呼伦贝尔褐煤溶剂萃取及萃余煤的双氧水氧化产物分析

以CS2、乙醇和丙酮作为溶剂,对呼伦贝尔褐煤进行连续萃取,并利用气相色谱/质谱联用(GC/MS)技术对萃取物进行分析。结果表明:CS2萃取物主要由长链脂肪烃和芳烃组成,而这些脂肪烃存在于3种溶剂萃取物中。在40℃条件下,用H2O2溶液采用恒温水浴和超声两种方式氧化萃余煤,超声条件下氧化剧烈,并用FTIR分析了原煤、萃余煤、氧化煤的化学结构的变化。氧化后的水溶物用乙酸乙酯萃取后,用GC/MS检测萃取物,恒温水浴氧化可以检测到30种化合物,而超声氧化只检测到14种,且都是以酯类为主。     

采用位移传感器考察萃余煤在乙醇中溶胀特性

通过对煤样进行正己烷和四氢呋喃索氏萃取处理,脱除了煤中低分子化合物,萃余煤在不同温度下真空干燥处理以避免萃取溶剂的残留,采用位移传感器溶胀测量装置考察并对比了原煤和萃取处理后煤样在乙醇中的溶胀特性.结果表明,不同温度下真空干燥处理萃余煤的热脱附-质谱分析显示,110℃真空干燥24h处理萃余煤出现萃取溶剂分子质谱特征碎片离子逸出峰,150℃真空干燥24h处理萃余煤没有出现显著溶剂分子质谱特征碎片离子逸出峰.四氢呋喃萃取处理后煤样,110℃真空干燥后,初始时刻溶胀速率较原煤显著增快,且平衡溶胀比显著增加;150℃真空干燥后煤样,由于进一步脱除了煤中残留的四氢呋喃,在乙醇中初始时刻溶胀速率降慢,平衡溶胀比减小,与原煤相近;正己烷萃取处理后110℃和150℃真空干燥后煤样的初始时刻溶胀速率较原煤降低,110℃真空干燥后煤样平衡溶胀比与原煤相比显著降低,150℃真空干燥后煤样的平衡溶胀比增大,与原煤相近.     

真空薄膜干燥机回收煤液化残渣萃余物中萃取剂的应用研究

针对煤液化残渣萃余物的特性,提出了真空薄膜干燥机回收煤液化残渣萃余物中萃取剂的方法,并进行了实验,考察了进料速率与真空度对萃取剂回收率的影响。结果表明,在操作真空度为50 k Pa,进料速率为90 kg/h时,煤液化残渣萃余物中萃取剂的回收率达到94%,80%以上的干燥出料产品粒径为0.1 mm~4.0 mm;实验条件下,干燥过程中的物料未出现团聚和黏结现象,有利于提高回收过程中的热效率;并对煤液化残渣萃余物中回收萃取剂的工业化较优工艺路线进行了探索。     

两种亮煤用CS2-NMP溶剂抽提后的结果分析

研究了童亭亮煤和洼里亮煤在CS2 - NMP混合溶剂中的可溶性,重点考察了原煤,萃取物,萃余物在工业分析、真密度和黏结指数方面的联系;同时运用红外光谱( FTIR)现代分析技术对原煤及其萃取物和萃余物的组成和结构特征进行了对比分析,在此基础上提出了煤中主要存在两种组分即“致黏组分”和“不黏组分”的概念,并据此对胶质体液相的来源作了初步解释.最后得出了萃取物中主要是煤中富含脂肪族和酚,醇,醚结构的组分,而萃余物中主要是富含缩合芳环的组分.     

低分子化合物与煤的氮吸附行为

煤的分子结构与瓦斯吸附性能关系密切.采用正己烷、苯、氯仿、四氢呋喃和吡啶等五种极性依次增强的溶剂,对平顶山烟煤进行索氏萃取,测试原煤及其不同极性溶剂萃余物的氮吸附行为,研究煤中低分子化合物对煤氮吸附行为的影响.结果表明,五种溶剂的萃取率依次增加,当相对压力pr(pr指吸附平衡压力与吸附质饱和蒸汽压比值)小于0.1时,五种溶剂萃余物的吸附量依次升高,当pr大于0.1时,苯、氯仿萃余物的吸附量迅速增高,明显大于四氢呋喃萃余物的吸附量.据此推测,煤中低分子化合物的含量和组成不仅改变了煤的孔径分布,还改变了煤的表面性质,其中可溶性极性芳烃化合物对煤的吸附行为影响最大,含氧和氮的杂环芳烃混合物次之,饱和烃类化合物影响最小.     

