高挥发分烟煤的热解、燃烧特性研究

采用固定床热解反应器、热解 红外联用仪 (Py FTIR)和热重分析仪 ,考察了高挥发分烟煤的热解、燃烧特性 ,实验结果表明 ,高挥发分烟煤在热解过程中放出大量烃类气体 ,从燃烧试验看 ,明显分为热解段和燃烧段 ,且热解段挥发分的释放非常迅速 ,从而揭示出高挥发分烟煤燃烧过程中产生大量黑烟的原因。     

神木煤有机显微组分的结构特征与热转化性质的关系

通过手选和重液浮选分离相结合的方法，从神木煤中分离得到了纯度较高的镜质组和惰质组，并对其进行元素分析、FT-IR、13CNMR和TG/DTG等表征分析。结果表明，神木煤镜质组和惰质组的最佳分离密度为1.320 g/cm3～1.324 g/cm3和1.378 g/cm3～1.382 g/cm3，此时分离纯度分别为97.55%和96.90%。镜质组有较高的H含量，较低的芳香度0.51和数量较多的氢键；惰质组有较高的碳含量，较高的芳香度0.76，原煤的芳香度介于两者之间为0.68。FT-IR分析表明，镜质组比惰质组有较多的氢键，脂肪氢含量和较少的Har/Hal比。随温度增加，镜质组和惰质组的芳香氢含量和Har/Hal比增加，而脂肪氢含量减少。相同温度下，惰质组的Har/Hal比始终高于镜质组。TG/DTG分析表明惰质组比镜质组有较高的热稳定性，原煤的热稳定性介于两者之间，在相同的Har/Hal比时镜质组中剩余挥发分比惰质组的少，反映出惰质组的组成（较高的芳香度和较低的脂肪氢含量）对热稳定性的影响。     

石油焦与煤混合燃料热重分析研究

石油焦与煤混合燃烧是高效处理石油焦的有效方法，作者对选用的石油焦和煤不同配比的混合燃料进行了热重分析研究。使用常压高温热天平研究、分析了各配比混合燃料的热解特性和燃烧特性。并根据化学动力学方法计算了各过程的化学动力学参数，即活化能E和频率因子A0。结果表明，各混合燃料热解起始温度大致相同，随煤焦比减小，挥发分析出速率变缓，最大释放速度所对应的温度升高，最终失重率减小，挥发分释放特性指数减小；随煤焦比增大，混合燃料着火温度和燃尽温度逐渐降低，最大燃烧速率所对应的温度降低，燃烧特性指数增大；随煤焦比减小，活化能和频率因子增大。     

无烟煤挥发分和焦炭独立燃烧过程中NO生成规律

采用固定床反应器,将无烟煤粉的燃烧分为焦炭燃烧和挥发分燃烧两部分,研究了各自燃烧过程中产生NO的规律,评价了焦炭N和挥发分N对煤粉燃烧产生NO的相对贡献。结果表明,煤粉N﹑焦炭N和挥发分N的转化率都随过量空气系数α和温度的增加而增加;焦炭N是无烟煤粉燃烧过程中NO的主要来源;煤粉的转化率都小于煤粉分解燃烧时挥发分转化率加焦炭的总转化率;还原性气氛或氧化性气氛越强,挥发分和焦炭在煤粉燃烧时的相互作用越强。     

煤中有机硫形态结构和热解过程硫变迁特性的研究

利用热解 质谱并结合固定床热解反应装置，对煤中有机硫的形态主其对加氢热解过程 变迁特性的影响，进行了较系统的研究。结果表明，煤中有机硫的形态结构在褐煤中主要以脂肪族、芳香族硫化物为主，而在 煤中则主要以各种不同芳构化程度的噻吩结构为主，初步表明煤中有机硫形态结构随煤变质程度的变迁呈较强的连续递变性。煤热解过程中硫在呼产物中的变迁和分布与煤中有机硫的形态结构特点密切相关。较高芳构化噻吩结构不完全的氧     

