褐煤热分析及热解过程析出气体的实验研究

利用热重法对褐煤进行热解实验,并通过动力学分析得出适合该煤种热解的温度区间;利用自建的固定床热解装置在该温度范围内考察热解终温、恒温时间、升温速率对乌拉盖褐煤热解产物产率和析出气体组分的影响。实验表明:褐煤热解过程主要分为3个阶段;在300~550℃热解时最剧烈;热解终温对产物产率和析出气体组分影响明显,恒温时间的影响不大,升温速率仅对气体组分影响明显。     

桦甸油页岩热解过程中气体析出特性

通过热重-红外-质谱(TG-FTIR-MS)三机联用技术对桦甸油页岩在不同升温速率的条件下进行热解实验,计算了其挥发分气体析出阶段的动力学参数,并对整个热解过程中挥发分气体的析出特性进行了分析,获得了挥发分气体析出的红外三维谱图及CH_4、CO_2、CO、H_2O、CnHm和H_2共6种气体的析出速率随温度变化的规律曲线。其中甲烷作为热解析出的主要气态烃类产物,是多种反应综合作用的结果,故采用分峰拟合的方法对其在升温速率为20℃/min下的析出过程进行分析。结果表明,在300~600℃这一温度区间,甲烷的生成速率曲线可以分为4个峰,代表了4个反应类型,分别计算了其动力学参数,结合桦甸油页岩的结构特性及热解过程中其他气体析出的特性,分析了各个反应甲烷的生成机理。     

脱腐植酸昭通褐煤残渣的热解特性

对抽提完腐植酸的云南昭通褐煤残渣进行热解,通过热解气产率、焦油产率和半焦产率研究其热解特性,考察温度、升温速率和热解气氛对褐煤残渣热解的影响,并对每组热解实验得到的气体产物进行气相色谱分析,研究热解气的主要成分和含量,用气质联用仪对焦油进行成分分析.结果表明,温度是影响褐煤残渣热解的最重要因素,温度越高,热解气和焦油产率越大,热解气中H_2和CO越多,焦油中脂肪族物质增多,芳香族物质芳环数增大;升温速率越低,气体和焦油的产率越大;热解气氛对产物分布有着较大的影响,不同的热解气氛影响着热解气和焦油中主要组分的含量.     

热处理对肥煤热解挥发分析出特性的影响

利用热重质谱分析仪(TG-MS)对热处理后肥煤样品的热解特性进行了研究,分析了热失重变化和挥发分析出规律.结果表明:随着煤样热处理温度的升高,热解过程中挥发分总产率逐渐减少,最大失重速率逐渐降低并向高温移动.在热解过程析出的挥发分中,轻气体主要有H_2,CO,CO_2和H_2O,烃类含有脂肪烃、环烷烃及苯、甲苯和二甲苯等;随着煤样热处理温度的升高,热解过程析出的挥发分中烃类减少,最大析出率对应的温度向高温移动;轻气体挥发分析出的温度区间较宽,在300℃到800℃之间.烃类析出的温度区间较窄,在400℃到600℃之间.     

印尼油砂热重红外及基于AKTS动力学分析

通过热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和质谱仪对印尼油砂的热解过程和热解产物进行了探究,基于不同升温速率下的TG-DTG曲线,将热解过程分为两个阶段,即热解低碳化合物析出段和无机物高温受热分解段。升温速率相同时,YN₂油砂比YN1油砂挥发分析出的温度低。油砂热解产物是由脂肪烃、芳香烃、含氧官能团和羟基等组成的混合物,利用傅里叶红外光谱仪探究印尼油砂在不同升温速率下气体产物H₂O、CO₂、CO、CH₄、C_nH_m等的析出特性,气态烃类、含氧有机物等有机气体是由羰基和羧基以及甲氧基、亚甲基、甲基在热解低温段受热分解产生的,根据质谱图,确定了各个时刻逸出气体的种类和产量。利用AKTS软件基于F-W-O和Kissinger模型计算了油砂脱挥发分的热解动力学参数,计算结果表明,在相同的转化率下,不同升温速率的活化能呈线性分布,YN1的活化能高于YN₂的活化能。     

