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。     

低阶煤热解条件对气相产物分布和半焦结构的影响

以内蒙古鄂尔多斯煤为研究对象,在立式固定床反应器中考察不同热解条件对半焦、油和气三种产物的影响,并通过XRD和SEM-EDS对煤和半焦进行微观结构表征。结果表明:焦油和热解气的生成量与热解温度有直接关系,热解气中H_2与CO_2存在着相互竞争的关系;温度越高对成型热解具有越好的黏结作用,程序升温条件下热解气体释放的时间区间较长,大约在60 min,而恒温热解过程中热解气体释放完成时间主要集中在25 min～30 min。通过热解可以降低煤中的挥发分,控制民用煤加煤阶段的大量污染物释放,解决民用煤的污染问题。可以根据煤质和半焦产品的用途调整热解过程,半焦民用可以采用较低热解温度,若需提高焦油和气的收率可适当提高温度,民用热解型煤可以采用中低温热解得到。     

甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对热解产物的影响

为考察甲烷催化活化与低阶煤热解耦合对煤热解产物的影响,以榆林锦界煤为研究对象,以管式炉为反应器,以HZSM-5为载体,分别制备了Mo/HZSM-5,Ni/HZSM-5,Co/HZSM-5,Zn/HZSM-5和Fe/HZSM-5催化剂,考察了催化剂种类、热解温度(600℃,650℃,700℃,750℃,800℃)和催化剂负载量(1%,2%,3%,4%,质量分数)对热解产物分布的影响。结果表明:在热解温度为650℃,采用Mo负载量为2%的Mo/HZSM-5催化剂的条件下焦油产率最高,在此最优工艺条件下焦油产率为13.26%,较煤单独热解的焦油产率提高了31.5%。     

热分解气氛对流化床煤热解制油的影响

在循环流化床锅炉上耦合流化床热解反应器既可提供电力又副产热解油,明显提高煤的利用价值。在这个过程中,热解反应器通常利用自身产生的热解气作为流化介质。本文考察了模拟热解气反应气氛对流化床煤热解拔头制取热解油产率的影响,并利用TG-FTIR分析了焦油官能团组成及随TG温度的变化。针对锅炉用烟煤的实验结果表明：采用热解气作为反应气氛时焦油产率最大,相对无水无灰基煤达13%。反应气氛中H₂和CO₂的存在不利于焦油生成,但CO 和CH₄的加入提高了焦油产率;H₂的加入有利于焦油中酚羟基、羧基类化合物生成,同时也促进了脂肪族化合物的裂解;CH₄的存在可以提高焦油中单环芳烃、脂肪族及酚羟基类化合物的含量。     

热解温度对低阶煤热解性能影响研究

为获得高品质高产率热解油气,以榆林长焰煤为研究对象,采用1 kg/h外热式回转炉,研究不同热解温度下榆林长焰煤的产品产率、半焦强度及煤焦油品质。结果表明:随着热解温度的升高,榆林煤裂解程度加深,有机质剧烈分解,气体、液体产物不断析出,半焦产率下降,煤气产率增加;热解水量受温度影响不大,仅随温度升高略有增加。随热解温度升高,榆林煤热解半焦结构强度和半焦微孔均增大,温度越高,气孔结构越发达。煤焦油中脂肪族和芳香族含量与热解温度成正比,极性物含量与热解温度成反比。长焰煤适宜热解温度为600℃,此时煤焦油产率达到极大值8.66%,为格金焦油产率的79.5%;半焦结构强度在78%以上,煤焦油中脂肪族和芳香族含量在50%以上,极性物含量32.9%,族组成较为理想。     

热解温度对低阶煤热解水中挥发酚的影响

中国低价煤储量丰富,而且自身挥发分较高,将其热解转化是一条科学的利用途径。选取5种典型低阶煤,在1 kg外热式固定床热解装置上进行热解试验,测定了热解水中挥发酚含量,并初步探讨了影响水中挥发酚含量的因素。结果表明:热解温度550~750℃,低阶煤热解水中挥发酚质量浓度为(1~9)×103mg/L,1 kg煤样热解进入水中的挥发酚总量约为(1.0~2.0)×103mg;氧含量和单位干燥无灰基煤样热解水中挥发酚总量并没有明显的相关性;随着热解温度的升高水中挥发酚质量浓度和总量基本呈上升趋势。     