应用TG-FTIR联用研究催化剂对煤热解的影响

用TG-FTIR联用技术研究了碱金属、碱土金属和过渡金属对宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的催化作用和挥发分析出的影响。结果表明，各种催化剂对褐煤和烟煤热解的催化效果分别为Ni>Fe~Ca>K和Ca~Fe>Ni>K，K2CO3对煤的热解没有明显的催化作用。催化剂使褐煤和烟煤热解转化率增加的最大值分别为10.1％和6.4％。烟煤热解生成的CH4比褐煤的多，不同的催化剂使煤热解挥发产物CO2、H2O、CH4和CO增加的幅度不一样，催化效果与温度和煤的变质程度有关。     

Formation mechanism of methane during coal evolution: A density functional theory study

The formation mechanism of methane (CH₄) during coal evolution has been investigated by density functional theory (DFT) of quantum chemistry. Thermogenic gas, which is generated during the thermal evolution of medium rank coal, is the main source of coalbed methane (CBM). Ethylbenzene (A) and 6,7-dimethyl-5,6,7,8-tetrahydro-1-hydroxynaphthalene (B) have been used as model compounds to study the pyrolysis mechanism of highly volatile bituminous coal (R), according to the similarity of bond orders and bond lengths. All possible paths are designed for each model. It can be concluded that the activation energies for H-assisted paths are lower than others in the process of methane formation; an H radical attacking on β-C to yield CH₄ is the dominant path for the formation of CH₄ from highly volatile bituminous coal. In addition, the calculated results also reveal that the positions on which H radical attacks and to which intramolecular H migrates have effects on methyl cleavage.     

Synergistic effects on co-pyrolysis of lignite and high-sulfur swelling coal

Co-pyrolysis of a lignite coal and a bituminous coal was carried out on a fixed-bed reactor. The lignite was enriched with calcium, and the bituminous coal featured in high sulfur and strong swelling. Experiments were also conducted for the blends using the acid-washed lignite and/or the acid washed bituminous coal to address the influences of calcium in the lignite on the synergistic behaviors. Calcium in the lignite exhibited some aspects of synergy including the catalytic cracking reactions of tar, the retention of sulfur in the char, and the catalyzed polyaromatization and gasification of char. These synergies impacted the differences in the product distribution and gas composition between the co-pyrolytic results and the additive ones. Moreover, there appeared to be a synergistic effect on the cross-linking reaction of volatile matter, resulting in an increase in the char yield irrespective of coal demineralization. The co-pyrolysis was also observed to destroy the swelling of coal. This synergistically increased the tar yield due to less resistant escaping of tar from the intra-particles of coal.     

热解压力和升温速率对焦结构和氧化反应性的影响

以锡盟褐煤（L）、西山烟煤（B）和玉米秸秆（C）为原料考察了热解压力和升温速率对焦结构及氧化反应性的影响。利用两段式加压固定床反应器,在终温900℃,升温速率5℃/min和200℃/min以及压力0.1-2.0 MPa的热解条件下分别得到了慢速热解焦（SC）和快速热解焦（FC）,对焦进行了比表面积、表面形貌和芳香度表征,并且采用等温热重法对焦的氧化反应性进行了分析。结果表明,热解压力和升温速率影响挥发分的停留时间和释放速率,进而影响焦的产率和性质。三种原料的热解行为不同,热解压力和升温速率对焦的产率及焦结构和反应性的影响表现出不同的特点。三种原料快速热解焦产率都低于慢速热解焦产率,且焦产率都随着压力的升高而略微上升。L-FC和B-FC的比表面积分别大于L-SC和B-SC的比表面积。C-FC的比表面积却小于C-SC的比表面积。FC的表面要比SC的表面更为粗糙。B-FC的芳香度小于B-SC的芳香度,但是在加压热解条件下L-SC和C-SC的芳香度反而分别比L-FC和C-FC的低。高压慢速热解的焦氧化反应性较差。玉米秸秆焦的氧化反应性与矿物质的催化密切相关。热解过程中升温速率和压力会影响玉米秸秆焦中矿物质的含量和分布,这也是玉米秸秆焦的氧化反应性明显高于煤焦的氧化反应性的主要原因。     

稻草与煤固定床共热解特性的研究

选取稻草为生物质原料,将其与两种不同煤阶的煤(内蒙褐煤和神府烟煤)分别以0∶100、20∶80、40∶60、60∶40、80∶20、100∶0的干基质量比均匀混合.借助固定床反应器,研究了稻草与两种煤的共热解特性,探讨了共热解过程中可能存在的协同作用.结果表明,稻草添加有利于共热解气体产物的生成,且对神府煤作用更明显;稻草含量越高,热解气体产量的实验值与加权平均计算值的偏差也越大,说明稻草与煤共热解过程发生了协同作用.而共热解所得焦产量的实验值与加权平均计算值基本一致.热解焦傅里叶红外光谱分析结果表明,稻草添加对热解焦的官能团未造成显著影响.     

