煤及其显微组分热解特性研究

选取4种不同变质程度的煤类,对原煤及其显微组分进行了热解特性研究,利用最大失重速率评价了原煤及其显微组分富集物的热解反应性,并采用一级反应模型、Doyle积分法求取了样品的动力学参数.动力学分析结果表明,由于样品热解各段的反应历程不同,因此求取的热解动力学参数也不同,4种原煤及其显微组分主要热解段的表观活化能介于35.93 kJ/mol～63.84 kJ/mol.     

热解温度及气氛变化对神府煤热解产物分布的影响

为阐明煤热解过程中,温度及气氛对神府煤热解产物分布的影响规律,采用程序升温法在固定床反应器上对N2,H2,CH4,H2-CO(2∶1) 等不同气氛下神府煤的热解行为进行了研究。结果表明,随着热解温度的升高,焦油产率呈现出先增大后减小的趋势,气体和水产率不断增加、半焦产率不断减少。不同气氛对焦油产率的影响为：H2>CH4>H2-CO>N2,气氛变化对气体和半焦产率影响较小,对水产率影响较大。热解温度对焦油4组分分布影响较小,均为芳香分>饱和分>胶质>沥青质,H2,CH4,H2-CO(2∶1)比N2气氛下生成更多的饱和分。随着热解温度的升高,N2气氛下气体产物中H2含量呈不断增加趋势,CH4含量先增大后减小,CO,CO2和C2~C4烃类气体含量逐渐降低;半焦的芳碳率fa、环缩合度2(R-1)/C和平均缩合环数R呈明显增加趋势,环缩合度较原煤有较大提高。相对于N2气氛,还原性气氛下,半焦的环缩合度和平均缩合环数增加,芳香层片间的距离降低。     

超声处理对显微组分浮选分离及热解影响研究

为了考察捕收剂、起泡剂及超声频率对煤有机显微组分中镜质组富集率影响,在实验室自制反应装置上进行了单因素实验和响应面实验,并通过SEM、FTIR和TG等分析了超声处理前后煤的表面形貌和热解特性。实验结果表明,当在捕收剂用量为0.9g/L,起泡剂用量为0.11g/L,超声频率为100kHz时,获得最大的镜质组富集率,为76.98%|响应面实验预测的最大镜质组富集率为79.27%|超声处理使煤粒表面矿物质得以清洗,热重分析表明,超声处理后浮选精煤镜质组失重率降低,而尾煤惰质组变化不大。显微组分的红外分析表明,镜质组含氧官能团特征峰振动强度大于惰质组,而惰质组的芳香含量较高。     

CH4气氛在煤中低温热解阶段对焦油产率和品质的影响

富氢气体可调控煤热解产物组成,深入认识这一过程中产物的调控机制可有效促进工艺的优化及其产业化。笔者以淖毛湖固定床反应装置在N₂,H₂和CH₄气氛下,不同温度条件进行煤热解实验,通过对比煤热解反应气氛和温度对焦油产率、焦油的馏分分布和焦油的组成的影响,充分认识CH₄气氛对煤中低温热解阶段(400~700℃)焦油产物的影响。结果表明:当煤热解温度高于600℃时,CH₄气氛可提高煤热解的焦油产率。在600℃时,CH₄气氛下焦油产率略高于N2气氛下的焦油产率。在650℃时,CH₄气氛下焦油产率明显高于N2气氛下的焦油产率,低于H2气氛下的焦油产率。模拟蒸馏结果表明煤热解过程中,轻油和萘油的生成集中在450℃以下,洗油和沥青的生成集中在600℃以下,酚油和蒽油的生成分别集中在500和550℃以下。当温度高于600℃时,CH₄气氛有利于蒽油的生成;当温度高于650℃时,CH₄气氛有利于焦油中各个馏分的生成,其中轻油和酚油馏分的提高最为显著,轻油的含量高于H2气氛下轻油的含量,而酚油的含量与H2气氛下酚油的含量基本相同。GC/MS结果表明煤热解过程中,脂肪烃、烯烃、脂类和醇类化合物的生成主要集中在450℃以下,芳烃和酚类化合物的生成主要集中在600℃以下。当温度高于600℃时,CH₄气氛有利于酚类和醇类化合物生成;当温度高于650℃时,CH₄气氛有利于脂肪烃、芳烃、烯烃、酯类和醇类化合物的生成,其中酚类化合物的含量提高最为显著,但稍低于H₂气氛下酚类化合物的含量。当温度高于600℃时,CH₄可以为煤热解自由基提供氢和CHx自由基,参与到煤热解自由基的稳定和初级挥发分的二次反应。     