气氛及甲烷催化活化对流化床煤热解的影响

为了提高煤热解焦油的产率和品质,在小型流化床实验台上分别考察了N_2,N_2+H_2,CH_4+N_2,CH_4+H_2等气氛及前置Ni/Al_2O_3催化剂对流化床煤热解的影响,结果表明:H_2气氛会减少半焦产率,增加焦油产率;CH_4气氛在800℃时反而会增加半焦产率,同时高温下CH_4的分解对焦油产率的增加有促进作用,相比于N_2气氛,焦油产率提高了35.8%;CH_4+H_2气氛下半焦焦油产率的总体趋势同H_2气氛下相同.还原性气氛有利于焦油的轻质化:H_2,CH_4+N_2,CH_4+H_2气氛下800℃时,轻质焦油的占比分别较N_2气氛提高了29.1%,15.2%,24%.在CH_4+N_2和CH_4+H_2气氛下,采用前置Ni/Al_2O_3催化剂后,焦油产率都得到不同程度的提升.CH_4+N_2气氛下600℃时,催化剂可以使焦油产率较无催化剂时提高40%;CH_4+H_2气氛下800℃时,催化剂对CH_4的催化效果更好,热解气中CH_4含量明显减少,而焦油产率较无催化剂时提高了37%.Ni/Al_2O_3催化剂可以进一步提高焦油的品质,并且有利于焦油中芳香烃的生成.     

基于Py-GC/MS热解温度对准东煤快速热解焦油产物分布的影响

利用热解-气相色谱/质谱(Py-GC/MS),研究了热解温度对准东煤快速热解的影响,利用分步活化能模型拟合了在高升温速率下Py的失重数据,分析了焦油中的成分随温度的变化规律。结果表明,热解温度持续升高,烯烃含量先缓慢增加再减少,烷烃的含量不断减少,芳香烃含量不断增加。脂肪烃和芳香烃两类产物呈现协调竞争关系,中低温热解有利于不稳定桥的断裂产生烷烃和烯烃;高温热解促进不稳定桥的自发缩聚,使芳香烃迅速增加。苯、甲苯、乙基苯和二甲苯的含量在400～600℃快速上升,600℃以后含量缓慢增加。焦油的高位热值在900℃下达到最高,为308.84 kJ/kg。     

基于Py-GC/MS热解温度对准东煤快速热解焦油产物分布的影响

利用热解-气相色谱/质谱(Py-GC/MS),研究了热解温度对准东煤快速热解的影响,利用分步活化能模型拟合了在高升温速率下Py的失重数据,分析了焦油中的成分随温度的变化规律.结果表明,热解温度持续升高,烯烃含量先缓慢增加再减少,烷烃的含量不断减少,芳香烃含量不断增加.脂肪烃和芳香烃两类产物呈现协调竞争关系,中低温热解有...     

热解温度和反应气氛对输送床煤快速热解的影响

在连续进料量为1.2 kg·h~(-1)的输送床反应器中考察了热解温度和反应气氛对不连沟次烟煤快速热解的影响。N_2气氛下,随着煤热解温度升高,焦油产率先增加后减小,600℃时达到最大值10.3%;对应的半焦产率下降,气体产率以及气油比增加。高温促进了煤挥发分的释放以及挥发分在气相中的二次反应,部分产物从固相和液相产品转化为气相产品,氢气、甲烷和乙烯等气体组分的产率明显增加。700℃下,H_2气氛能够抑制挥发分二次反应的发生,起到稳定自由基和加氢的作用,显著提高焦油产率和油品品质,同时有利于甲烷的生成。CO气氛在一定程度上同时提高了轻质和重质焦油产率。CO_2和水蒸气能够促进焦油的二次反应,特别是重质焦油的裂解,具有一定的提质作用,但会导致焦油产率下降。CH_4气氛促进了重质焦油组分的生成,使得热解焦油产率提高。     