原料对自由落下床中生物质与煤共热解行为的影响

在500～700℃和生物质混合比0～100％(质量分数)条件下,利用自由落下床反应器考察原料对生物质与煤共热解行为的影响.所用煤原料为大雁褐煤(DY)和铁法烟煤(TF),而生物质原料为农业废弃物秸秆(LS)和木材加工余料白松木屑(SD).结果表明,即使在自由落下床中停留时间短的条件下,生物质与煤共热解的协同效应仍然发生...     

不同煤阶热解半焦的FT-Raman光谱研究

在热天平上采用慢速升温制备了褐煤、高挥发分烟煤和低挥发分烟煤的半焦。采用FT-Raman光谱对半焦进行了分析。半焦800cm^-1至1800cm^-1的Raman光谱可分解为10个谱带,以表征高度无序炭材料中的典型结构。光谱和谱带的强度比都可用来描述半焦的结构特征。在600℃低温热解时,三种煤半焦的结构差异明显。随热解温度升至800℃或900℃,这种差别消失。褐煤中可交换的钠离子影响热解过程中的成焦反应。     

煤焦的晶格结构,本征反应活性和密度初探

通过对低变质程度烟煤的镜质组分分别在空气和高纯氧中所得中温焦炭的密度和晶格化程度的初步研究，并作了链条锅炉飞灰炭的本征反应活性和密度关系比较，认为煤在不同气氛中加热其晶各化结构增强的决定性作用是温度，其次是煤在加热中的停留时间，煤焦的密度大小可作为煤焦晶格化程度的一种表征，煤焦的本征反应活性与煤焦密度和晶格化程度具有相关性。     

Investigation into the kinetics of pressurized steam gasification of chars with different coal ranks

The steam gasification of coal chars derived from three different ranks of typical Chinese coals was studied in a pressurized fixed-bed differential reactor at elevated pressure (up to 2.0 MPa). Three mathematical models [volumetric model (VM), grain model (GM), and random pore model (RPM)] for the gasification kinetics of different chars were validated, through which the kinetic parameters were obtained and discussed. The results show that the evolution trend of the coal char gasification rate with carbon conversion differs from coal ranks and has little change with pressure and temperature. The pressurized gasification process of the Shenmu sub-bituminous coal char (SM char) and the Jingcheng anthracite char (JC char) can be well-predicted by the RPM, while that of the Huolinhe lignite char can be better described by the VM. The pressure has little effect on the options of the reaction kinetic models for the three chars. The kinetic parameter E is almost a constant independent of pressure, while k ₀ changes with pressure, and it seems that k ₀ would be almost a constant over 1.0 MPa for SM and JC chars. The reaction order decreases with increasing the total system pressure and differs from different coal types.     

超临界水中煤基多孔炭孔隙形成过程的研究

在半连续超临界水反应器(SCWR)中考察了不同温度、反应时间下昭通褐煤的转化特性,结合半焦有机官能团及碳微晶结构分析,推测在超临界水中半焦孔隙的形成过程以及煤中矿物质的作用。结果表明,超临界水首先快速萃取出褐煤热解产物,促进了半焦石墨化,形成良好的炭素前驱体,此过程对半焦孔结构基本无作用;当温度高于550 ℃,炭素前驱体发生气化反应,产生了较多的C-O-C交联结构,比表面积明显提高,逐渐形成多孔炭材料;脱灰后的煤在升温过程中具有更高的萃取率,形成有利于微孔产生的炭素前驱体,煤中的矿物质更有利于中孔的形成。     

氧化钙对流化床煤温和气化半焦性质的影响

在Φ4 8× 5 2 5mm小型流化床反应器中 ,于 4 5 0～ 75 0℃温度区间内 ,研究了氧化钙对煤温和气化产物半焦特性的影响。报道了在煤温和气化过程中添加氧化钙对所得半焦的工业分析、元素组成及热值的影响。采用等温吸附法研究了氧化钙对半焦孔结构和比表面积的影响 ,并给予了合理的解释。     

