热解条件对煤焦结构及气化反应活性的影响

在不同热解条件下制得5种煤焦,考察了热解温度、升温速率对煤焦结构性质及CO2气化反应活性的影响.其中4组煤焦由神木煤和华亭煤在1 100℃和1 500℃常压沉降炉中快速热解制得,还有1组煤焦在固定床中以10℃/min加热到900℃,并停留30 min得到.慢速热解煤焦孔隙结构不发达,BET比表面积仅为1.58 m2/g,而快速热解煤焦存在大量的微孔和中孔结构,得到的比表面积要大得多,但随热解温度的增大而减小.煤焦与CO2在0.1 MPa和3.1 MPa系统压力下的反应速率均随热解终温的升高而减小,但与慢速热解煤焦的结构性质无法直接关联.热解温度对煤焦炭微观结构及矿物质催化性能的影响导致了反应活性的下降.     

微观结构对煤焦气化反应性的影响

对代表煤焦气化反应性的气化速率随转化率变化的各种形式进行总结,分析了造成各种变化形式的原因。气化速率与反应表面积（RSA）相关联,即单位RSA的气化速率不随转化率而变化。当转化率高于90％时,单位RSA的气化速率随转化率升高而下降,这归因于煤焦炭结构的变化。不同煤焦气化反应性的差异源于微晶尺寸的不同,但同一煤焦的气化反应性随转化率不断降低的本质原因是炭结构有序化程度提高。     

不同煤焦微观表征及其对燃烧反应性的影响

从时间尺度和放热量来看,焦炭的反应在煤的整个燃烧过程中占有主导地位,而煤焦的微观结构与燃烧反应性有很大的关系,因此有必要进一步研究其影响因素和关系.本次研究选取了22种样品(涵盖了无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、煤泥和气化细渣)进行实验,用XRD对煤焦的微观晶体结构进行测量,用TGA对煤焦的燃烧反应性进行测量,从统计上研究不...     

煤粉孔隙结构对燃烧过程的影响

提出无形孔模型,建立了控制煤粒燃烧过程的颗粒内部多相燃烧动力学方程、传热和传质方程、流动方程等,对单颗煤粒内部燃烧过程模型进行了数值求解,研究了孔隙率、比表面积、颗粒尺寸、颗粒温度等因素对煤焦反应性和燃烧机理的影响,并与Smith的实验结果进行了比较.     

CaO对神木烟煤煤焦-CO_2催化气化反应性及动力学影响研究

在常压、850℃-1 000℃气化温度、固定床上,研究了催化剂CaO含量对神木烟煤煤焦-CO2气化反应的影响,通过改进随机核化模型来计算煤焦气化动力学参数。实验表明:CaO的存在对煤焦-CO2气化反应有明显的催化作用。在850℃-950℃气化温度下,CaO质量分数在15%左右催化效果最好;在1 000℃气化温度下,CaO质量分数在20%左右催化效果最好;添加了催化剂的煤焦样品,指前因子和活化能之间存在一定的补偿效应。     

热解条件对煤焦气化活性影响的研究进展

简述了原煤性质与温度、压力和热解气氛等热解条件对煤焦结构和气化反应活性的影响;参考该领域的国内外研究成果,分析了热解条件影响煤焦气化反应活性的机理.由于实验设备和研究方法的差异,对温度和压力等热解条件对煤焦气化反应活性影响的评价不尽相同,但总体来讲,热解终温越高、停留时间越长、升温速率越快、热解压力越大,煤焦的气化反应活性越低;热解过程中,原煤性质的差异也会影响煤焦的结构和气化反应活性.煤焦的石墨化应该是导致煤焦气化反应活性下降的主要原因,因此,热解条件的改变,特别是温度和压力的改变对煤焦石墨化进程的影响值得进一步研究.     

秸秆灰对煤焦气化反应性的影响

钾、钙对煤焦气化反应性具有重要影响,秸秆灰中含有丰富的钾、钙。以神木煤为制焦原料,通过STA409PC同步热分析仪研究了秸秆灰对煤焦气化反应性的影响,并通过测定煤焦的碘吸附值对其比表面积及孔隙结构进行了分析。结果表明：煤与玉米秸秆共焦化所得煤焦的气化反应性明显优于单独煤焦,且与玉米秸秆的添加比例有关;采用脱灰玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦的气化反应性与单纯煤焦相近;将与玉米秸秆等效的秸秆灰添加到煤焦中,煤焦的气化效果明显优于等效玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦。煤焦碘吸附值测定结果表明,脱灰秸秆与煤共焦化所得煤焦的碘吸附值最大,单纯煤焦的碘吸附值最小,说明玉米秸秆及秸秆灰对煤焦的比表面积及孔隙结构具有重要的影响,与煤焦的气化反应性评价结果基本一致。     

秸秆灰对煤焦气化反应性的影响研究

通过热红外技术研究了秸秆灰对煤焦气化反应性的影响.结果表明,在实验条件下,添加秸秆灰煤焦达到最大气化反应速率所需时间缩短了近10min,完成气化反应所需时间缩短了近17min;同时秸秆灰对煤焦气化反应性的影响与秸秆灰添加量密切相关,添加量为30%时效果最佳.红外光谱分析结果表明,秸秆灰的加入,对煤焦表面的官能团结构产生重要影响.秸秆灰对煤焦气化反应性的影响是通过改善煤焦的表面物理化学性质实现的.     

