新疆伊宁长焰煤催化热解行为的热重研究

通过热重分析技术研究了CaO和K2CO3在不同添加量下对新疆伊宁长焰煤催化热解行为的影响。实验结果表明,当CaO的添加量为3%时,煤的热解转化率最大,达到38.22%,比原煤相对提高了10.08%,CaO对煤热解反应的促进作用是由于有极性的裂解活化位分布在CaO的内外表面,可以降低活化能,促进裂解反应;当K2CO3添加量为10%时,热解转化率为41.32%,比原煤相对提高了18.63%,K2CO3对煤热解反应的促进作用,主要是由于K2CO3与煤表面的含氧官能团生成活性中间体的原因。     

磁性Mo/HZSM-5@SiO2@Fe3O4催化剂可控制备及煤催化热解

低阶煤炭资源量丰富,催化热解是实现其清洁高效利用的重要途径。目前,低变质煤催化热解技术存在焦油产率低,重质组分高,催化剂回收难等发展瓶颈。为此,设计制备了磁性核壳型载体HZSM-5@SiO_2@Fe_3O_4(简写为HSF)和煤热解磁性Mo/HSF催化剂。研究了SiO_2隔热包覆层的层数,热处理温度和时间,以及包覆HZSM-5载体层对HSF磁性的影响。以补连塔煤为研究样品,探讨了磁性Mo/HSF催化剂的煤热解催化活性及磁选回收特性。研究结果表明,在常温条件下,随着SiO_2包覆层数不断增加,SiO_2@Fe_3O_4饱和磁化强度和磁选回收率均呈现不同程度的降低,当SiO_2包覆层数为2层时,饱和磁化强度和磁选回收率下降程度最小,但提高热处理温度或延长热处理时间,包覆HZSM-5载体层均使其磁选回收率降低。以2层SiO_2包覆的SiO_2@Fe_3O_4为磁核制备的5%Mo/HSF磁性催化剂催化性能最好。在5%Mo/HSF作用下,补连塔煤热解的焦油产率达到10.8%,焦油中苯类质量分数增加了2.31%,酚类几乎不变,脂肪烃质量分数增加了8.44%,稠环芳烃质量分数减少9.64%。活性组分Mo的引入不仅可以提高焦油的品质,而且也提高了煤气中甲烷和CO比例,煤气中甲烷体积分数达50%以上。Mo/HSF催化剂初次磁选回收率可达到90.3%。随着该催化剂磁选回收次数增加,催化剂活性和磁选回收率明显下降,主要是因为催化剂表面积炭和磁核被还原,磁性减弱所致。     

煤热解影响因素与油品提质研究进展

为全面了解煤的热解过程,探讨了煤化程度、热解温度、升温速率、停留时间、热解气氛以及热解压力等不同热解条件变化对煤热解行为、产物分布和产品性质的影响,提出了通过对热解过程中不同影响因素的调控与优化,从而实现煤的定向热解转化得到所需要的热解目标产物的方法。针对煤热解产物油品的提质,提出了催化热解和共热解2个研究思路,介绍了不同类型催化剂以及与不同物质的共热解对油品提质的影响。实践证明,通过在煤热解过程中添加一定量的催化剂(催化热解)或富氢物质(共热解)能够有效地使热解油中的重质组分转化为轻质组分。     

依兰煤田依兰煤矿达连河组煤质特征研究

依据工业分析、硫含量和煤灰成分测试结果,对依兰煤矿达连河组煤的煤质特征进行了研究,结果表明研究区达连河组煤以特低水分含量、中灰分产率、高-特高挥发分产率和低硫含量为特征;煤灰成分主要以SiO_2和Al_2O_3为主。SiO_2/Al_2O_3比值指示Si和Al可能主要赋存于高岭石中,部分Si来自于石英;硫含量、灰成分指数Fe_2O_3+MgO+CaO、Al_2O_3+SiO_2-MgO+CaO-Fe_2O_3+SO_3指示煤形成于淡水环境,主要受控于陆源碎屑的控制,此外(Fe_2O_3+CaO+MgO)/(SiO_2+Al_2O_3)比值指示沼泽具弱还原环境;研究区煤中源岩主要为酸性岩组分。     

Co改性Fe_2O_3/AC催化剂低温SCR脱硝性能

以活性炭(AC)为载体,铁、钴为活性组分,采用等体积浸渍法制备Fe_2O_3/AC催化剂和Co-Fe_2O_3/AC催化剂。探讨了铁含量和钴对催化剂低温脱硝性能的影响。结果表明,当铁负载量为10%时能够取得比其它负载量较佳的NO转化效率;由于铁的存在,钴添加后能够均匀分散在催化剂表面,提供了更多的催化活性位,从而改善了Fe_2O_3/AC催化剂的低温选择性催化还原(SCR)脱硝活性。当Co/Fe质量比为0.7时,催化剂表现出较佳的脱硝效果。     