图像分析法测定煤的显微组分

通过Optimas6．5图像处理与分析软件，对6种单种炼焦煤样的煤岩显微组分图进行分割和统计，确定出最佳的灰度闻值，并用该灰度网值对单种煤各显微组分进行网值分割扣识别，实现了用图像分析法对单种煤煤岩显微组分的测定。与传统数点测定方法相比，图像分析法具有准确性高、重现性好等优点。     

煤热解焦油催化裂解和乙烷水蒸气重整耦合提高焦油品质

本文旨在通过在炭基催化剂上发生的煤焦油原位催化裂解与乙烷水蒸气重整过程耦合以提高轻质焦油产率。以平朔煤(PS)为煤样,利用常压固定床反应器在氮气以及乙烷水蒸气混合气氛下进行焦油提质实验,并使用半焦(Char),活性炭(AC)以及活性炭负载金属钴和镍(Co/AC,Ni/AC)作为提质催化剂,对比考察催化剂种类和反应气氛对提质过程中焦油及气体产物的影响。同时,为了解提质过程所得焦油产物的组成和性质,利用模拟蒸馏,GC-MS等表征手段对焦油进行检测分析。结果表明,活性炭负载Ni催化剂(Ni/AC)可催化乙烷水蒸气重整反应,产生的·CH x,·C 2H x,·H等小分子自由基可与焦油催化裂解产生的自由基结合,避免焦油过度裂解。与未加催化剂得到的平朔煤热解焦油相比,采用Ni/AC使轻质焦油(沸点低于360℃馏分)的质量分数和产率分别提高54.3%和52.4%,同时焦油中BTEXN(苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘)等芳烃组分产率明显提高;乙烷水蒸气混合气氛下(耦合过程)比同条件氮气下的焦油产率和轻质焦油产率分别提高38.1%和35.3%,焦油中C2~C3烷基取代苯和C1~C2烷基取代酚的相对含量有明显提高,说明乙烷和水蒸气被活化并参与了焦油形成过程。煤热解焦油的原位催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气,其提质效果与催化剂的活性组分密切相关,且反应气氛在煤焦油的形成过程中具有重要作用。     

不同气氛下富油煤受热裂隙演化及热解动力学参数变化

富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤,开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验,利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌,在氩气气氛中,对富油煤在0～600℃下热重（TG）、微商热重（DTG）、差示扫描量热（DSC）进行测试,基于激光闪射法监测富油煤热导率变化,并分析了不同升温速率下活化能、频率因子等热解动力学参数的变化规律,探讨富油煤热处理后裂隙演化和热解动力学参数变化。研究结果表明：随着加热温度的升高,富油煤表面裂隙数目明显增多,逐渐贯通,且镜煤裂隙发育程度更高。相比N2气氛,同温度下欠氧气氛中煤样裂隙率更高。质量损失率变化趋势与裂隙率相似,由于欠氧环境中煤样发生氧化反应,导致其增速更快。N2气氛中富油煤质量损失率与裂隙率迅速提升的温度点明显滞后于欠氧气氛。室温至350℃范围内,由于热膨胀影响,富油煤热导率随着温度升高有所增加。根据热重分析,富油煤随温度变化可分为室温至300℃、300～500℃和500～600℃3个阶段,在阶段Ⅰ和Ⅱ分别由于吸附水析出和有机质的分解吸热,频率因子和活化能逐渐增大;在阶段Ⅲ由于无机矿物的分解放热,频率因子和活化能降低。...     

温度和压力对煤热解影响的研究

在不同压力及不同温度下对内蒙烟煤进行热解研究,考察温度和压力对热解产物产率及热解气体组成的影响规律。研究表明:随着热解压力的增加,内蒙烟煤的气体产物和固体产物总量增加,液态产物减少,其焦油产率降低、半焦产率增高,干馏气中H2和CO含量下降、CH4含量上升;随着热解温度的增加,其焦油产率先增加后减少,干馏气中H2含量不断上升,即热解温度升高可使气相产品的产率增大及液相产品产率降低。     

煤在惰性气氛下不同温度硫的逸出试验研究

在惰性气氛下采用管式电炉加热装置对贵州普安煤进行了热解脱硫试验,主要考察了热解温度对煤损失量和含硫量变化的影响。研究发现：随热解温度的升高,煤损失量增加,含硫量下降趋势。     