典型烟煤热解机理的反应动力学模拟

建立合理有效的烟煤大分子模型，采用基于反应力场（Reactive Force Field，ReaxFF）的分子动力学方法模拟1400-2600 K典型烟煤的热解过程，得出产物分布和中间自由基的演变历程。研究表明，随着热解温度的升高，焦炭产量先增加后降低，焦油产量的变化趋势与焦炭相反，热解气产量单调增加。煤在低温下热解主要发生一次反应，生成焦油自由基碎片和小分子气体；高温下焦油碎片的二次反应显著，生成含量较多但数量较少的焦炭及含量与数量较多的小分子气体。2000 K是一次反应向二次反应的温度转折点。在高温热解时，煤中的C与H逐渐迁移到焦炭和焦油中，而含氧官能团较为活跃，O逐渐迁移到热解气中。二次反应阶段，O最活泼，H次之，C最稳定。热解过程中最先产生的气体是H₂O；NH₃主要来源于二次反应；H₂S在二次反应阶段被消耗转化为其他产物；H₂产量最多，且随热解温度升高而增加，尤其在二次反应中大量生成，主要源于裂解产生的氢自由基碰撞和芳香结构的缩合。基于ReaxFF模拟结果得到煤热解失重活化能为39.45 kJ/mol。     

温度及水蒸气对煤焦中氮赋存形态及演化特性影响研究

研究水蒸气对不同赋存形态氮在热解过程中析出及转化规律有利于精细化调控氮氧化物的生成。利用X射线光电子能谱（XPS）仪分析了典型烟煤及其煤焦中氮的赋存形态,研究了温度、水蒸气浓度等因素对煤焦炭氮析出及转化特性的影响。结果表明,温度的升高以及一定范围内水蒸气浓度的增加有利于焦炭氮的析出,水蒸气浓度达到30%时,焦炭氮析出达到峰值;水蒸气的存在有利于煤焦中N-5和N-6等含氮结构物质从煤焦中析出,同时抑制N-Q和N-X等含氮结构物质的裂解。这是由于水蒸气的气化作用有利于芳香结构的分解,但同时高水蒸气浓度带来的H基团会与N-6结合从而形成N-Q,而由高水蒸气浓度带来的OH基团会促进N-6的氧化而生成N-X。     

氧化钙对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响

研究了CaO对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响。脱除矿物质的胜利褐煤混合不同含量的CaO后在1 100 ℃下进行热解得到相应的煤焦,采用BET、XRD和Raman技术对其进行表征,同时在微型固定床反应器上对所制得煤焦进行水蒸气气化实验。比较添加CaO不同含量煤焦的反应性表明,添加2%(质量分数)的CaO对煤焦水蒸气气化的催化作用很小,而CaO添加量增大到5%时,煤焦的气化反应性能明显提高。煤焦比表面积随CaO添加量的提高而增大。XRD结果表明,在热解过程中,CaO能有效地抑制煤焦向石墨化方向发展趋势。煤焦002和100峰的峰强度随CaO添加量的增加而降低,且煤焦芳香度从66.8%降至39.9%。Raman光谱结果表明,随着CaO添加量的增加,I_D/I_G由1.363增加至1.541,I_G/I_all由0.423减少到0.394。意味着由于Ca的催化作用,煤中大芳香环结构的裂解速率明显增加,且随CaO添加量的增多,煤焦的无序化程度和晶格缺陷均增大。     

生物油蒸馏残渣理化性质及热失重研究

利用傅里叶变换红外光谱仪、激光共焦显微拉曼光谱仪和TGA Q500热分析仪对生物油蒸馏残渣及其在不同温度处理后的热解焦炭理化性质进行表征,并对其热失重特性进行分析。结果表明,生物油蒸馏残渣主要是由脂肪族、芳香族和低聚糖类等有机化合物组成;在氮气氛围下热解主要分为三个阶段:30-145℃为小分子物质挥发析出阶段145-550℃为大分子物质裂解和氧化阶段,550-750℃为焦炭产生阶段;热处理过程中各类物质逐步有序热解析出,同时固体产物石墨化程度随着热处理终止温度的升高而升高。