铬革屑热解NO、NH_3和HCN的释放特性

采用傅里叶变换红外光谱仪对铬革屑热解过程中NO、NH_3以及HCN的释放特性规律进行研究,探讨了随着时间的变化,热解温度对这3种含氮气体释放特性的影响。结果表明,热解过程中NO、NH_3以及HCN的释放随温度的升高呈现不同的规律。在热解温度较低的情况下含N气体的释放较少,其中NH_3的释放占主导。随着温度的升高,NO、HCN的释放量上升,尤其在550℃,HCN的释放率反超NH_3,释放的浓度达到500 ml·m~(-3)以上,NH_3的释放率维持在10%~15%。高温区HCN的释放存在迅速升高的过程,NO的释放量相对较少。NH_3的释放主要与胶原蛋白中氨基结构的破坏有关,如酰胺及酰胺带结构,而HCN主要来自于焦含氮结构的二次裂解,以及热解液体中含氮杂环物质的分解。NO的释放主要与C=O,C-O/C-O-C等含氧基团的变化以及原料中的N/O比例有关。     

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。     

升温速率及热解温度对煤热解过程的影响

为了研究煤热解过程中升温速率及热解温度对热解产物分布及热解过程吸热量的影响,采用热重和热红联用技术对煤热解过程进行了分析.研究了不同升温速率和热解温度对煤热解过程的气态产物分布的影响,并对所产生的焦炭性质进行了分析.结果表明:煤的整个热解过程的吸热量随升温速率的增加而减小;煤热解产生的焦油组分含量包括芳香族、脂环族和脂肪族含量达到最大值所对应的热解温度随升温速率的增加产生滞后现象,但是煤热解产生的煤气成分随着升温速率增加而急剧释放;随着热解温度的升高,焦炭结构逐渐致密,裂纹及裂缝产生,芳香晶核增大,同时焦炭中的氧和氮含量由于含氮和含氧化合物的继续分解而降低.     

气氛、温度对煤热解过程中NH3和HCN释放的影响

为了实现煤的洁净转化,研究煤热解过程中N转移的机理,实验在固定床反应器上采用程序升温法对云南煤在不同温度下进行了氩、甲烷、15%水蒸气/氩和15%水蒸气/甲烷气氛下的煤加氢热解研究,主要对热解过程中产生的No2主要前驱物NH3和HCN的释放规律进行了考察,实验表明云南煤热解释放的NH3随热解温度的升高而增加,但是HCN...     

不同煤真空热解过程中气态产物的在线分析

利用高分辨质谱对在真空热解过程中淮北烟煤、无烟煤和天然焦形成产物进行实时在线检测,结合煤质结构和特征,通过图谱分析了煤种和热解温度对热解产物的释放规律.结果表明,较低热解温度时,热解产物组成随煤化程度变化较小;较高温度时,随煤化程度的升高,高分子量产物相对含量逐渐减少;随着温度的升高,烟煤和无烟煤高分子量产物所占比例明显增加;含氧基团在200 ℃～400 ℃开始释放,到600 ℃则主要生成CO2.     

炼焦煤尾煤热重动力学分析及热解产氢

基于热重分析和固定床热解实验,研究了升温速率和温度对高矿物质含量的炼焦煤尾煤热解特性的影响. 尾煤热解过程可分为室温至400, 400~600及600~950℃三个阶段. 尾煤与焦煤热解曲线基本吻合,尾煤热解特征温度略向高温区推移. 采用Coats-Redfern积分法拟合计算了尾煤热解的动力学参数,得出反应活化能为22.6~66.2 kJ/mol,热解过程可用3个二级反应描述. 30 g尾煤固定床实验结果表明,氢气在低于400℃析出很少,400~600℃缓慢析出,之后随温度升高析出增加,600℃后大量析出,900℃左右达到最大析出量. 终温950℃时,30 g尾煤热解产气4300 mL,氢气产量1722 mL;焦煤产气7950 mL,氢气产量2716 mL. 尾煤热解富氢气体产量达焦煤热解气产量的54%,具有较高的再利用价值.     

