煤、污泥和生物质三类典型燃料的热解气生成特性研究

采用固定床热解装置测定并比较不同温度下煤、污泥和生物质三类典型燃料的热解气生成特性。结果表明，温度是影响热解气析出的重要因素，三类燃料的热解气产率均随温度升高而增大，同时还得出了各燃料热解产气速率最快的温度区间；提升热解温度有利于煤和污泥中燃料氮向N₂转化，1 300℃时，煤的N₂转化率最高约42.5%，污泥则接近60%；各燃料热解气组分以H₂、CH₄和CO为主，CO₂和N₂含量次之，C₂H₂和C₂H₄最低，污泥和煤的热解气各组分的析出特性相似；同温度下，五种燃料的H₂和CO产率大小顺序相同，均为辣椒秆、污泥、神混煤、石炭煤、韩城煤，对于辣椒秆和污泥而言，通过热解制取高热值燃气(H₂和CO)是一种有效利用途径。     

温度对固体热载体热解炉稀相区产物的影响

在间接加热套管式热解提油试验台上,研究了循环流化床双床热解气化系统中热解炉稀相区温度对产物的影响规律。试验结果表明,热解温度从500℃升至700℃时,水收率、焦油收率及热解气收率均增加;随热解温度升高,半焦中挥发分残存率不断降低,700℃时煤中17.44%的挥发分在稀相区受热析出,大部分水分已经析出,半焦中固定碳残存率基本不变。焦油样品中甲苯不溶物及沥青质含量均较低,热解温度升高至700℃后沥青质含量增加;热解气中除C3H8外,其余组分产率均随热解温度升高不断增大;热解气组分分布在3个区间,其中H2达39%以上,单碳类气体(CO、CO2、CH4)处于10%~25%范围内,C2和C3类气体均小于6%。     

煤热解过程中多种挥发分生成特性研究

煤热解气(挥发分)组分对煤后续的热解、气化、燃烧等热化学行为有重要影响。为了测量挥发分成分,选取7种煤,测量其脱挥发分失重特性,利用气相色谱和傅里叶红外烟气分析仪对其中2种烟煤挥发分中的含碳氢、含氮、含硫等多达13种组分进行测量,并分析挥发分中的水分来源,结果表明：挥发分中体积分数最大的5种气体成分是CO、CO₂、H₂O、CH₄、H₂;低温下,挥发分中H₂O的体积分数最大,超过40%;高温下,H₂体积分数最大,超过55%。煤热解气中,水分含量与热解温度、煤种密切相关,水分主要来源于煤中的酚羟基在受热后的缩合反应。     

煤与生物质中高温共热解特性研究

为了探究煤与生物质在中高温度条件下共热解过程中热解气的释放特性及元素析出规律,本文采用固定床反应器对松木和兖州煤在800~1 200 ℃温度下进行中高温热解实验,借助傅立叶红外气体分析仪和氢气分析仪对热解气的组分进行在线测量,并探索其动力学释放特性。结果表明:各热解气中可燃气体主要为H2、CO和CH4;热解温度升高,共热解气中的H2产量会大幅增加,高达75.4 mg/g反应物,CO产量缓慢增加至184.3 mg/g反应物,CH4产量下降;共热解过程中,H2析出最晚且过程在30~200 s,CO的释放过程比CH4快,且释放体积分数峰值更高,可达61.1 μL/L;生物质的氮结构存在形式主要为更不稳定的氨基酸和蛋白质,热解时NH3和HCN析出更快但释放峰值更低;此外,煤和生物质共热解时的协同作用不影响CO和CH4的释放。本研究可为未来煤与生物质中高温闪速共热解制气以及低碳清洁能源的利用提供一定指导。     

亚临界H2O-CO体系改性长焰煤的黏结和热解特性研究

长焰煤通过加氢改性转化为黏结性煤,有利于提高其综合利用效益和扩大炼焦煤资源。利用亚临界H2O-CO体系对印尼长焰煤进行改性,考察了不同反应温度下改性煤的热解特性,并利用索氏抽提、热重（TG-DTG）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）探究了煤结构变化对其热解产物分布规律的影响。结果表明:长焰煤在亚临界H2O-CO体系中改性后黏结性显著提高,获得的改性煤黏结指数（GRI）随反应温度升高至340 ℃而达到最大值;改性煤中氢含量和索氏抽提可溶组分收率的提高,使得改性煤热解焦油产率升高而热解气产率降低,同时改性降低了煤中氧含量,导致热解水产率降低;改性煤中沥青烯组分提高,将抑制其快速热解失重,而改性处理后脂肪族-CH、-CH2和-CH3伸缩振动吸收峰增强,导致改性煤热解气H2和CH4体积分数均高于原煤。     