硅藻土负载纳米Fe_2O_3复合材料的光催化性能研究

本研究选择提纯后的硅藻土充当Fenton催化剂基础载体,采用水解沉淀法将纳米Fe_2O_3颗粒负载在硅藻壳体表面制备得到一种新型的非均相Fenton复合材料,以罗丹明B作为染料废水检验催化剂的催化性能,研究结果表明,在光照条件下加入硅藻土负载Fe_2O_3催化剂和H_2O_2,反应120 min后,罗丹明B的脱色率可达到98.33%。     

COREX炼铁工艺用煤的热解特性及气体生成规律

采用热重质谱联用分析技术研究COREX炼铁工艺用煤的热解特性及热解气体产物的生成规律,并且结合COREX熔融气化炉炉内条件考察煤种、升温速率、CO气氛等因素对煤热解行为的影响。研究结果表明：兴隆庄煤和大同煤具有相似的热解特性及气体释放规律,其中煤阶较低的兴隆庄煤热解的质量变化速率大于大同煤。升温速率越大,煤热解的质量变化速率越大,然而对煤热解的最终质量分数影响不大;气体组分的释放速率随升温速率的增大而增大,并且最大释放速率所对应的温度向低温偏移;CO气氛使煤的热解最大质量变化速率降低,同时使二次裂解反应滞后。     

K-/Ca-/Fe-化合物对煤焦催化气化作用特性

为考察不同催化剂（K-/Ca-/Fe-化合物）的催化特性,在STA 449F3同步热分析仪上开展了小龙潭（XLT）褐煤、府谷（FG）烟煤和高平（GP）无烟煤等3种不同煤阶煤焦催化气化实验研究。研究发现,与原煤焦的气化过程相比,添加不同种类的催化剂后,3种煤焦的初始气化温度有不同程度的降低,最大可达200 ℃左右;其中催化剂的活性排序为：K2CO3>Na2CO3> KCl>Fe(NO3)3>CaO。碱金属类催化剂良好的催化作用源于其受热条件下流动性好,从而能很好地分布于C基质表面,而Fe-,Ca-催化剂由于其具有更高的熔融温度,流动性较差,更多的还是体现在煤孔隙结构变化对气化反应速率的影响。     

CO_2/H_2O气化反应作用下煤恒温富氧燃烧特性

利用自制恒温热分析系统研究了不同气氛中(O_2/N2,O_2/CO_2和O_2/H2O_/CO_2)煤粉在温度(800~1 200℃)和氧气体积分数(2%~21%)范围内的燃烧行为,主要关注CO_2/H2O_气化反应作用下的燃烧特性。结果表明:在800℃时,大同烟煤在O_2/N_2中相对O_2/CO_2较快的燃烧速率主要源于N_2和CO_2物性的差异。温度升高到1 000℃进而到1 200℃,CO_2气化反应影响增强,大同煤在O_2/CO_2中整体反应速率逐步接近并超过O_2/N_2中的燃烧速率。但是当氧气体积分数超过10%后,气化反应影响减弱,大同煤在O_2/CO_2中的反应速率又逐渐落后于O_2/N_2中。因为H_2O比热和氧扩散能力介于N_2和CO_2之间,在气化反应作用之前,大同煤在O_2/CO_2/H_2O中的燃烧速率低于O_2/N_2而高于O_2/CO_2。在2%氧气体积分数下,温度的升高强化了CO_2/H_2O协同气化的影响,使得大同煤在O_2/H_2O/CO_2中的整体反应速率始终要高于O_2/CO_2中;但是氧气体积分数增加到10%后,协同气化作用减弱,导致大同煤在3种气氛中的反应过程较为接近。与大同烟煤相比,阳泉无烟煤在气化反应作用下的整体反应速率增幅更加明显,说明气化对高阶煤反应过程改善可能更为显著。     

煤催化热解技术研究进展

基于低温热解以及催化热解方式可以实现低阶煤的高效利用,阐述了用于煤催化热解的催化剂种类及其催化机理;总结了催化热解应用研究过程中催化剂的选择依据;根据催化剂在煤中分散程度和负载方式不同,介绍了目前煤催化热解工艺中ICHP工艺、多段加氢热工艺、流化床热解工艺、逆流式煤催化热解工艺的特点。最后根据煤热解以及催化热解的特点,提出催化热解的研究重点在于煤分级转化技术的过程调控原理和催化剂定向制备原理。     