热解条件对煤膨胀和球形度的影响

针对粉煤密相输运床气化技术,使用滴管炉对云南褐煤(YN)、山东次烟煤(SD)和内蒙烟煤(NM)进行快速升温热解实验,应用数字成像颗粒分析仪同时获得颗粒粒径和球形度,研究了不同煤阶、粒径、温度、预烘干除水对煤焦形貌参数的影响.结果表明:随着煤阶提高,热解膨胀度和球形度均提高,1 273 K热解后YN褐煤因收缩和破碎,膨胀度为0.66;SD煤和NM煤的膨胀度均大于1;焦的球形度因热解软化,较原煤均略有提高;NM烟煤随着热解温度的提高,膨胀度降低,球形度先增加后减小;小粒径NM煤颗粒的膨胀度和球形度均更高.干燥NM煤的膨胀度显著高于含水原煤,且随温度升高,膨胀度提高,变化规律与含水原煤相反;球形度随温度变化规律相似,但却低于原煤,预烘干除水对NM煤焦形貌的影响显著.     

流化床煤燃烧过程不同气氛下的气态氮释放特征

利用微型流化床反应装置,结合快速过程质谱仪,在850~940℃操作温度下,研究了三种不同粒度分布烟煤和无烟煤在热解、气化和燃烧反应条件下四种主要气态氮产物HCN、NH₃、NO和NO₂的释放规律。结果表明,微型流化床可以实时检测挥发分氮和焦炭氮的动态释放序和类型,热解、气化和燃烧反应气氛的改变主要影响HCN和NH₃的释放量。热解产物的气态氮主要是来自于挥发分,燃烧反应的HCN和NH₃的释放量与温度有明显关系,而气化反应的各类气态氮释放量随温度变化波动不大。煤颗粒尺寸和温度变化对烟煤和无烟煤中各类气态氮释放量产生影响比较复杂,其中NH₃的释放特性是区分挥发分N释放和半焦N释放的重要特征。     

典型宁东煤热解阶段硫迁移路径的分子动力学模拟

以典型宁东煤为研究对象,采用工业分析、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)分析和¹³C固体核磁共振(¹³C-NMR)等手段研究了煤样的元素组成、原子比、官能团类型及含量等分子结构特征,构建了含硫原子的宁东煤有机化学结构。通过反应力场分子动力学(ReaxFF MD)模拟,考察了热解温度和升温速率对典型宁东煤热解产物的影响,结果表明:热解温度低于1500 K时,热解产物中气体组分较少,重质焦油较多;随着热解温度升高(1500 K~2500 K),大分子化合物和活性自由基均会发生二次反应产生小分子碎片,气体产物快速增加;增大升温速率会减少C1~C4有机气体的生成,促进重质焦油的产生;16 K/ps和2500 K分别是合适的模拟升温速率和热解温度。污染性元素S的迁移路径分析结果表明:宁东煤热解过程中S原子容易迁移到相对分子质量小的有机碎片中,最终将以硫氢根的形式与H自由基结合生成H₂S参与后续燃烧反应。     

低温热解强化煤粉磁选脱硫效果的实验研究

采用自制热解装置对北宿煤进行热解,此装置与传统热解装置相比具有处理量大和操作简便等优势,能够与磁选实验相结合,热解温度400 ℃～700 ℃,氮气流量0.1 L/min,保温时间为30 min,主要研究热解温度对煤粉磁选脱硫效果的影响.结果表明:适当提高热解温度对磁选脱硫是十分有利的,且500 ℃时效果最佳,热解后半焦与原煤相比磁选脱硫率提高近40%;利用XRD分别对原煤、500 ℃半焦及半焦磁选后的精煤进行分析,发现半焦中有强磁性矿物磁黄铁矿(Fe1-xS)生成,精煤中已无黄铁矿,说明热解-磁选脱硫技术能够有效脱除煤中无机硫.依据GB/T215-2003分析试样中硫的形态,发现煤中有机硫含量高且以噻吩硫形式存在,给实现北宿煤低温预处理磁选高效脱硫造成了困难.     

