炭化温度对红柳林煤温和液化-炭化耦合转化产物的影响

在炭化温度为430-600℃研究了红柳林煤温和液化-炭化耦合转化过程的产物分布及理化性质。结果表明,半焦产率达40.64%-53.02%,有机液相产率达30.89%-36.98%,正己烷可溶物产率达29.74%-33.28%;在较低温度下炭化温度升高有利于正己烷可溶物产率提高,而在较高炭化温度下则相反;430℃炭化温度下半焦表现出较强黏结性,550℃炭化温度下半焦的黏结性消失,挥发分降至10%左右。通过调节炭化温度可使半焦定向用于配煤炼焦或无烟煤原料。     

生物质铁盐催化加氢热解产生生物油与气态烃的研究

利用加压固定床反应器进行了松木催化加氢热解实验(终温600-700℃、氢压5.0 MPa),考察了硝酸铁和硫酸亚铁两种铁盐对热解产物产率及分布的影响。研究发现,Fe(NO_3)_3能够显著促进生物炭加氢生成甲烷,碳转化率高达97.4%,CH_4产率达21.2%,无水生物油产率为32.8%(产率基准均为干燥无灰生物质),生物油中含氧量降低,轻质芳烃产率增加,其中,苯、甲苯和二甲苯(BTX)产率为2.6%。而FeSO_4迥异于Fe(NO_3)_3,具有抑制气态烃和生物油生成的作用。机理研究表明,Fe(NO_3)_3在加氢过程中主要形成α-Fe,并促使生物炭形成无定型和多孔结构,从而有利于其加氢生成甲烷,而FeSO_4则部分转化为Fe_2S_3,由此可致使铁催化剂失活。     

煤直接液化残渣快速热解半焦特性的研究

在惰性气氛N2条件下,利用小型固定床进行了煤直接液化残渣快速热解半焦特性的研究,并结合热天平残渣半焦等温热失重进行分析。考察了终态温度、停留时间等外部操作条件以及颗粒大小对液化残渣快速热解半焦特性的影响。结果表明,半焦产率随着终态温度提高而降低,焦质变脆,石墨化程度增强,气化反应性减弱;随着反应停留时间的延长,热解产物半焦收率降低,但焦样中孔的数目增多;颗粒大小也影响着半焦的产率,在较大颗粒大小分布范围内,随着颗粒大小的减小,半焦产率随之减少。     

我国年轻煤加氢液化研究 Ⅲ.兖州煤的加氢液化

在两种间歇式压力釜中详细考察了催化剂、制浆油、反应温度、压力和时间对兖州煤加氢液化的影响。结果表明,在几种铁倦化剂中,以Bayer 赤泥的催化效果为最好:以脱晶蒽油为制浆油,氢初压11MPa、450℃和60min 条件下,煤的转化率(苯可溶,下同)达84.2%,油产率达43.1%,与不加催化剂的相比,前者增加13.6%,后者增加15.7%。制浆油性能与煤液化效果有密切关系,用预加氢脱晶蒽油和液化所产中油时,煤转化率可达80%以上,油产率50%以上,优于用四氢萘时所得结果。反应温度、压力和时间也是重要参数。此外,还分析了液化油与制浆油混合产物的组成。     

不同水蒸气浓度下褐煤气化半焦的活化及机理

以胜利褐煤为原料,利用流化床/固定床石英反应器,进行褐煤气化实验,采用BET、Raman、FT-IR、微波消解ICPAES、TGA等技术表征半焦。结果表明,在800℃水蒸气气氛中,醚基裂解造成芳环间短链或无定形碳含量减少,从而削弱石墨化进程,进而提高芳香结构的缺陷程度,是半焦活化的内在原因。提高水蒸气浓度(10%-25%),半焦的反应性降低,是因为气化过程中半焦的活性位再生能力变弱,而反应(Ar,R-CO-Ar,R+2H_2O→Ar,R-O-Ar,R+2H_2+CO_2)增强,导致醚基含量增加,是半焦活性位再生能力变弱的内在原因。继续提高水蒸气浓度(25%-40%),半焦的反应性略有提高,是因为芳香小环(3-5环)缺陷结构含量增加,而反应(Ar,R-CH=CH_2+H_2O→Ar,R-CO-CH_3+H_2)和反应(Ar,R-+H-→Ar,R-H)增强是芳香小环缺陷结构含量增加的内在原因。     