不同高温气氛热解生活垃圾的传热及反应特性

在立式热解炉中进行垃圾热解气化实验,研究加热气体组分、预热温度、加热温度等对热解过程的影响。实验结果表明：在热解过程中CO₂的存在有利于热解的进行,并且能够在一定程度上提高气相和液相产物的品质;有效传热系数随着预热温度和加热温度的升高而增大。在相同的预热温度和加热温度时,相比于N₂、N₂/CO₂气氛,CO₂气氛下的有效传热系数有所增加。在预热温度为300℃、加热温度为800℃时,N₂、CO₂、N₂/CO₂ 3种气氛下的有效传热系数分别为181.24 W/(K·m³)、244.87 W/(K·m³)、228.46 W/(K·m³), CO₂的存在有利于热量从加热气体向物料传递。     

焦载体下CH4及CO2气氛对低阶煤流化床热解特性的影响

以新疆润北煤为研究对象,在小型鼓泡流化床上开展了热解实验,结合气相色谱、SEM等表征手段对热解产物及其特性进行了分析,考察了以半焦为热载体不同热解温度条件下CH₄和CO₂气氛对煤炭流化床热解特性的影响。结果表明:由于煤半焦促进了CH₄和CO₂的重整反应,CH₄/CO₂混合气氛下热解产气率与单一气氛相比有所减少,减少幅度随温度和CO₂体积分数提高而增加;同时,热解温度为600 ℃以上时,CO和H₂产率随着CO₂体积分数的提高和温度的升高而明显增加,相应的热解水产率也明显增加;随着温度升高,受CH₄裂解、CH₄与CO₂重整及CO₂与碳的气化等反应的影响,CH₄/CO₂混合气氛下焦油产率有所增加,在热解温度600 ℃左右时焦油产率最高的同时增加幅度也较大;受CH₄裂解反应积碳以及CO₂和半焦的气化反应等过程的影响,CH₄气氛下半焦产率增加,CO₂气氛下半焦产率降低;CH₄/CO₂混合气氛下半焦产率及特性同样有明显的变化,且随热解温度升高变化更大;较低体积分数CO₂（6%）时,CO₂促进CH₄裂解积碳,其影响大于CO₂与碳的气化反应,半焦产率提高且半焦孔隙变小,表面变粗糙;而随着CO₂体积分数提高时（增加到15%）,CO₂与碳的气化作用增强,使得半焦产率反而明显减少且孔隙变大。     

再燃煤粉轻质挥发分动态析出特性实验研究

在一管式炉上对煤粉高温热解小分子挥发分的动态析出特性及产量、构成等进行了研究。实验选择从烟煤到无烟煤的4种煤,热解温度范围在800~1 200 ℃。实验结果表明：随着热解温度的升高,在动态析出峰值上,HCN、C2H2、CO、H2持续增大,C2H6持续减小,而NH3、CH4及C2H4则是先增大后减小;在各物质析出产量上,HCN、CO、H2随温度而增加,CH4、C2H6随之下降,而NH3、C2H2、C2H4则存在一个最大析出值;烟煤挥发分平均分子量随温度升高而变小,无烟煤则是先变小后增大,在整体上烟煤的挥发分平均分子量要大于无烟煤。此外,在各种研究的小分子挥发分物质中烟煤的析出量均要大于无烟煤的析出量,CO、H2的最大析出量分别与煤中的氧及氢含量多少相对应。     

双流化床中煤的热解特性试验研究

在双流化床试验台上,对神木煤的热解特性进行了试验研究。结果表明,在试验温度范围内,煤中的碳元素主要汇集于燃烧炉尾气,氢元素主要汇集于热解炉产物中。在热解炉温度450~850℃的范围内,热解产品质量收率随着热解炉温度的升高而上升,热解炉冷效率在550℃达到峰值。试验条件下,热解焦油质量收率在热解温度550℃时达到峰值;热解停留时间对热解焦油的产率影响不大。热解炉煤气各组分体积分数关系为:H2CH4COCO2;随着热解炉温度升高,热解气体热值降低,热解气体产率升高。     

微波脱水改性对我国典型褐煤热解特性的影响

选取了我国主要褐煤产区不同变质程度的3种典型褐煤用微波进行了脱水改性处理,采用热重–红外联用仪着重研究了改性前后褐煤热解特性的变化。结果表明,经过微波处理后,褐煤中的水分大幅度下降,固定碳和热值上升,颗粒断裂和收缩,褐煤煤阶上升。改性褐煤热稳定性增强,热解曲线向高温区和烟煤方向移动,热解开始温度、失重峰温和结束温度升高,最大和平均失重速率及最终失重量降低,热解综合特征参数下降,活化能上升,热解活性变差。热解产物中的CO2、CO和甲酸等小分子活性物质在改性后的析出量减少,CH4和稳定的芳香类物质对二甲苯、苯酚的析出量增加,表明褐煤在改性后不稳定的结构发生分解和转变,稳定相组分增加。