反应气氛对煤热解过程中NH3释放的影响

为了实现煤的洁净转化 ,研究煤热解过程中 N转移的机理 ,实验在固定床反应器上采用程序升温法对碳含量不同的三种煤样进行了氩、甲烷、1 5 %水蒸气 /氩和 1 5 %水蒸气 /甲烷气氛下的煤加氢热解研究 ,主要对热解过程中产生的 NOx 主要前驱物 NH3 的释放规律及其影响因素进行了考察 .实验表明 ,由于水蒸气、甲烷提供了活性含 H集团 ,促进了热解过程中 NH3 的生成 ;另外 ,甲烷和水蒸气之间的协同作用 ,可以提供更多的活性含 H集团 .煤特性、反应温度和反应时间是影响 NH3 生成和半焦产率的主要因素 .     

含钠煤热解过程中NH_3的形成和释放

以3种煤及其相应的不同含量的加钠煤作为研究对象,考察了外加金属钠在热解过程中影响NH3生成与释放的主要因素。结果表明：外加钠在热解过程中对NH3释放的作用较大程度上取决于煤的变质程度,变质程度越低的煤影响越明显。在不同温度范围内,Na的负载量不同,对NH3的释放所起的作用也不相同。在600～800℃温度范围内,2%的钠负载量对小龙潭和神东煤NH3的形成起促进作用。当温度达到900℃时,随着添加剂量的增加,钠对NH3的形成表现为抑制趋势。     

神经网络预测煤焦高温气化反应速率研究

神华大柳塔煤和兖州北宿煤都是气流床气化的优良煤种.通过三种算法的比较,采用BP神经网络的L-M算法,分析煤的制焦终温与制焦升温速率、气化反应温度、Vdaf和煤焦H/C原子比等不同因子对煤焦气化反应速率模型预测精度的影响,建立了基于Matlab下神华大柳塔单煤种四因子和神华-兖州双煤种五因子煤焦高温气化反应速率神经网络预测模型,得到比较满意的结果,其相对误差分别是0.167和0.264.     

Effect of rank,temperatures and inherent minerals on nitrogen emissions during coal pyrolysis in a fixed bed reactor

Pyrolysis of 11 coals with carbon contents of 77–93 wt.% (daf) and corresponding demineralized samples has been studied in a fixed bed quartz reactor with a heating rate of 20 K/min to examine rank, demineralization, temperature and inherent mineral species dependences of nitrogen distribution. Nitrogen mass balances fall within 92.5–104.6%. The results indicate that the chars derived from the coals with higher rank show larger nitrogen retention. Demineralization suppresses volatile nitrogen emission during coal pyrolysis, especially for low rank coals. Coal-N conversion to tar-N reaches the asymptotic values at 600 °C. HCN yields are lower than NH₃ yields during coal pyrolysis. The trends in HCN and NH₃ emissions are very similar and the yields reach the asymptotic value at about 1200 °C. N₂ starts emitting at 600 °C, and as the temperature increases the conversion increases linearly with a corresponding reverse change of char-N. With the catalysts added, N₂ formation is prompted with the sequence of Fe>Ca>K>Ti≫Na≫Si≈Al, meanwhile, char-N decreases correspondingly. Fe, Ca, K, Na, Si and Al increase coal-N conversion to NH₃ with the sequence of Fe>Ca>K≈Na≫Si≈Al in the pyrolysis. Na addition prompts HCN formation; however, the presence of Ti and Ca decrease the HCN yields with small value. The other catalysts have no notable influence on HCN emission in the pyrolysis. Demineralization and Ti addition increase coal-N conversion to tar-N slightly whereas K, Ca, Mg, Na, Si and Al additions decrease tar-N yield weakly, other catalysts hardly influence tar nitrogen emission. N₂ emits mainly from char-N with slight contribution of volatile nitrogen. The mechanism of different N-containing species formation and catalysts influence in the pyrolysis is also discussed in the paper.     

煤种及气氛对煤热解中NH3和HCN释放的影响

在固定床反应器上采用程序升温法对碳含量不同的三种煤样进行了氩气、甲烷、15%水蒸气/氩气和15%水蒸气/甲烷气氛下的煤加氢热解研究,对热解过程中产生的NOx主要前驱物--NH3、HCN的释放规律及其影响因素进行了考察.实验表明,由于水蒸气、甲烷提供了活性含氢基团,所以促进了热解过程中NH3、HCN的生成.另外,甲烷和水蒸气之间的协同作用,也可以提供更多的活性含氢基团.     