O2/CO2气氛煤焦的燃烧及其孔隙结构变化

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉实验装置,制备了不同环境气氛下(O2/N2及O2/CO2气氛)、不同燃尽率的煤焦试样,并采用低温氮吸附仪和扫描电子显微镜测定了其孔隙结构和表面形貌.结果表明,在相同的操作条件下,相同O2浓度的O2/CO2气氛下煤焦的燃烧速率较慢、燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小.两种气氛下燃尽过程孔结构参数(SBET和VBJH)均呈减小趋势,且在孔径变化较明显的区域内(<5 nm)在CO2气氛下煤焦的孔径分布较小且与煤种相关.SEM图像显示CO2气氛下的煤焦表面致密,孔隙较少,其定性结果与N2吸附法的定量测量结果吻合较好.     

热解温度对竹粉炭理化结构及燃烧性能的影响

利用自行设计搭建的流化床-回转炉两级连续式热解装置对竹粉进行热解炭化,考察流化床一级热解温度（300～800℃）对竹粉热解炭理化结构及燃烧性能的影响规律。结果表明,由于回转炉二次热解过程的存在,使得流化床热解温度对竹粉炭元素组成的影响减弱,碳元素质量分数介于71.19%～78.41%间,随热解温度增加,竹粉炭中挥发分含量降低,灰分呈现增加趋势,固定碳含量相对稳定;扫描电镜结果显示热解温度在300～500℃时,热解炭呈现规则的孔隙结构,同时可保持原料的骨架结构,随着热解温度继续升高,竹粉炭骨架结构被破坏,产生断裂坍塌的现象,比表面积和总孔孔容在700℃热解温度时达到最大,分别为2.53m²/g和0.012cm³/g。利用拉曼光谱和X射线光电子能谱法对热解炭表面化学结构分析,表明较高的热解温度促进了小芳环体系聚合转变为大的芳环结构,有利于脱氢脱羧及芳构化进程。热重-红外联用分析表明竹粉热解过程中气体释放相对含量较多的三类物质分别是CO₂,烷烃、酚类、醇类,以及醛、酮、酸类等有机成分。热解炭样品的燃烧基本仅呈现出固定碳燃烧阶段,热解温度为600℃左右时,所得竹炭综合燃烧特性较好。     

钙添加剂对Na2CO3催化高铝煤焦水蒸气气化反应性的影响

以孙家壕高铝煤为实验煤样,将煤样在800℃制成煤焦,采用热重分析仪(TGA)研究了钙添加剂对孙家壕煤焦Na₂CO₃催化水蒸气气化反应性的影响。结果表明：Ca(OH)₂对孙家壕煤焦水蒸气气化具有催化作用,在对孙家壕煤焦进行800℃Ca(OH)₂催化水蒸气气化时,Ca(OH)₂的负载量在15%(质量分数,下同)时达到饱和;通过比较Na₂CO₃和Ca(OH)₂对孙家壕煤焦800℃水蒸气气化的催化活性,发现Na₂CO₃的催化气化活性比Ca(OH)₂的催化气化活性大,负载5%Na₂CO₃和10%Ca(OH)₂的孙家壕焦的800℃水蒸气气化反应性相等;添加10%Ca(OH)₂添加剂可以使负载10%Na₂CO₃的孙家壕煤焦在700℃...     

CO_2提浓的富氧燃烧技术简述

燃料在空气(N_2体积分数79%)中燃烧时产生的烟气中的CO_2体积分数较低(13%～16%),欲将其分离是困难的,需要消耗大量的能量,必将导致成本过高。为了以较低的费用得到更易分离的高浓度CO_2,从燃烧的角度发展了一种新型燃烧方式,即富氧燃烧技术。     

