吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性及动力学分析

吐哈盆地褐煤的热解和燃烧特性研究利于煤的清洁高效利用及煤炭地下气化的开展,为探究吐哈盆地褐煤煤粉颗粒的热解特性和燃烧特性及动力学特性,通过热重实验、热解特征指数计算、综合燃烧指数计算及动力学软件Kinetics Neo模型拟合法,研究了煤粉在不同升温速率(5℃/min, 10℃/min, 20℃/min)和不同粒径(大于0.8 mm, 0.2 mm～0.6 mm,小于0.1 mm)下分别在氮气气氛中的热解特性和空气气氛中的燃烧特性,获得了不同条件下煤粉颗粒热解和燃烧过程的动力学参数。结果表明：升温速率升高有利于煤粉颗粒热解和燃烧,显著提升了热解和燃烧性能;煤粉颗粒粒径增大有利于煤粉热解,不利于煤粉燃烧;不同粒径煤样热解和燃烧焦产率没有明显区别,粒径增加对于挥发分释放的影响不大;热解与燃烧过程中活化能与指前因子分别在一次热解阶段和干燥挥发阶段较高,说明在这两个阶段反应速率较慢,单位时间内化学反应程度较高。     

木屑颗粒热解过程动力学计算及热解气体分析

以CO_2和干空气为动态气氛,在10,20,30℃/min三种升温速率下进行热重实验,研究了气氛对压缩木屑颗粒热解反应的影响,用Netzsch Thermokinetics 3软件确定了失重曲线第2失重阶段的反应级数,用Coats-Redfern积分法计算了第2失重阶段的动力学参数,用气相色谱分析了放大实验在升温速率10℃/min下产生的热解气体成分.结果表明,在CO_2和干空气气氛下,随温度升高,木屑颗粒均出现3个失重阶段,第2阶段的失重分别为65.97%和56.31%,热解反应级数分别为1.2和1.0,活化能分别为117.73和87.4 k J/mol,指前因子分别为5.8′106和1.1×10~4 min~(-1).与空气气氛相比,CO_2气氛下裂解气中CH_4产量相对较低,而H_2和CO产量较高.     

煤多段加氢热解过程的研究(Ⅰ)反应条件对产物分布的影响

在 10g加压固定床上考察了 5℃·min^-1和 2 5℃·min^-1的升温速率下先锋褐煤的多段加氢热解过程 .详细考察了有关的工艺参数如停留时间、升温速率、气体流量、反应压力及反应气氛对多段加氢热解过程产物分布的影响 ,并与同等条件下的单段加氢热解过程进行了对比分析 .实验结果表明 :多段加氢热解过程明显优于同等反应条件下的单段加氢热解过程 ,采用快速升温、多段停留的手段基本可以达到慢速升温过程高的转化率及油收率 ;多段加氢热解过程中的停留作用随升温速率的增大、反应压力的增加、氢气流量的增大而显著增大 .另外还发现合成气气氛下的多段停留作用与氢气气氛下的相类似     

竹材热解动力学特性分析

采用热重分析法研究了氮气气氛下竹材的热解行为及其动力学特性,分析了升温速率和粒径对竹材热解过程及动力学参数的影响. 结果表明,竹材热解分为干燥、预热解、热解和缓慢热解４个阶段;升温速率对竹材的热失重特性有显著影响,当升温速率从40℃/min增加到100℃/min时,竹材热解出现了滞后现象,热解活化能从130.87 kJ/mol下降到73.85 kJ/mol,频率因子及反应级数单调减小;不同升温速率下计算的活化能和频率因子之间存在良好的补偿效应;当粒径大于380 mm时,竹材的热解不仅受动力学控制,受颗粒传热、传质影响也较大.     

几种不同变质程度煤的热重分析研究

采用热重分析法(TGA)对黑龙江几种常见的不同变质程度煤(无烟煤、烟煤、褐煤)的热解过程及其表观动力学进行了研究。实验是在氮气气氛中分别以10、20、30、40、50℃/min等加热速率和40~60,60~80,80~100,100目等粒径条件下进行的。实验结果表明:不同变质程度煤的非等温热解只有1个剧烈失重阶段。随升温速率的提高,粒径的增大,则煤的最大热解速度提高,对应的峰值温度升高。不同变质程度煤的热解机理均满足一级反应动力学方程,且随着升温速率的提高,粒径的增大,其活化能(E)和指前因子(A)增大,lnA与E之间存在近似的线性关系。     

西部煤的热解特性及动力学研究

采用热重和红外分析法从升温速率与样品粒径的相关性等方面对平朔煤和神东煤的热解特性进行研究,并从动力学上进行分析.结果表明,随升温速率增大,煤样热解反应的初始温度、终止温度以及最大失重速率对应的温度都逐渐升高,但对粒径较小的煤样来说,这些特性温度增加的幅度较大,而最大失重率没有表现出一定的规律性;煤样粒径对热解也有一些影响,但最大失重速率与样品粒径的关系不大.随升温速率增大,热解活化能和频率因子呈现出先增大后减小的趋势.     

