煤热解动力学模型的建立

通过对煤热解反应动力学分析,基于分布活化能模型DAEM,建立了集总反应动力学模型表示煤炭热解过程。确定了可以预测热解产物组成、分布与热解终温和升温速率关系的动力学方程。结果表明：随热解温度升高,各种挥发分产物析出率越来越接近最大产率;半焦C含量增加,但产率下降,H,O,N和S等元素降低。升温有利于提高半焦脱硫率、脱氮率。温度为600℃左右时,除H2外的大部分挥发分基本析出,半焦元素变化幅度减小。热解终温较低且一定时,较慢的升温速率有利于各热解挥发分最大限度析出。秦丽娜     

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。     

用热失重仪研究煤快速热解

通过对原热失重仪气路进行改造 ,利用等温热重实验法研究快速加热条件下煤的热解 ,研究结果对认识气化炉内煤气化反应过程及设计、运行气化炉有重要意义 .研究表明 :煤从室温进到高温炉后 ,首先发生一个极快速裂解脱挥发分过程 ,它在 8s内可脱除绝大部分挥发物 ,然后是慢速脱挥发分过程 ;热失重仪炉温越高 ,煤挥发分析出量越大 ,有些煤快速热解可析出比其工业分析更多量的挥发分 ;煤越年轻 ,煤粒越细小 ,煤量越少 ,其挥发分析出量越大 ;煤粒快速热解焦渣电镜照片显示 ,焦渣颗粒黏结在一起 ,大颗粒表面有很深裂纹生成 ;煤挥发分的脱除速度是慢速热解 (升温速率 <40℃ /min)与快速热解的最大差异 .     

酸性糠醛残渣热解实验及热解炭性能研究

为解决糠醛渣的堆放及资源的合理利用,以糠醛渣为研究对象,分别在同步热分析仪及管式炉上进行热解实验研究,主要考察热解终温、升温速率、碳酸钠含量对糠醛渣热解产物分布及热解炭性能的影响。同步热分析仪分别以10—40℃/min的升温速率升高到850℃(10℃/min添加碳酸钠);管式炉上以10℃/min的升温速率到达热解终温300—600℃。结果表明:热重分析确定热解失重过程为干燥段、挥发分逸出段、热解炭化段3个阶段,确定主要热解温度区间为300—600℃。添加碳酸钠后抑制水分的析出,失重变化率峰值变大,表明碱金属钠盐促进纤维素的分解。随着热解温度的升高热解碳的p H值逐渐增大,热解温度为400℃时达到最高的亚甲基蓝脱色率44.4%。热解炭可进一步用于活性炭染料吸附。     

松木屑加压CaO催化热解动力学研究

研究了不同压力、升温速率以及添加CaO催化剂对松木屑热解过程的影响并进行了动力学分析。研究结果表明：1）增加系统的反应压力会降低热解过程的最终失重率,最终的剩余物质增加,并且提高反应压力,不利于挥发分析出。但是通过动力学分析发现,一定范围内增加压力能够降低热解过程中的活化能,从而有利于热解反应的发生,但是压力超过0.7 MPa以后,活化能开始增加。2）增加升温速率,挥发分释放的越强烈,有利于热解反应的进行,但挥发分大量析出的温度范围并没有很明显的浮动。通过动力学分析发现,随着升温速率增加,反应的活化能出现减少趋势,这说明随着升温速率增加,松木屑热解反应更加激烈。3）在松木屑热解反应中添加CaO对反应过程有较大的影响。随着CaO催化剂添加量增加,松木屑最终失重率逐渐减少,从72.81 %减少到59.61 %,降幅达到18.13 %。DTG曲线显示失重峰增加到4个,另外两个为Ca（OH）₂和CaCO₃分解所引起的失重峰。随着CaO添加量的增加,第1个失重峰的峰值和第2个失重峰的峰值逐渐减小,最大峰值对应的温度点变化不明显;第3、第4个失重峰的峰值逐渐增加,最大峰值对应的温度出现明显增加趋势。     

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。     

TGA在精制沥青研究中的应用

通过改变试样量和升温速率,利用热解重量分析仪研究精制沥青的热解过程,为沥青的聚合和炭化过程的控制提供依据。研究发现,适当增加试样量,可以提高热分析的准确性;精制沥青进行聚合的温度要介于主要热解温度和次要热解温度之间;同时,为了有利于聚合反应的进行并提高收率,应当适当降低反应的升温速率。     

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。     

压力条件对龙口油页岩热解特性的影响

采用法国Setaram公司Themys HP型高压热重仪对我国龙口油页岩进行不同压力条件下的热解实验,利用产物释放特性指数,并通过分布活化能模型DAEM对不同压力条件下的热解反应进行动力学分析。研究表明龙口油页岩的热解主要包括页岩的脱水阶段、有机质热解阶段以及碳酸盐及黏土矿物的分解阶段;压力的升高对于龙口油页岩的热解过程有明显的影响,改变热解产物的析出速率,产物释放特性指数能很好地表征龙口油页岩在压力改变的条件下热解过程中产物的析出特性,热解压力小范围的升高(5bar)有利于挥发分的析出,过高的压力不利于挥发分的快速析出。动力学分析表明,热解低温阶段反应所需活化能在压力升高的条件下呈现出先增大后减小的趋势,但明显高于高温段热解活化能。适当提高压力有利于热解反应的进行。     

挥发分-半焦交互反应对生物质热解半焦特性的影响

挥发分-半焦交互作用是生物质热化学利用过程普遍存在的现象。为了解析交互反应对生物质热解半焦特性的影响,利用一阶固定床/流化床反应器及快速热裂解仪进行实验。针对挥发分-半焦交互反应,对碱金属和碱土金属（AAEM）元素的析出特性展开了研究,同时分析了交互反应对生物质热解半焦反应活性的影响。结果表明在700~900℃范围内,交互反应的存在使得热解成焦率较无交互反应下有所提高。热解过程中交互反应导致了单价K元素析出量增加,对二价Ca/Mg元素的析出影响较小。挥发分-半焦交互反应的存在使得半焦反应活性对温度的敏感度降低,随温度的升高其反应速率的下降幅度变缓。     

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.     