褐煤弱氧化产物的成分分析

利用石油醚、氯仿对褐煤进行分级萃取,将萃余煤进行碱性弱氧化.GC/MS对褐煤和氧化产物的萃取液进行成份分析,并采用面积归一化法确定各成份的相对含量.实验表明:原煤石油醚萃取液中鉴定了46种组分,主要以烃类(80.2%)和酯类(14.3%)为主;萃余氧化煤的石油醚萃取液中鉴定了44种为氧化产物,与原煤组分相比,其中烃类(43.3%)相对含量减少,酯类(18.9%),醇类(15%),芳香烃(6.5%),酚类(6.1%),烯烃(4.6%),酸类(2.2%)相对含量增加.这表明在该氧化条件下可以使分子结构发生变化从而得到其它有机化学品.     

煤分级萃取后的吸附水行为

采用不同溶剂对褐煤、焦煤、低级无烟煤及中级无烟煤等煤样分级超声萃取的方法,结合孔隙结构测试,研究了煤和萃余物吸附水分过程水分含量的变化规律,探讨了煤吸附水分的内在机理.研究发现:1)单位时间内煤中含水率增量与吸附时间呈负向幂函数关系;2)褐煤及其萃余物对水的吸附能力远大于其他三类煤样,达到饱和含水量所需的时间更长.从焦煤到无烟煤,随煤级增加,对水的吸附能力增大和达到饱和含水量所需的时间加长;3)原煤吸附水分的能力大于萃余物.由于CS2溶剂的强渗入作用,更多超微孔中的分子化合物被溶出,使得孔道疏通,孔隙变大,得到的萃余物能够容纳更多的水分.THF溶剂的萃取使得亲水性基团溶出,降低了残余煤样吸附水的能力.     

回收NMP-CS2混合溶剂萃取原煤基本性状研究

以平顶山煤和徐州煤为原料,利用回收NMP与CS_2混合溶剂和反萃取剂将两种煤全组分分离成萃余煤组分、沥青质组分、精煤组分和轻质组分四大族组分,主要对比原煤及各族组分的真密度、工业分析与元素分析。结果表明,萃余煤组分真密度最大,分别为1.59和1.45,精煤组分与沥青质组分真密度低于原煤。轻质组分具有较多非共价键成键点,易与水分子形成氢键,水分含量最高,分别为6.09%和5.77%,而萃余煤组分水分含量最低,分别为0.96%和0.63%。沥青质组分接近无灰。挥发分含量以轻质组分沥青质组分精煤组分原煤萃余煤组分顺序降低。C元素含量以精煤组分与沥青质组分相对较高,萃余煤组分C元素含量较两者偏低,分别为80.91%和80.65%。轻质组分中N、O和S元素含量较高,C元素含量最低。     

萃取方式对黄陵煤分子结构特征影响

黄陵煤是我国重要的富油煤资源,合理高效利用富油煤资源,不仅可以通过减少对煤炭的依赖度,增加清洁能源的使用,也有利于我国实现碳达峰、碳中和的目标。在超声辅助下采用不同萃取方式对富油黄陵煤进行萃取,通过扫描电镜法、低温液氮吸附法和傅里叶变换红外光谱法对萃取前后分子结构特征进行分析。考察了石油醚(PE)、二硫化碳(CS₂)、甲醇(MeOH)、丙酮(DMK)、二硫化碳/丙酮(CS₂/DMK)、二硫化碳/氮甲基吡咯烷酮(CS₂/NMP)等6种溶剂在超声辅助条件下的萃取效果。结果表明：单级萃取其萃取率由高到低依次为CS₂/NMP、CS₂/DMK、PE、DMK、MeOH、CS₂。通过PE、CS₂、MeOH、DMK、CS₂/DMK等5种溶剂进行分级萃取,总萃取率为16.91%。对CS₂/NMP萃余物和分级萃取第5级CS₂/DMK萃余物(5级萃余物)的结构研究发现,CS₂     