催化剂对不同粒径褐煤热解特性及其煤焦微晶结构的影响

以内蒙褐煤为研究对象,在固定床反应器上考察了催化剂对不同粒径褐煤热解过程中的各气体组分含量以及产气率的影响,通过XRD研究了热解后煤焦的微晶结构特性。研究结果表明:无论是原煤还是负载催化剂的褐煤,随着粒径增大,其热解产气率下降;对于各气体组分,CO,H2,CH4含量均随原煤颗粒粒径增大而下降,CO_2却呈相反趋势。而在粒径相同的情况下,负载催化剂的试样热解产气率稍大于原煤试样,且随着催化剂含量的增大,产气率提高,试样热解产生的CO_2和CH4含量呈增加趋势,但H2,CO含量却有所下降。对于粒径较大的试样,由于挥发分脱除不够完全,生成的煤焦碳化程度较低,使得煤焦石墨化程度也较低。此外,当粒径相同的情况下,负载催化剂的煤焦碳微晶结构越无序,则随着催化剂负载量的增加,越阻碍试样石墨化的进程。     

褐煤快速热解比表面积及孔隙结构变化规律

利用高温沉降炉在1 523K制备不同热解时间的褐煤焦,采用美国Autoscan33压汞仪基于压力扫描的结果测定了煤粉和不同热解时间煤焦的比表面积、孔容积与孔径的特征.与IUIPAC方法不同,基于孔隙比表面积的变化规律将孔隙分为微细孔和大孔两类.各煤焦实验的比表面积和孔径分布具有相似的特点,煤焦的比表面积和孔容积随着热解时间呈现先增大后减小再增大的非单调变化现象;大孔的比表面积呈增大的趋势,而大孔的平均孔径呈变小的趋势.这表明热解过程降低了部分微细孔的复杂性,使其在形态上转变为大孔,有利于后续的燃烧和气化.     

离子液体预处理对桉木热解半焦结构和反应性的影响

生物质是可再生能源的理想原料,由于生物质有坚硬的木质素外壳保护而难以被有效利用。离子液体（IL）是一种绿色溶剂,可用于木质纤维素预处理从而提高其利用的效率。为了研究IL水溶液预处理对桉木热解产半焦的结构及其反应性的影响,将桉木粉经2%、4%和8%（质量）离子液体（[Bmim]Cl、[Bmim]OAc和[Bmim]H₂PO₄）水溶液在120℃下预处理2 h,然后将预处理后的桉木粉在650℃下热解。采用SEM、FTIR、XRD和Raman分析表征热解半焦的结构变化,利用热重分析仪（TGA）测定半焦与空气在450℃下的反应性。结果表明,随着预处理IL浓度的增加,半焦产率下降,半焦的晶化程度提高,在拉曼光谱中,I_D1/I_G变小,I_G/I_all变大,这表明IL预处理使半焦结构有序增大,并促进半焦中小芳香环向大芳香环聚并,因而降低了半焦的反应性。IL预处理可便捷调节热解半焦的反应性,为生物质的高值化利用提供有效的制备方法。     

热解温度对无烟煤焦微观结构和脱硝特性的影响

在氮气气氛和600～1000℃条件下, 使用水平管式炉对龙坪无烟煤进行了热解制焦实验, 利用拉曼光谱分析了热解煤焦的微观结构变化, 使用热重分析仪(TGA)进行了无烟煤焦的程序升温脱硝实验, 研究了热解温度对无烟煤焦微观结构和脱硝特性的影响。研究结果表明:热解温度对无烟煤焦的微观结构有显著的影响, 随着热解温度升高, 煤焦的拉曼光谱G峰与D1峰的位置差逐渐减小, 谱峰积分面积逐渐缩小, 积分面积比值I_D1/I_G和I_D3/I_G先增大后减小, I_G/I_All先减小后增大。热解温度还对无烟煤焦的脱硝特性有明显的影响, 无烟煤随着热解温度升高由炭化向初步石墨化转变, 由于活性结构数量的减少和碳结构变得更加有序, 无烟煤焦的脱硝反应性不断降低, 脱硝反应活化能增大。     

O2／CO2燃烧技术研究进展

O2／CO2燃烧技术不仅有效收集烟气中的CO2,还能减少NOx和SO2的排放,是一种新型的洁净煤燃烧技术。介绍了其应用、发展历程以及在燃烧、传热和污染物排放的研究进展,指出了这一技术领域中存在的问题,并对下一步的研究方向给出了建议。     

煤焦结构及其气化反应影响因素的研究进展

简述了国内外研究中煤焦结构的研究方法,对煤焦结构研究现状进行了综述,讨论了煤焦气化剂、灰分、温度、压力、升温速率、制焦时间、变质程度和显微组分含量等这些气化反应的影响因素。因此,在气化过程中,煤焦的气化反应活性不但要考虑原煤的性质,还要综合考虑气化剂、温度、压力、升温速率、制焦时间,尤其是温度和压力在气化过程中的影响。掌握了煤焦结构的研究方法和影响气化反应的因素可以更好的对煤进行清洁利用和转化。