Reactivity of heat-treated coals

Lignite and two bituminous coals were pyrolysed at 1023 and 1223 K at different rates and for different heating times, producing different chars. The extent of devolatilization, the evolution of the pore structure and the differences in the ignition characteristics and reactivities of the chars during pyrolysis were examined. The kinetic data on the coals and chars produced by pyrolysis of these coals were obtained under ignition conditions. The apparent reactivity varied by two orders of magnitude among the parent coals and chars at a given temperature, whereas the intrinsic reactivity was found to vary over four orders of magnitude. Low-rank parent coal, high heat-up rates, and moderate pyrolysis time and temperature produced the most reactive chars. The values of hydrogen, volatile matter and ash content or the pore surface area could not provide an explanation for the differences in reactivity.     

神木煤热解形成NOx前驱物的影响因素研究

热解是煤加工的重要基础过程，它是煤燃烧、气化的初始和伴随反应。通过固定床石英反应器研究了不同的热解方式、加热速率、气体流速和粒径对神木煤形成NO，的前驱物HCN和NH3，的影响规律，得出以下结论：终温和加热速率越高，形成的HCN和NH，的量越大；粒径的变化对HCN和NH3的影响规律不同；气体流速对HCN和NH3的形成受加热方式的影响。     

Flash pyrolysis of coals: influence of cations on the devolatilization behaviour of brown coals

The influence of cations on the pyrolysis behaviour of brown coals under flash heating conditions was investigated by means of a small fluidized-bed pyrolyser. A stream of coal particles in nitrogen was injected at rates of 1–3 g coal/h directly into a heated bed of sand fluidized by nitrogen. Yields of tar, C₁–C₃ hydrocarbons and total volatile matter from four Gelliondale brown coals and a Montana lignite were determined as a function of pyrolysis temperature. With all coals the maximum tar yield was obtained at 600 °C. Removal of cations present in the coals markedly increased the yields of tar and total volatile matter, with little effect on the yields of hydrocarbon gases. The converse was also observed in that the addition of Ca²⁺ to a cation-free coal decreased the yields of tar and total volatile matter. The extent of the reduction in tar yield at 600 °C in the presence of cations was found to be similar for all coals. After acid washing, tar yields appear to correlate with the atomic $\text{H}\text{C}$ ratios of the coals in a manner similar to that observed previously with bituminous coals.     

停留时间对低阶煤快速热解产物分布、组成及结构的影响

利用自由落下床反应器,研究了快速热解过程中颗粒停留时间对神木烟煤和内蒙古褐煤热解过程的影响,并进一步延长快速热解新生半焦停留时间考察了半焦的二次热解过程。结果表明,快速热解过程中颗粒停留时间的增加促进了挥发分的析出,神木烟煤热解焦油产率持续增加,内蒙古褐煤热解焦油产率先增加后降低。停留时间对焦油品质有明显影响,随时间的增加,两种煤快速热解轻质油中苯类和苯酚类单环化合物含量均先增加后降低,进一步延长停留时间,多环芳烃化合物含量显著增加。快速热解半焦的二次热解主要促进了气体的生成,焦油产率和组成无明显变化,挥发分的进一步析出促进了半焦微孔的发展,神木烟煤和内蒙古褐煤半焦比表面积均显著增加。这表明,在以高品质焦油为目标产品时,采用较低的反应温度、较适宜的煤粒停留时间的快速热解工艺条件是可取的。     

煤快速热解固相和气相产物生成规律

利用能有效避免二次转化反应的高频炉热解装置对3种不同变质程度的煤进行了600～1200℃条件下的快速热解,考察了在煤热解最初阶段焦产率、焦-C产率、热解气产率、热解气4种主要组分H₂、CO、CH₄和CO₂的比例以及热解气热值随煤阶和热解温度的变化规律。结果表明,焦的产率和焦-C的产率均随煤阶的升高而升高,热解气的产率随煤阶的升高而降低;热解温度的提高能显著降低煤焦和焦-C的产率并提高热解气的产率。热解气组分以H₂相似文献