配煤比例及温度对气化反应特性影响

为降低制气成本,实现用煤当地化,文中以工程示范项目所用广汇煤为原煤,掺混当地气化活性低、气化过程中易结渣的红沙岗煤,利用热重分析仪考察配煤比例和气化温度对混煤气化特性的影响,采用等转化率法计算气化反应表观活化能。研究结果表明:碳转化率、气化速率以及反应性指数R随混煤中红沙岗煤质量分数增加而降低,随气化温度升高而增加;配煤质量比为10%和20%时反应性指数增加率在1 050℃最小,配煤比为40%和60%时反应性指数在1 000℃时增加率最大,而配煤比为30%和50%时反应性指数在950℃时增加率最大;混煤气化反应表观活化能与配煤比不成线性关系,广汇煤和红沙岗煤在气化过程中存在相互作用,混煤的相互作用与配煤比及碳转化率有关。     

煤中掺配高硫石油焦的气化特性研究

利用同步热分析仪对高硫石油焦(JL焦)、淮北煤(LY煤)以及淮北煤中掺配不同比例的JL焦混样在常压条件下进行CO2气化研究,并对气化动力学进行了分析。研究表明,JL焦的气化反应活性远远低于LY煤,配入LY煤能够提高JL焦的气化反应性,降低活化能;1 150℃之前,转化率的实验值低于加权平均值,且与掺焦比例没有关系;1 150℃之后,转化率的实验值高于加权平均值,原因是LY煤灰中的矿物质对焦、煤混样的气化起到了催化作用。     

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。     

碱金属及灰分对煤焦碳微晶结构及气化反应特性的影响

通过对原煤、酸洗原煤、酸洗后负载NaOH的原煤在750~1050℃热解制得焦样,用X射线衍射技术考察了热解温度、NaOH负载量以及灰分对热解过程中煤焦微晶结构变化的影响,并运用高温高压热天平(PTGA)考察了热解后煤焦的气化反应活性。结果表明碱金属及灰分的存在可以明显减小煤焦的微晶结构参数的变化(堆垛高度Lc、微晶尺寸La、及晶层间距d002),阻碍煤焦的石墨化进程,提高煤焦的气化反应性。随着热解温度的升高,堆垛高度Lc增大显著,而微晶尺寸La和晶层间距d002变化较小。煤焦的气化反应性k0和煤焦微晶结构参数Lc、d002存在如下关系:lnk0=a(Lc/d002)+b;研究还表明用氧化还原循环机理来描述碱金属的催化作用机理是不恰当的,但碱金属Na的存在可以明显降低煤焦的石墨化程度,提高煤的活性,对煤焦的气化起到部分催化作用。     

The CO2-gasification and kinetics of Shenmu maceral chars with and without catalyst

The CO₂ gasification of maceral chars was performed using CAHN TG-151 pressurized thermobalance under different conditions. The effect of mineral in macerals and catalyst on the gasification reactivity of maceral chars and the gasification kinetics were systematically investigated. The results showed that the apparent gasification rate of maceral chars depends on the temperature, pressure, BET surface area of chars and the gasification extent. With increasing temperature and pressure, the gasification rate of maceral chars all increase. After demineralization, the gasification reactivity of maceral chars all decrease. The gasification reactivity of maceral chars greatly increases with loading catalyst. And the loading method of catalyst has great effect on the gasification reactivity. The maceral chars loaded with catalyst by ultrasonic treatment have higher gasification reactivity than that by impregnation. The comparison of gasification reactivity of maceral charas demineralized maceral chars and maceral chars with and without catalyst showed that vitrinite chars always have higher gasification reactivity than inertinite chars. The kinetic results by distributed activation energy model showed that inertinite char has higher activation energy than vitrinite char, and the addition of catalyst greatly minimizes the activation energy and enhances the gasification rate.     