热解温度和反应气氛对输送床煤快速热解的影响

在连续进料量为1.2 kg·h^-1的输送床反应器中考察了热解温度和反应气氛对不连沟次烟煤快速热解的影响。N₂气氛下,随着煤热解温度升高,焦油产率先增加后减小,600℃时达到最大值10.3%;对应的半焦产率下降,气体产率以及气油比增加。高温促进了煤挥发分的释放以及挥发分在气相中的二次反应,部分产物从固相和液相产品转化为气相产品,氢气、甲烷和乙烯等气体组分的产率明显增加。700℃下,H₂气氛能够抑制挥发分二次反应的发生,起到稳定自由基和加氢的作用,显著提高焦油产率和油品品质,同时有利于甲烷的生成。CO气氛在一定程度上同时提高了轻质和重质焦油产率。CO₂和水蒸气能够促进焦油的二次反应,特别是重质焦油的裂解,具有一定的提质作用,但会导致焦油产率下降。CH₄气氛促进了重质焦油组分的生成,使得热解焦油产率提高。     

复合流化床低阶煤热解制备兰炭的工艺条件

以不同粒径范围的新疆准东煤为原料,在耦合下部流化床和上部输送床的复合流化床中热解制备兰炭,考察了热解温度、过量氧气系数、气化温度、煤颗粒停留时间等对热解产物分布和热解半焦性质的影响. 结果表明,随过量氧气系数、气化温度和颗粒平均停留时间增加,气体产率升高,半焦和焦油产率降低;半焦的比表面积随气化温度升高而增大,而随过量氧气系数增大先增大后减小. 当煤从下部流化床进料时,在过量氧气系数0.11、流化床气化温度850℃、输送床热解温度750℃、流化床内煤颗粒停留时间90 s的操作条件下,可制备出固定碳含量超过83%(w)、挥发分含量低于9%(w)的兰炭.     

温度对木聚糖快速热解产物的影响

以半纤维素的主要成分木聚糖为原料,利用Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱)联用仪进行了快速热解及产物在线检测分析实验,考察了温度对木聚糖热解产物的影响。实验结果表明,木聚糖快速热解生成的可挥发性热解产物随温度的升高逐渐增加,并在700℃下达到最大,此后随温度升高开始降低。乙酸、羟基丁酮主要在低温热解时形成;而丙酮、环戊酮类产物在高温下收率较高;羟基乙醛、羟基丙酮和糠醛等产物则不随温度发生明显的变化。在此基础上,根据主要产物的形成规律,探讨了木聚糖主要热解产物可能的形成机理。     

水分对神东煤热解产物分布的影响

为考察原料煤中水分对神东煤热解产物分布的影响,通过格金试验和固体热载体小试试验研究了神东煤中水分对热解特性的影响,得到神东煤在不同水分下热解产物的分布规律。格金试验表明,水分对神东煤热解产物中焦油和热解气收率有显著影响。随着水分降低,神东煤热解产物中焦油收率从9.98%降至4.92%,热解气收率从8.47%上升至11.07%,热解水收率从2.74%上升到5.94%。小试试验结果与格金试验趋势基本相同。随着原料煤中水分的降低,焦油收率下降,热解气收率上升;未经干燥的原煤在不同温度下热解的焦油收率比干燥后煤样平均高2.17%,热解气收率平均低1.58%。热解温度对H2和CO比例影响较大,对其他气体比例影响较小。研究结果表明,水分对神东煤的热解过程及其热解产物分布有显著影响,热解原料煤中水分的增加有利于抑制神东煤热解水和热解气的生成,提高焦油收率,因此有望通过控制原料煤中的水分来调节热解产物的分布。     