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。     

低阶煤在离心双涡流反应器中的流动与传热过程

离心双涡流(CDV)反应器是内置离心力场与双涡流气旋的新型下行床反应器，契合低阶煤快速热解反应特性，但仍需理解其关键传热机制为传热速率调控提供参考。基于大涡模拟和MP-PIC(multiphase particle-in-cell)模型，研究载热颗粒为热源的CDV低阶煤热解器中气固相温度的时空分布特性。结果表明：煤颗粒升温速率可达700 K/s,满足快速热解需要，相比传统下行床，由离心力场在近壁区产生的局部高固含率可在较低的载热颗粒流量下将煤颗粒下行过程中的升温梯度提高到300 K/m以上；除了固含率，气旋长度对传热效果影响显著，相比顶部排气结构，底部排气结构的气旋长度更大，煤颗粒终温更高；底部排气结构的另一个优势在于中心区域气流温度显著低于边壁气流温度，在近壁高温区释放的初级热解产物受向心气流裹挟汇入中心低温区，由于初级热解产物二次反应的程度与其升温速率相关，中心区域的低温环境有利于抑制初级热解产物的二次反应，从而获得更高的焦油收率，且焦油含尘量也较低。     

不同气氛下高硫焦热解过程硫形态研究

在He气氛和CO_2气氛下,研究高硫焦的热解行为。采用TG-IR-GC/MS联用仪分析了热解过程中气体的硫元素形态变化,同时研究了热解过程中硫含量的变化。结果表明:热解过程以400℃和700℃为分界点,主要分为3个阶段,热解过程中有H_2O、CO_2、CH_4等小分子气体以及脂肪族分子逸出。部分噻吩会被氧化为砜基逸出,高温状态下还会被氧化成磺酸、亚磺酸类物质。CO_2气氛能促进硫的释放,并使开始热解温度提前,其包含的含硫化合物主要是磺酸和砜类有机硫化物。升温至1 000℃时,与He气氛相比,CO_2气氛下硫逸出百分比和失重百分比都较高。     

阻燃电缆绝缘材料聚氯乙烯热解特性研究

利用热重分析技术研究了阻燃电缆绝缘材料聚氯乙烯的热解过程。对样品在不同升温速率、不同气氛下的热解行为进行了实验研究。结果发现,升温速率从5℃/min增加到15℃/min时,样品的失重率从58.987%增加到59.519%,初始分解温度从320.08℃增加到337.09℃;与N2气氛相比,空气气氛下第一阶段的热解较滞后,且热解过程温度跨度较大,热解过程比较复杂,失重率更大;随着氧体积分数的增加,热解进程加快,相应微分热重曲线上的失重峰均有所提前且峰高增大,对应的残余量也减小。     

轮胎粒径对热解产物的影响

最终热解温度500℃,升温速率20℃/min的条件下,以管式炉热解实验和热重分析为基础,研究了轮胎粒径对废轮胎热解产物的影响。结果表明,在轮胎样品粒径从2 mm减少到0. 1 mm时,热解油产率增加了12. 9%;固体产物产率由52. 1%降低到了39. 4%;同时减小轮胎样品粒径有助于降低热解炭中结焦与积炭的含量;当轮胎粒径达到0. 2 mm后继续减小轮胎样品粒径对热解油产率几乎没有提高。     

轮胎粒径对热解产物的影响

最终热解温度500℃,升温速率20℃/min的条件下,以管式炉热解实验和热重分析为基础,研究了轮胎粒径对废轮胎热解产物的影响。结果表明,在轮胎样品粒径从2 mm减少到0. 1 mm时,热解油产率增加了12. 9%;固体产物产率由52. 1%降低到了39. 4%;同时减小轮胎样品粒径有助于降低热解炭中结焦与积炭的含量;当轮胎粒径达到0. 2 mm后继续减小轮胎样品粒径对热解油产率几乎没有提高。     

废轮胎与煤的共热解特性

采用热重分析仪分别对废轮胎、煤及其混合样进行热解实验,研究废轮胎与煤的混合比例及热解升温速率对混合物失重特性的影响.结果表明:废轮胎和煤单独热解时发生剧烈缩聚反应,DTG曲线在400℃~480℃的温度区间有重叠部分;添加废轮胎对煤的热解有促进作用,随废轮胎质量分数的不断增加,煤的热解高峰区逐渐向低温区移动,且失重率不断提高;对混合样进行不同升温速率的热解实验发现,在较低的升温速率范围(15K/min~20K/min)内,增大升温速率可以促进热解反应的进行;而升温速率过高(20K/min)会使样品颗粒内部热解产生的挥发分来不及逸出而出现笼蔽效应,从而使样品的失重率减小.     

反应气氛对煤热解过程中硫变迁与释放的影响

通过固定床、流化床热解脱硫过程,重点对比分析反应气氛对煤中硫变迁与释放行为的影响.研究结果表明:还原性气氛较惰性气氛和氧化性气氛更有利于煤中硫的释放.较高的热解温度有利于有机硫和硫酸盐硫的脱除,较长的热解时间可以使更多种类的硫发生分解反应.选择合适的热解条件参数是实现煤热解预脱硫、有效提高脱硫效率的关键.     