不同热解因素对污泥热解生成气相产物的影响

采用外热式反应釜加热装置,以CH3COOK为催化剂对污泥进行了热解实验,研究了不同热解终温、催化剂的质量分数、反应时间、升温速率对热解气相产物的产率及气相产物组成的影响。结果表明:随着热解温度升高,气相产率不断增大,H2的体积分数在增大,气体的热值先增大后减小,500℃时气体热值达到最大值,为26.05 MJ/m~3;随着催化剂质量分数和升温速率的增大,气产率先增大后减小,催化剂质量分数为6%时达到最大值,而热值变化呈减小趋势;随着反应时间增大,气产率不断增大,H_2体积分数在增大,而热值先增大后减小,在90 min时达到最大值,为30.19 MJ/m~3。     

TG-MS联用技术研究木薯渣热化学特性

采用热重分析法和热重质谱联用技术并结合FTIR光谱考察了木薯渣的热化学特性,同时研究了厌氧处理的木薯渣和未经厌氧处理的木薯渣的热失量和气态产物的析出行为,结果表明厌氧处理的木薯渣和未经厌氧处理的木薯渣热解都可以分为3个阶段:水析出阶段(25~200 ℃)、挥发分析出阶段(200~600 ℃)和无机物的分解阶段(600~1 000 ℃),但未经厌氧处理的木薯渣在热解主体阶段有机质释放量高。利用TG-MS联用技术考察了2种原料的热解特性,发现两种木薯渣热解主要析出的气体要是H₂、H₂O、CO、CH₄和CO₂等,且气体生成曲线趋势类似。同时研究不同升温速率和粒径对木薯渣热解过程和氢气产物析出行为的影响,表明升温速率增加,H₂的产率在高温区增加,粒径增大有利于氢气的生成。根据Coats-Redfern积分法计算结果,木薯渣热解主体阶段的可用一级动力学方程描述,升温速率对木薯渣热解的活化能影响不大。     

大尺度褐煤的地下气化热解特性

为了考察地下气化过程中干馏和干燥作用对于气体产物组成的影响,以乌兰察布原煤为研究对象,采用大直径固定床反应装置进行了150℃～800℃范围内热解气体的形成与释放研究.结果表明,大粒径褐煤热解在400℃才开始有气体逸出,随着温度的升高气体总产率升高,平均孔径和孔容积呈现先增大后减小的趋势;不同粒度的块状煤有效气体析出规律大致相同,但5cm见方的褐煤呈现气体析出缓慢、产量较大的趋势;在慢速升温和中速升温过程中,5℃/min的升温速率可以明显增加大粒度褐煤热解失重率,提高气体产率.     

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.     

葡萄树枝烟气气氛下热解气化特性研究

以葡萄树枝为研究对象,采用热重-傅里叶变换红外光谱（TG-FTIR）联用技术,研究了反应气氛和升温速率对其热解特性的影响。结果表明：在烟气气氛（80% N₂、15% CO₂、5% O₂）下,DTG曲线在80、350和800℃温度附近存在3个明显失重峰,而在氮气气氛下仅存在80和350℃左右2个失重峰;升温速率为30℃/min时,氮气气氛下样品失重率达80%左右,而烟气气氛下达到95%。说明烟气气氛可提高葡萄树枝转化率,促进热解气化反应的进行。升温速率对生物质热解气化过程有双重影响,提高升温速率有利于葡萄树枝挥发分析出,促进热解气化反应进行,但容易引起葡萄树枝炭结焦,进而影响热失重的进程。热解析出产物采用FTIR分析,结果表明：不同热解阶段气体析出产物及析出量差别很大,且不同热解产物的析出特性由葡萄树枝样品内部官能团的重组、断裂引起。360℃时热解析出的气相产物种类最多,主要包括CO、CO₂、H₂O和CH₄等小分子气体,以及醛类、烃类、羧酸类等大分子物质。     

非等温热重分析长焰煤热解过程与动力学特征

为提高煤热解过程中焦油的产率,用非等温热重分析方法研究了不同粒径、热解终温和升温速率条件下长焰煤的热解过程和机理,分析了20和100℃/min升温速率下长焰煤热解过程特征,并求解了热解动力学参数。结果表明,煤颗粒在2.8mm以下时,粒径对热解过程影响较小;热解终温越高,热解最终固体产物中挥发分产率越低;升温速率越快,挥发分的析出速率越快。在同一升温速率下,不同热解温度段得到的活化能呈现两头大中间小的特征,且指前因子随活化能的增大而增大。     