Characterization of coals for Lurgi pressure gasification and other moving bed processes: A method for reactivity parameter estimation from bench scale experiments

A method has been developed which yields global reactivity parameters of coals under conditions pertinent to gasification in moving bed reactors, in particular to the Lurgi process. The experimental procedure uses a bench scale pressure apparatus which allows the determination of other coal properties, besides reactivity, significant for gasification in moving bed reactors, like particle disintegration behaviour etc.. Herein, a coal sample of about 2 kg can be exposed subsequently to the conditions in the drying, pyrolysis and gasification zones of the moving bed gasifier. The data analysis procedure for the determination of reactivity parameters comprises a nonlinear fit of carbon gasification rate data by means of a first order kinetic model. As an example, results from a gasification experiment with North Dakota lignite related to the Lurgi process are presented. Pre-exponential factor and activation energy are estimated as global reactivity parameters from the data. They are intended to serve as coal-specific input data for kinetic models of commercial scale gasification reactors, thus widening the range of application of such models in reactor design and optimization.     

平顶山高灰熔融性温度煤的气化反应性研究

介绍了平顶山地区有代表性的7种煤样在800℃～1 200℃下,其脱灰煤焦-CO2气化反应活性的实验,主要考察了煤种、灰含量及粒径对煤焦反应性的影响,实验结果表明:煤种对煤焦-CO2气化反应有明显影响;煤中灰分对煤焦气化反应的影响主要表现在两个方面,一是灰成分对煤焦气化反应的催化作用,二是灰熔融性影响煤焦气化排渣行为。脱灰既可以除去煤焦中具有催化作用的矿物质,又可以增大煤焦的内表面积。     

Catalytic gasification of char from co-pyrolysis of coal and biomass

The catalytic gasification of char from co-pyrolysis of coal and wheat straw was studied. Alkali metal salts, especially potassium salts, are considered as effective catalysts for carbon gasification by steam and CO₂, while too expensive for industry application. The herbaceous type of biomass, which has a high content of potassium, may be used as an inexpensive source of catalyst by co-processing with coal. The reactivity of chars from co-pyrolysis of coal and straw was experimentally examined. The chars were prepared in a spout-entrained reactor with different ratios of coal to straw. The gasification characteristics of chars were measured by thermogravimetric analysis (TGA). The co-pyrolysis chars revealed higher gasification reactivity than that of char from coal, especially at high level of carbon conversion. The influence of the alkali in the char and the pyrolysis temperature on the reactivity of co-pyrolysis char was investigated. The experimental results show that the co-pyrolysis char prepared at 750 °C have the highest alkali concentration and reactivity.     

煤焦在气化合成气中高温气化反应特性

在固定床管式炉反应器中进行了煤焦在H₂O、CO₂、H₂和CO混合气氛中气化特性的实验研究,考察了反应温度、原料气组成和加煤量对产物气组成以及碳转化率的影响。实验结果表明,在各实验条件下,合成气与煤焦反应后CO流量均增加最多,H₂少量增加。煤焦与CO₂的反应受到明显抑制。混合气体通过与煤焦反应可以提高有效气（CO+H₂）的含量,实验条件下反应出口气体中有效气浓度比反应结束时最多提高3.3个百分点。反应速率受气化剂之间的竞争和气化产物的抑制作用较为明显,在1100℃和1300℃时,煤焦在相同气化剂流量的合成气中的最高反应速率分别只有在纯气化剂（水蒸气或CO₂）中最高反应速率的49%和69%。受到多种气体组分之间的相互影响,气体在孔道里的扩散和吸附对反应影响更加显著,随机孔模型可以较好地拟合此类反应,而不考虑孔结构的均相模型和缩芯模型拟合度较差。     

Catalysis of carbon-steam gasification by ash components from two lignites

Ash transfer from a reactive to a less reactive coal is an interesting possibility for improving and equalizing gasification characteristics of coals. To assess the catalytic action of coal impurities in the steam gasification of carbon, three approaches were used. In the first series, the effects of different coal ashes on the gasification kinetics of graphite were compared. A parallel study was made by adding lignite ash to a coal of low reactivity. Finally, gasification rates of chars prepared from demineralized coals were measured. While it was found that ash from reactive coals can significantly enhance the gasification rates of chars derived from coals of lesser reactivity, it was not possible to distinguish clearly between a catalytic lowering of the activation energy and an increase in the number of gasification sites. The gasification enhancement by lignite ash may open practical possibilities for blending coals of different reactivity, and warrants further study to identify the constituents associated with this effect.