钾对纤维素-煤共热解过程焦炭结构和热解特性的影响

在纤维素上负载K_2SO_4和K_2CO_3,采用热重-红外联用(TG-FTIR)对负载钾盐的纤维素与煤共热解特性进行了研究,并采用红外光谱表征了热解前后样品的化学结构.结果表明:在900℃热解后,焦样中含C,H,O有机官能团和高岭石的峰消失,其中有机官能团的消失与气体产物释放有关,高岭石的消失是由于热转化生成偏高岭石和石英.纤维素与煤共热解过程中发生了协同反应.钾盐的添加对共热解反应中焦炭产率、最大反应速率、反应温度区间和活化能等都有较大影响,还促进了CO和CO_2的产量增加,并且使它们产生的温度区间移向低温区,其中K_2CO_3的作用更明显.K_2SO_4对酸类和酮醛类等含C≡O官能团的产物生成具有促进作用,而K_2CO_3具有抑制作用.钾盐对共热解CH_4气体的生成有不同程度的抑制作用.     

低氧气氛下煤粉燃烧特性

为研究煤粉低氮燃烧时CO_2成分在低氧含量气氛下对燃烧的作用,在热重分析仪上进行了煤粉低氧气氛下的燃烧试验。通过模拟真实燃烧反应中的反应气氛,研究了O_2/CO_2混合比例、升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明,在O_2/CO_2混合气氛下,温度为1 000℃以内均存在着燃烧反应和气化反应的竞争关系。CO_2含量高时,CO_2与煤粉的气化反应对煤粉燃烧反应抑制程度逐渐增加。O_2/CO_2比例降低,煤粉的燃尽温度升高幅度明显,煤粉难以燃尽;煤粉的点火温度受CO_2含量影响不大;升温速率由10℃/min升至20℃/min对煤粉可燃性和着火稳定性提升明显,20℃/min升至30℃/min影响不大。     

三种常见生物质热解动力学特性的研究

采用热重法对三种常见生物质热解特性及反应动力学进行研究。考察了粒径和升温速率对生物质热解特性的影响。粒径减小时,稻草开始热解的温度和热解结束的温度都降低,最大失重变化率对应的温度也降低;升温速率增加时,热解挥发分起始析出温度和DTG曲线峰值温度均相应增加。采用Coats-Redfern法对生物质热解过程进行处理,并求出了生物质热解的动力学参数,求出的表观活化能变化范围在30～70kJ/mol。     

PVC木塑复合材料热解动力学

将木粉按一定比例添加到PVC中得到复合材料,通过热重分析研究复合材料在空气、N2气氛下不同升温速率时的热解行为。通过Doyle和Tang method法计算了木塑材料的降解活化能。利用活化能分布函数,分析了复合材料在热解、燃烧过程中不同阶段的反应活性变化规律。研究表明,热解过程可分为3个阶段,230～360℃为第一失重阶段,360～430℃为稳定阶段,430～580℃为第二失重阶段。升温速率及反应气氛对热解过程有显著影响。由分布活化能模型计算表明,其热解动力学为一级反应,两个失重阶段的活化能分别为220kJ·mol-1和139kJ·mol-1,反应活性随失重率的增加而减少。     

不同废旧电路板的TG行为研究

用电路板做为研究对象,去除其电子元件和金属元件,用钳子分解为直径为3 mm左右的碎片。用热重-差热分析仪对其进行热解,考察了热解温度、气氛流速、升温速率对热解的影响。结果表明,升温速率为影响电路板热解最重要的因素,升温速率慢有利于电路板的热解,热解时间越久热解越完全,热解率随着气流速度的增大而先上升后下降。废旧电路板的主要热解温度在350~700℃。     

大庆罐底油泥热解特性及污染物释放特性

大庆罐底油泥属于高含油污泥,资源回收潜力大,同时具有黏度大、黏结性强、成分复杂、自然沉降慢等特性。本文对大庆油田高含油污泥的热解特性及污染物释放特性进行研究,分别测试了不同热解终温和升温速率下气/液/渣三相产品的品质和成分。结果表明,热解气中C₂H₄的释放量明显高于其余气体。CO₂气体仅在700℃处出现一个峰值,H₂在700℃之前释放量偏低,在700~800℃之间大量释放;热解终温和升温速率的增加会导致热解油低链烃类的大量生成,中链烃类呈现先增加后降低的趋势;热解终温会对固相产物中的SiO₂和CaCO₃产生一定的影响,而升温速率对固相产物几乎无影响。采用在线烟气分析仪测试了气相产物中的N、S、Cl小分子污染物的释放特性。HCN、NH₃在600℃时向NO_x转化;600℃以下绝大部分含氯化合物会发生释放;含硫污染物成双峰释放,600℃以上的峰主要源于硫酸盐的分解。