温度梯度与产物流动对先锋褐煤热解产物分布的影响

通过两段固定床反应器分离了煤热解和二次反应过程,模拟了传统外热式固定床反应器和外热式内构件固定床反应器内挥发性热解产物流动与固相反应颗粒间的相互作用,研究了不同温度的半焦对先锋褐煤热解产物分布和品质的影响。结果表明:当半焦的温度在500~900℃时,焦油发生剧烈的二次反应,热解气收率增加,焦油收率大幅下降,H/C同时大量降低且均低于空白样,油品质下降;在100~400℃半焦作用下,焦油发生轻微的二次反应,热解气收率略微增加,焦油收率缓慢下降,但H/C均高于空白样,油品质提升。该结果验证内构件外热式固定床反应器热解产生的焦油具有更高的收率及品质。     

温度梯度与产物流动对先锋褐煤热解产物分布的影响

通过两段固定床反应器分离了煤热解和二次反应过程,模拟了传统外热式固定床反应器和外热式内构件固定床反应器内挥发性热解产物流动与固相反应颗粒间的相互作用,研究了不同温度的半焦对先锋褐煤热解产物分布和品质的影响。结果表明：当半焦的温度在500～900℃时,焦油发生剧烈的二次反应,热解气收率增加,焦油收率大幅下降,H/C同时大量降低且均低于空白样,油品质下降;在100～400℃半焦作用下,焦油发生轻微的二次反应,热解气收率略微增加,焦油收率缓慢下降,但H/C均高于空白样,油品质提升。该结果验证内构件外热式固定床反应器热解产生的焦油具有更高的收率及品质。     

麦秆快速热解产物分布及焦油成分分析

目前将流化床反应器用于小麦秸秆中低温热解研究的报道较少。为此,自主搭建了进料量为5 kg/h的流化床反应器,并在400—550℃温度区间内,以氮气为载气,在反应压力(0.2±0.02)MPa(G)、气相表观停留时间(2±0.1)s的工况下,考察了反应温度对小麦秸秆快速热解产物分布的影响。结果表明,热解所得液体收率在450℃左右出现极大值49.22%,且在该热解温度所得液体产物中的含水质量分数达到极小值31.27%。随着反应温度的增加,半焦收率单调递减,热解气的收率单调递增,而焦油的收率先增加后减小且在450℃左右出现极大值33.83%。另外,采用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对500℃条件下所得快速热解焦油进行了分析,该焦油脱水后的主要化合物组成为:酚类34.94%,酮类30.01%,烃类5.56%,其他29.49%。可见,麦秆快速热解焦油具有水含量高、成分庞杂、氧含量高的特征。     

低阶煤与玉米芯低温共热解的产物特性分析

采用低温干馏装置对不同玉米芯加入量的褐煤/玉米芯混合物进行低温共热解实验。结果表明：当玉米芯加入量为30%时,焦油产率最大为11.70%,比褐煤单独热解提高了53.75%。随着玉米芯的加入量增加,热解气中CO、CH₄和H₂含量逐渐增大。对热解焦油进行GC-MS检测,发现添加30%玉米芯后脂肪族质量分数从褐煤单独热解的24%提高到了30.67%,酚类质量分数从6.29%提高到了18.49%,杂原子质量分数从29.75%降低到了13.33%,一定程度上实现了焦油的轻质化和高品质化。对热解半焦进行SEM、比表面积分析和热值测定,发现共热解半焦表面变粗糙,孔隙结构得到改善,热值明显高于褐煤单独热解半焦热值。     

反应气氛对西部煤热解过程中气相产物生成的影响

利用固定床热解装置对宁夏灵武、新疆哈密、神东3种西部弱还原性煤及其对比煤样平朔煤进行研究,考察了以N_2、N_2(80%)+CO_2(20%)以及N_2(98%)+O_2(2%)为热解气氛时,热解气相产物的生成规律。结果表明,CO_2和O_2存在时参与反应,从而使CO_2气氛下H2的累积产率下降,CO和CH_4的累积产率升高;O_2气氛下H_2、CO和CH_4的累积产率均升高。气氛对不同煤样的影响幅度是不同的,对西部弱还原性煤样影响更大。