甲烷及二氧化碳在不同煤阶煤内部的吸附扩散行为

采用容量法确定吸附量的方法,基于Fick第二定律,在吸附平衡压力约为1.4 MPa,温度为35～65 ℃的实验条件下,研究了甲烷（CH4）和二氧化碳（CO 2）在不同煤阶煤内部的吸附扩散行为。研究结果表明：Fick第二定律能够很好地描述CH 4及CO 2在不同煤阶煤内部的扩散行为;CH 4和CO 2有效扩散系数随着吸附温度的升高而增大,同时有效扩散系数和煤阶（利用镜质组最大反射率R o,max表征）之间呈现“U”形关系;相同条件下,同种煤样的CO 2有效扩散系数高于CH 4;CH 4和CO 2在不同煤阶煤内部的扩散主要受微孔内部的表面扩散控制。     

微波场中低变质煤快速热解特性研究

微波加热条件下对2种低变质煤进行热解实验研究。研究了微波功率、微波时间、煤样粒径对煤的热解的影响,结果表明:微波功率800 W及微波时间30 min时,2种煤微波热解热解油的收率分别为15.45%和14.10%,2种煤的煤气中氢气含量均在40%以上。     

神木煤回转炉热解实验研究

采用回转炉热解工艺加工神木煤可得到高产率的焦油、优质的半焦和ＣＯ含量低热值高的煤气，综合加工利用效果好。     

煤添加秸秆在不同气氛下低温热解脱硫试验研究

分别在氧化性和惰性气氛中,在不同的热解温度下,对合山原煤与秸秆粉末共热解,考察样品在不同条件下的挥发分逸出量和脱硫效果。实验数据研究分析发现:氧化性气氛下随着热解温度的升高,添加秸秆的煤样与原煤挥发分的损失量均为持续增加,添加秸秆后热解半焦产物的含硫量较原煤有所升高;惰性气氛下随热解温度的升高,挥发分的损失量持续增加,热解半焦产物的含硫量总趋势是下降的,在200℃时半焦含硫量呈现出最低值。     

气氛和预氧化对褐煤热解焦油产率影响的研究

利用固定床反应器研究热解气氛和预氧化对内蒙古褐煤热解焦油产率的影响,结果表明:同N_2气氛下热解相比,H_2气氛下和甲烷水蒸气重整与煤热解耦合(CP-SRM)过程热解均能提高焦油产率,且CP-SRM过程热解焦油产率最大。在马弗炉内对内蒙古褐煤进行预氧化处理,不同预氧化温度和时间对焦油产率影响不同,结果表明:焦油产率随着预氧化温度的升高而降低,随着预氧化时间的增加而提高。     

天安煤业十矿受岩浆侵入影响煤的显微组分热解特征

在显微组分分离的基础上,通过对天安煤业十矿受岩浆侵入影响煤的显微组分热解特征进行研究表明,与低变质程度煤的显微组分相比,PDS-20-42煤样和PDS-20-49煤样在第二和第三阶段的热解温度上升。PDS-20-42煤样采样点的镜质组热解率最高,惰质组热解率最低;PDS-20-49煤样采样点的惰质组热解率最高,镜质组热解率最低。随着受岩浆接触变质作用影响的程度加深,镜质组和壳质组的生烃能力下降。     

基于格金干馏炉的煤热解焦油生成特性研究

利用格金干馏炉研究了升温速率、煤样粒度、煤料布料方式以及煤料床长度等条件对依兰煤低温热解生成焦油的产率和馏程分布特性的影响。结果表明:煤样升温速率由10.6℃/min提高到60.2℃/min,焦油产率可提高20%,而焦油中的重质组分也增加10%左右;粒径3～5 mm的煤样比其0～0.2 mm的标准分析煤样的焦油产率低20.5%,同时焦油中重质组分有所减少;煤样以柱状填充干馏管比平铺在干馏管中的布料方式获得的焦油产率低,且热解气流出方向上的填充煤料柱越长,焦油产率越低,而焦油中轻质组分含量则越高。     

煤热解特性及热解动力学的研究

采用热天平对不同煤种在同一升温速率下的热解特性进行了试验研究,同时对其热解动力学特性进行了分析。试验结果表明,煤的热解过程主要分为干燥脱气阶段、主要热分解阶段和二次脱气3个阶段。在热重试验的基础上,用Doyle积分法求取动力学参数的处理方法获得了有关煤热解反应的动力学参数。     

煤显微组分分离技术及其应用的研究进展

综述了近年来国内外在煤显微组分分离方面所取得的研究成果。介绍了煤岩分析在炼焦工业、煤液化工业、煤燃烧研究和水煤浆工业中的应用情况；阐明了研究煤显微组分及其分离技术对煤炭科学技术发展的意义。