行水热处理,考察了水热处理条件对煤低温热解产物分布的影响。结果表明,处理后煤样的碳、氢含量增加,氧含量降低,水热处理对煤样有脱氧提质作用。处理温度为260℃时,热解焦油产率相对提高19%,热解水产率降低了20%。通过固体核磁共振(NMR)分析可知,水热处理温度在180~260℃条件下,煤中分子有机结构中的弱化学键有一定断裂,含氧官能团逐步减少,热解水产率降低;芳香碳含量基本不变,芳香侧链增加,热解时容易断裂形成焦油,达到提高煤焦油产率之目的。但水热处理温度过高时,其热解焦油产率下降。     

不同粒度北露天褐煤的热解特性

为考察褐煤固定床热解过程的适宜粒度范围,以典型的北露天褐煤为研究对象,在自制的3kg固定床热解装置上进行了粒度0~50 mm煤样的热解试验。考察了粒度对热解产物、热解时间、挥发物中含尘量的影响。结果表明,褐煤粒度从0~10 mm增至40~50 mm,热解时间、焦油和荒煤气中含尘量都呈减小趋势,热解时间从197 min减少到164 min,单位体积荒煤气中含尘量从0.022 0 mg/L减少到0.011 3 mg/L,且焦油中含尘量均大于荒煤气中含尘量;粒度为20~30 mm时,褐煤热解过程的挥发物逸出阻力较小,二次反应和碳沉积概率较小,比较适宜热解。     

典型无烟煤热解成分的定量分析研究

采用TG-FTIR联用对3种无烟煤的热解产物中的CH4、CO、CO2、NH3进行定量分析研究.结果表明,随着挥发分含量的减少,CH4开始析出温度和析出峰值温度逐渐升高;各煤样的CO析出峰值温度接近一致;CO2的开始析出温度均在195℃左右,CO2的析出总量随煤样的挥发分的升高而增加;NH3的温度析出规律相似,但煤样的N...     

超精煤热解行为及动力学研究

为高效清洁地利用低阶煤,通过有机溶剂热萃取法获得超精煤(hyper coal)。采用升温热重分析法在惰性气氛下,研究原煤和超精煤热解过程;使用特征参数对煤样热解失重过程进行表征;采用分段模型拟合法确定不同阶段的动力学模型及其对应的热解动力学参数。结果表明:随着升温速率增大,在原煤和超精煤热解过程均存在热滞后现象,其最大影响区间分别对应于原煤热解的中温段和超精煤热解的低温段。分段拟合处理结果表明,原煤低温和中温段热解机制均为一维扩散模型,高温段热解机制为二级化学反应模型;超精煤的3个温度段热解机制分别为一维扩散模型、三维扩散模型和二级化学反应模型。     

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。     

甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对热解产物的影响

为考察甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对煤热解产物的影响,以榆林锦界煤为研究对象,以管式炉为反应器,以HZSM-5为载体,分别制备了Mo/HZSM-5,Ni/HZSM-5,Co/HZSM-5,Zn/HZSM-5和Fe/HZSM-5催化剂,考察了催化剂种类、热解温度(600℃,650℃,700℃,750℃,800℃)和催化剂负载量(1%,2%,3%,4%,质量分数)对热解产物分布的影响。结果表明:在热解温度为650℃,采用Mo负载量为2%的Mo/HZSM-5催化剂的条件下焦油产率最高,在此最优工艺条件下焦油产率为13.26%,较煤单独热解的焦油产率提高了31.5%。     

低阶煤热解影响因素及其工艺技术研究进展

我国低阶煤储量巨大,全组分高效利用煤炭资源有助于确保我国能源安全,低阶煤热解可得到高值化的煤气、焦油以及半焦,实现其高值化梯级利用。通过低阶煤热解过程3个阶段阐明了其热解机理,分析了煤阶、温度、粒径、升温速率、气氛等热解条件以及酸洗、水热、溶胀、离子液体等预处理方法对低阶煤热解反应特性的影响。催化热解通过定向调控获取高品质热解产物,基于催化剂特性的差异和催化行为的不同,分类梳理了不同催化剂对低阶煤催化热解的影响,包括分子筛、过渡金属化合物、碱金属化合物、天然矿石等。在论述低阶煤热解技术的研究现状和最新进展的基础上,对低阶煤固体热载体、气体热载体以及内构件移动床热解工艺技术进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望,以促进我国低阶煤热解技术的发展。     

介绍一个能源化学工程专业学生专业实验—新疆低阶煤的热解性能研究

在固定床中研究了新疆低阶煤的热解性能,根据热重结果确定了热解的温度范围,利用气象色谱分析热解气组成,借助Origin软件绘制出合格的图形。该实验涉及从煤样制备到性能分析的系统性工作,适合作为一个专业性实验进行开展。