Mg掺杂改性γ-Fe_2O_3催化剂NH_3-SCR脱硝特性

采用共沉淀-微波热解法制备一系列不同Mg掺杂比的Fe_(1-x)Mg_xO_z(x=0,0.1,0.2,0.3)催化剂,研究Mg掺杂对γ-Fe_2O_3催化剂SCR脱硝活性的影响,并借助XRD,N_2吸附-脱附、SEM和EDS等手段对催化剂进行表征。Mg的最佳掺杂比为0.2,且Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂在325℃时脱硝效率可达99.1%,同时活性温度窗口为250~350℃。Fe_(0.8)Mg_(0.2)O_z催化剂主要活性组分为γ-Fe_2O_3,其中Mg以无定型状态存在,能够与晶格中的Fe相互作用形成良好的固溶体,其较大的比表面积(44.00 m~2/g)、比孔容(0.19 cm~3/g)为反应气体在催化剂表面吸附与活化提供了丰富的表面活性位;合理的孔结构分布、良好的孔间连通性则利于传质的快速进行。Fe_(0.8_Mg_(0.2)O_z催化剂最佳O_2体积分数为3%,推荐NH_3/NO为1;催化剂表面氧化能力的提高及反应物的快速吸附、活化有利于NH3-SCR反应的进行。     

煤灰流动温度的预测数学模型

煤灰组成对煤的熔融性有着及其重要的影响。选取尔林兔、王家塔和大柳塔3种煤两两互配得到30组煤样,研究了煤灰不同成分对其熔融温度的影响,结果表明:Al_2O_3、Fe_2O_3和TiO_2均可提高煤灰的流动温度,而SiO_2、CaO和MgO可降低煤灰流动温度。     

基于化学族组成的煤化学研究体系构建及其应用

针对170多年来按照物理相似性、以显微组分为基础的传统煤化学研究方法普适性差和近70 a来借助现代分析仪器和量子化学计算得到的煤大分子结构模型无法解析煤结构和反应性的关联性的核心科学问题,提出表征可溶化程度的相对抽提率概念,构建了基于环己酮和CS_2-NMP复合溶剂分步抽提煤的普适性可溶化体系,按照化学相似性将煤中有机物分为饱和分、芳香分,胶质、沥青质、碳青质和焦质6个化学族组分,开展不同变质程度煤化学族组分的物理化学结构、组成及其不同热解条件下的热解行为、热解特性、反应机理与动力学研究;提出煤热解反应主体由热离解的自由基主导的新观点,构建了普适性的煤热解自由基调控机理及其强化机制,并按照煤化学族组分的基元反应产生初始自由基、自由基调控和自由基复合3个阶段的反应机理合理有效地解析了煤等离子热解制乙炔过程反应历程与机理以及产物中乙炔选择性高达80%以上的现象、低阶煤快速热解提质实现焦油收率最大化的适宜条件等工业现象,从而形成了基于化学族组成的现代煤化学研究方法,实现了从分子水平识别、表征和描述煤的组成和物理与化学结构参数、煤中各种化学键和有害组分的存在形态,进而利用煤的化学族组成从分子水平研究煤转化过程的反应历程、反应机理和反应动力学,揭示各种煤在反应性方面的相似之处,提高煤转化过程效率、降低污染排放,为煤炭资源的高效清洁转化与利用提供借鉴。     

添加剂对煤粉-污泥混合燃烧特性的影响及动力学

采用热重分析法考察污泥、煤粉以及两者混合样品的燃烧特性,通过着火温度(Ti)、燃尽温度(Tb)以及综合燃烧特性指数(S)的变化,进一步研究添加剂对污泥-煤粉混合燃烧特性的影响,并探讨催化燃烧机理。结果表明:添加污泥能够降低煤粉的Ti,加速煤粉热解燃烧,改善煤粉的燃烧性能;但当污泥掺混比10%时,混合样品的最大失重速率降低,Tb升高,综合燃烧性能S变差。CaO,Na_2CO_3能够促进挥发分析出燃烧,并带动后续固定碳的燃烧,因此混合样品的燃烧速率提高,燃烧时间缩短,综合燃烧性能改善;MnO_2,Fe_2O_3对混合样品的无明显催化作用,且降低了混合样品的最大燃烧速率。同时,动力学分析表明添加CaO,Na_2CO_3能够减小燃烧体系的活化能,而添加MnO_2和Fe_2O_3对混合样品的表观活化能无明显影响。     

煤催化热解研究现状

基于煤中低温催化热解可实现煤分质清洁转化,通过对煤催化热解中催化剂和工艺研究现状进行分析,发现不同催化剂对热解产物分布影响不同,可根据目标产物选择相应种类催化剂,过渡金属、分子筛可改善热解产物分布,提高焦油产率,金属氧化物催化剂可提高热解转化率,增加煤气产率。煤催化热解工艺中,两段热解、多段停留加氢热解、具备催化功能的固体热载体热解均可明显改善热解产物分布。     