含油污泥混煤热解动力学及气体产物分析

采用热重分析法在不同掺混比例、不同升温速率和不同掺混煤种下对含油污泥混煤进行热解实验研究,并通过气相色谱仪分析热解产生的气体产物.结果表明,含油污泥混煤的热解失重过程可以分为水分及吸附气的挥发、轻烃的析出、重烃的裂解和煤小分子链脱除、重烃的二次裂解和煤大分子链脱除、半焦的缩聚反应以及无机矿物质的分解5个阶段.进行热解动力学分析,采用Coats-Redfern积分方法求解含油污泥混煤的热解动力学参数,并得到了掺混比例、升温速率、煤种对动力学参数的影响规律.利用气相色谱仪检测生成的气体产物有H2,N2,CO2,CO,CH4,C2H6,C2H4,C3H8和C3H6等,并分析了主要气体产物H2,N2,CO2和CH4的生成规律.     

大庆油页岩热解特性及动力学研究

采用热分析方法对大庆油页岩热解特性进行研究,考察了升温速率和热解终温对油页岩热解特性的影响.结果表明,温度是影响热解的最主要因素,随着温度的升高,挥发分产率增大;随着升温速率的增大,油页岩的热解特征温度和最大热解速率都明显提高.根据热失重曲线建立了大庆油页岩热解动力学模型,采用傅立叶红外光谱分析对油页岩及热解半焦官能团变化情况进行分析,发现油页岩的主要官能团与煤接近;随着热解终温的升高,半焦含氧官能团的吸收峰逐渐减弱.     

利用热重-红外联用对生物质热解特性研究

采用热重-红外(TG-FTIR)联用技术研究不同升温速率对生物质热解特性影响。以氮气为载气,在室温和600℃区间,以3种升温速率(10,30,50℃/min)对生物质试样(麦秆)进行热解实验,确定了生物质起始分解温度,热解失重主要发生在快速热解阶段,升温速率越高,热解起始温度和失重速率越大;热解气体通过FTIR分析结果表明,热解初始阶段的气态产物主要是水蒸气和少量的CO及CO2,随着温度的升高,热解的主要气态产物变为CO、CO2、CH4以及小分子烃类。     

利用热重-红外联用对生物质热解特性研究

采用热重-红外(TG-FTIR)联用技术研究不同升温速率对生物质热解特性影响。以氮气为载气,在室温和600℃区间,以3种升温速率(10,30,50℃/min)对生物质试样(麦秆)进行热解实验,确定了生物质起始分解温度,热解失重主要发生在快速热解阶段,升温速率越高,热解起始温度和失重速率越大;热解气体通过FTIR分析结果表明,热解初始阶段的气态产物主要是水蒸气和少量的CO及CO2,随着温度的升高,热解的主要气态产物变为CO、CO2、CH4以及小分子烃类。     

热分析-质谱法研究汽车废轮胎热解行为及反应动力学

采用热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)联用技术研究了汽车废旧轮胎在氩气气氛中的热解特性及热解气种类.结果表明,废旧轮胎在热解过程中存在一个不明显失重阶段(200～300℃)和2个明显失重阶段,分别为油类添加剂析出过程和天然橡胶热解(300～400℃)、合成橡胶热解(400～550℃)过程.随升温速率增大,轮胎起始热解温度升高,热解区间向高温方向移动,最大热解速率增加.热解过程中共检测到H_2,H_2O,CO,CO_2,CH_4,C_2H_2,C_2H_6七种热解气,其中H_2O与CO存在2个析出峰,CO_2存在3个析出峰,CO析出量最高.采用Ozawa峰值法与Ozawa等转化率法得到轮胎天然橡胶热解阶段的活化能介于55~60k J/mol之间,而合成橡胶热解阶段的活化能介于110~115 k J/mol之间.     