Comparison of flame propagation properties of petroleum coke and coals of different rank

Ignition and flame propagation characteristics of 18 kinds of coal and a petroleum coke were investigated through a laser ignition experiment. Flame stability was strongly influenced by amount of volatile matter and pyrolysis rate. Lean limit of flame propagation was strongly influenced by amount of volatile matter. Flame propagation was observed when pyrolized volatile matter was mixed with surrounding air or oxygen, until the concentration of pyrolized volatile matter reached a constant value. Flame propagation velocity was strongly influenced by pyrolysis rate. As the pyrolysis rate increased, the flame propagation velocity increased. The flame propagation velocity of petroleum coke was higher than that of coal with the same volatile content. The flame propagation of petroleum coke was superior to what was expected based on the volatile content, primarily because the high pyrolysis rate caused a shorter ignition delay than what would be expected given the volatile content. A database for the lean limit of flame propagation was used to develop a flame stability model to estimate lean flammability of a large-scale burner. The model could predict the effect of the coal rank, the particle diameter distribution for lean flammability limit. The estimated lean flammability limit of petroleum coke (volatile content 11.5%) was equal to that of lv bituminous coal with volatile content of about 15%.     

Mathematical models of the thermal decomposition of coal: 1. The evolution of volatile matter

To assist studies of the coking process, a series of mathematical models of coal carbonization has been developed. Models of the physical properties (e.g. specific heat, density, porosity and thermal conductivity) of coal during decomposition to coke were constructed in terms of the changes in the chemical composition and srructure. These models of physical properties were then used to develop further models of heat and mass transfer in a coke oven charge, although the models may find more general application in studies of coal-based processes. This Paper describes the model of the chemical changes during thermal decomposition. To have sufficient generality for the applications envisaged, the model describes the kinetics of the release of the main volatile matter constituents, thereby permitting the changes in the mass and composition of the solid residue to be estimated by element balances. Correlations for the parameters of the model are derived so that predictions of volatiles evolution can be made from the coal ultimate analysis and volatile matter and the heating profile.     

热回收焦炉的炼焦特点及加热调节

针对热回收焦炉的炼焦过程和加热的特点，为稳定焦炉生产，除合理控制配煤挥发分外，需加强炉温压力的检测与调节。     

典型无烟煤热解成分的定量分析研究

采用TG-FTIR联用对3种无烟煤的热解产物中的CH4、CO、CO2、NH3进行定量分析研究.结果表明,随着挥发分含量的减少,CH4开始析出温度和析出峰值温度逐渐升高;各煤样的CO析出峰值温度接近一致;CO2的开始析出温度均在195℃左右,CO2的析出总量随煤样的挥发分的升高而增加;NH3的温度析出规律相似,但煤样的N...     

降低7.63m焦炉炉顶空间温度的探讨

介绍了兖矿7.63m焦炉概况,从焦炉结构、焦炉设备、焦炉加热煤气、焦炉操作及入炉煤挥发分等影响因素方面分析了兖矿7.63m焦炉炉顶空间温度高的原因,总结了降低炉顶空间温度的各项措施:提高推焦均匀性、加强四大车及炉门维护、加强装煤和上升管清理、降低入炉煤挥发分及加强热工调节等,并对降低7.63m焦炉炉顶空间温度提出了几点建议。     

Fixed-bed pyrolysis of coal under hydrogen pressure at low heating rates

Fixed-bed hydropyrolysis has been investigated by treating 100 g coal up to 900°C and 10 MPa. The devolatilization rate of Beringen coal (32.8 wt% volatile matter) treated on a fixed bed approximates to that obtained by flash hydropyrolysis. However, the oil yield is smaller because of the slower heating of the coal and the rather longer residence time of the primary volatile matter in the reaction space. The product gas is mainly methane. The oil composition depends on the temperature of pyrolysis. The benzene content of the oil rises with temperature. At constant temperature, the influence of hydrogen partial pressure is important between 0–1 MPa. At higher pressure, the yields and compositions vary only slightly with pressure. It has also been shown that from 580°C pyrolysis under hydrogen yields an additional quantity of water, when compared with pyrolysis under inert atmospheres or under atmospheric pressure. This additional water comes from the hydrogenation reactions of the hydroxyl functions of heavy phenols and xylenols. This implies a hydrogen consumption (from 0.2–0.3 wt% of the coal), varying with the pyrolysis temperature.     

炼焦过程中硫元素迁移规律研究

以华北地区的峰峰低硫肥煤和山西中硫焦煤为原料,利用1 kg热解试验装置进行模拟炼焦试验,并对所得焦炭、煤焦油和煤气产品中硫元素形态和质量进行测定,揭示了炼焦煤中硫元素的迁移规律。结果表明:两种炼焦煤挥发分差别不大,硫元素迁移规律基本相同;炼焦过程中,不但原料煤中硫酸盐硫得以保留,还有其它形态硫经过复杂的热解化合反应生成新的硫酸盐硫;无机硫中的黄铁矿硫和有机硫中的脂肪硫、硫醚、硫醇等在炼焦过程中以H2S形式转移到煤气中,转移效率一般低于50%;原料煤中黄铁矿硫含量越高,H2S的转移率也越高;其他噻吩硫等在炼焦过程中不分解,留在焦炭中。