铁助剂对长焰煤“热解-燃烧”过程中的减氮脱硝作用

煤燃烧产生大量氮氧化物(NO_x)对生态环境破坏严重,而民用散煤燃烧排放的NO_x是燃煤发电排放的1倍。因此,研究民用散烧NO_x排放控制意义重大。基于此,提出对原煤经干馏制备民用洁净燃料,借助"热解减氮+燃烧脱硝"2步耦合机制,实现洁净燃料直接燃烧过程NO_x的超低排放。具体研究内容:在管式炉中将煤与金属助剂(FeCl_3)先经热解制备洁净燃料,再考察洁净燃料燃烧实验过程NO_x排放情况。系统研究铁负载比、热解温度、燃烧温度等因素对氮在"热解-燃烧"过程的迁移规律,并对铁助剂的作用机理进行探讨。结果表明:铁助剂的负载比为0.5%,热解温度为1 000℃时氮脱除效果最佳,氮脱除率为93.6%。高温热解后的焦炭中铁主要以Fe_2O_3,Fe_3O_4,α-Fe形态存在,这些铁物相能够催化更多的含氮化合物转化为无污染的N_2;同时,温度的升高也有利于洁净燃料燃烧过程NO_x的脱除,在燃烧温度为1 000℃时,助剂负载比为0.5%时,NO_x排放量为116.68 mg/m~3,相比原煤燃烧NO_x排放减少了46.7%。燃烧过程形成的Fe_2O_3对NO_x与CO,C的还原反应有一定的催化作用,可以催化燃烧过程形成的NO转化为N_2。铁助剂的进一步引入,借助"热解减氮-燃烧脱硝"的机制,实现了洁净燃料燃烧NO_x超低排放的效果。     

煤液化溶剂催化预加氢的研究

以脱晶蒽油为煤液化起始溶剂,采用3665,3761,3673和3641商品催化剂以及Fe_2O_3试剂进行溶剂催化预加氢试验。所用的几种催化剂中,3665催化剂加氢活性较高。用液相色谱、红外光谱等仪器分析方法考查了溶剂加氢前后组成的变化。充州北宿矿十六层煤的液化结果表明,随着溶剂氢含量的提高,煤的转化率有所提高,油收率显著增加。     

煤中灰成分对CO还原NO反应影响的动力学研究

循环流化床锅炉内以CO为主的还原性气体,在大量灰的催化下对NO具有显著的还原作用。针对NO-CO反应动力学进行实验研究,重点考察了灰的存在及其成分对该反应速率的影响。实验中选取5个典型煤种制取灰样,通过X射线荧光光谱技术分析灰成分,并利用小型固定床实验测量不同温度、不同反应物浓度下的NO还原比例,进而拟合反应动力学参数。结果表明,灰中各主要成分对NO-CO反应的催化活性排序为Fe_2O_3CaO/MgOAl_2O_3SiO_2,且Fe_2O_3的作用显著偏高,而SiO_2和Al_2O_3可以视作惰性成分。利用最小二乘法计算灰中各主要成分影响权重,引入基于灰成分质量份额加权和的指数γash,以修正Arrhenius形式的NO-CO反应动力学公式。该公式的计算结果较好地预测了人为配制灰催化条件下的NO-CO反应动力学参数。     

地下催化热解对无烟煤焦结构的影响研究

由于地下热解或者气化的原料为几百米甚至千米以下的原始煤层,地面催化法很难直接用于地下催化热解或者气化。文章设计了特殊的地下催化热解法,在卧式热解反应器中使用Ca(OH)_2催化剂对新疆昌吉某无烟煤进行了催化热解实验,获得了催化前后的热解煤焦并对煤焦进行了比表面积、XRD及煤焦气化反应活性测试。实验结果表明:Ca(OH)_2活化了热解煤焦,使比表面迅速增加,孔径分布更加复杂;催化剂加快了煤中有机官能团的热裂解,阻碍了芳香族自由基的热缩聚反应,延缓了热解半焦的有序化与石墨化进度并使煤焦反应活性能力提高。     

不同催化剂对准东煤的催化气化特性对比研究

为掌握低温750℃条件下准东煤的催化气化特性规律,采用差示扫描量热与热重分析仪,通过确定适宜的CO_2气体流量、煤焦质量和颗粒直径,研究分析了准东煤在低温、微量催化剂及其不同加载方式下的催化气化特性。结果表明:低温下,准东煤在微量催化剂条件下完成催化气化过程,催化剂添加量增加,反应速率加快,催化效果更强;催化剂加载方式不同,催化效果不同,对Ca(OH)_2而言,催化效果高温高压法浸渍法研磨法;对K_2CO_3而言,催化效果研磨法高温高压法浸渍法;相同加载方式条件下,当催化剂添加量小于1.70%(质量分数)时,Ca(OH)_2催化效果优于K_2CO_3;当催化剂添加量大于3.20%时,Ca(OH)_2催化效果弱于K_2CO_3,这很可能与煤中的活性位点等因素有关。