油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性

为研究油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性,在热重-红外-质谱三联机上对国内有代表性的4个地区(FS、HD、MM和NM)油页岩以20℃·min^-1的升温速率进行了热解实验研究,考察了H₂、H₂O、CO、CO₂、CH₄和C_nH_m 6种轻质气体的析出速率和累积产量随温度变化的规律。实验结果表明:油页岩轻质气体析出的温度范围在180～540℃;H₂、CH₄和C_nH_m的析出速率曲线大致相似,呈高斯分布,CO和CO₂的析出速率则是先缓慢增加随后快速增加,达到最大值后又快速下降,直到析出结束,H₂O的析出速率相对比较复杂,油页岩的内水、矿物质的结晶水和热解水在3个阶段析出,析出速率都是先增大,达到最大值而后减小。     

COCl_2·6H_2O对吉木萨尔油页岩催化热解的影响

通过热重-质谱(TG-MS)技术对其进行热解实验,研究了COCl_2·6H_2O对新疆吉木萨尔地区油页岩热解过程的影响情况,获得了各气态产物析出过程随温度的变化曲线。对整个热解过程中析出量较大的典型气态产物(CH_4、CO_2/C_3H_8、CO/C_2H_4、H_2O、H_2以及C_nH_m)的析出特性进行了分析。结果表明,COCl_2·6H_2O对吉木萨尔油页岩有较好的催化作用,能够大幅降低油页岩中挥发分析出温度、缩短热解周期;大多数C_nH_m析出温度由常规热解的400～550℃提前至300～550℃;各产物产量随催化剂添加量的增大而减小;由分析可知,COCl_2·6H_2O不仅对有机质热解有催化作用,还能够降低矿物质盐的热解温度。     

水煤浆热解特性及影响因素

水煤浆热解产物的分布、组成和产率对水煤浆的高效燃烧具有重要影响,同时水煤浆热解产生的H_2、CH_4、CO等气体有助于改善脱硝温度窗口,提高脱硝效率。采用高频加热炉对神木煤制成的水煤浆进行热解,测定并分析了热解气的产率和组成成分,探究了热解温度和加热速率对水煤浆热解特性的影响。结果表明,随着温度的升高,水煤浆的除水失重率持续增加,从700～1 200℃增加了约10%,挥发分和热解气体的产率继续增加,从0.50 L/g增加到0.73 L/g,说明水煤浆的热解程度逐渐增加。热解气体的组成主要是H_2、CO、CH_4和CO_2。随着温度的升高,总热解气体中H_2、CH_4、CO_2和CO总体积分数在700～900℃降低,在900～1 100℃保持稳定,1 100℃以上继续下降,从最初700℃时的90%下降到1 200℃时的78%,其中H_2、CO_2和CH_4体积分数呈阶梯式下降,而CO体积分数几乎不变,H_2体积分数下降最明显,约6.1%,而CH_4则下降了约4%,CO_2下降了2.6%左右。随着温度的升高,H_2、CO_2和CH_4产率先增加后减小,峰值出现在1 100℃左右,而CO产率则持续增加。升温速率也影响挥发物的产率,升温速率667℃/min的除水失重率比400℃/min高6%,但总体影响不大。研究结果为掌握水煤浆初级热解产物的形成特征提供了参考。     

油页岩微波热解气态产物析出特性

利用微波化学试验装置研究了油页岩微波热解过程中挥发分析出特性, 考察了微波功率、热解温度、不同热解温度阶段和催化剂对气体组成的影响。结果表明:微波加热能够提高油页岩热解气中H₂、CO和C₂H₄的析出, 降低CO₂的析出;50%(1600W)微波功率时烃类的析出量最大;在150~350℃的低温阶段热解气的析出量大, 主要由吸附气体的释放, 不稳定支链和基团的分解产生;温度升高, 气态产物的析出主要由脱氢、芳构化、缩聚和自由基反应产生。催化剂促进了气体的析出, 但不同类型催化剂对油页岩热解气组成的影响不同, 分子筛的吸附作用促进二次分解和缩聚反应;黏土类催化剂在质子酸作用下促进有机质催化裂解加氢反应, 加快断链和基团的稳定;金属类催化剂是强吸波性介质, 能够提高升温速率, 促进热解反应, 其次促进氢自由基的产生和转移。