炼焦煤的官能团结构分析及其黏结性产生机理

以11种炼焦煤为研究对象,分别进行FT-IR和黏结指数G测试。采用Peak Fit软件对FT-IR谱峰进行分峰拟合和定量计算,研究炼焦煤特征官能团含量与其黏结性间的关系。结果表明,煤黏结性大小与其FT-IR吸收峰密切相关,特别是3 000-2 800和3 700-3 000 cm-1两个吸收带;脂肪族结构是煤黏结性形成的主要决定因素,通常脂肪链越短或支链化程度越高,越有利于煤的黏结性形成;含-OH(或-NH)的氢键缔合结构可以与脂肪链协同作用,共同决定煤的黏结性能。不论煤分子有多大,只要是结构单元缩合度较小而作为桥键的脂肪链较多的结构形式,在热解过程中就会生成大量适度分子量、以结构单元为基元的液相物质。氢键是煤中主要的分子间作用形式,当若干形成氢键的官能团聚集缔合时,其相互作用会更强,甚至会形成类似超分子的结构;在形成胶质体阶段,这类氢键缔合的结构也会被打破,并形成以胶质体液相为主的物质。这些液相物质的存在,有利于胶质体的流动、黏连和固化成为半焦,从而最终获得优越的黏结性。     

反应时间对淖毛湖煤加氢液化中间产物自由基浓度影响研究

以新疆淖毛湖煤(NMH)为原料,在间歇高压反应釜中进行加氢液化实验,通过电子顺磁共振波谱仪(EPR)分析了加氢液化过程中间产物-沥青质(PAA)自由基浓度随停留时间的变化。结果表明,在实验温度下NMH煤加氢液化总转化率先升高后降低,在60 min达到峰值96.87%,油产率为53.01%;淖毛湖原煤自由基浓度为2.6654×10~(18)/g,PAA自由基浓度在1.2519×10~(18)/g-1.9121×10~(18)/g,随着反应停留时间的延长先上升后下降,中间产物PAA自由基浓度数值可以反映液化反应进行的程度,与油产率变化趋势一致;反应中间产物PAA的g值小于原煤g值(2.00434),在2.00301-2.00403,在液化加氢过程中其g值呈先上升后下降的趋势,与PAA中N、S、O等杂原子成分的变化一致,与元素分析结果相吻合。     

CO对褐煤快速热解行为的影响

利用快速升温固定床进行了霍林河褐煤在CO气氛下快速热解反应行为的研究,考察了热解半焦的产率、性质和气体产物的分布特点。半焦的红外光谱图、元素含量和表面结构性质分析表明,CO参与并改变了褐煤的热解行为。与N₂气氛相比,热解温度低于600 ℃时,带孤对电子的极性CO容易诱发半焦结构中芳香环的开裂,侧链、醚键和脂肪链的断裂,促进小分子片段和自由基的生成,自由基稳定了煤热解生成的碎片,导致挥发分的生成和逸出量增加,H₂、CH₄、CO和CO₂的产率增大,半焦产率降低,半焦的比表面积和孔容增大。热解温度高于700 ℃时,CO的歧化反应程度增大,产生的积碳附着于半焦的表面,阻塞了孔道,导致半焦的比表面积和孔容减小,从而抑制了CO在半焦孔隙结构内部的扩散,限制了CO与煤中有机大分子结构的接触和反应,导致H₂、CH₄和CO产率减小,而CO₂产率因CO歧化反应而增大。     

云南凤鸣村褐煤超临界气体抽提的研究

在半连续装置上以甲苯作溶剂进行了云南风鸣村褐煤超临界气体抽提的试验,在压力为200kg/cm~2,温度为400～420℃的条件下,抽出油收率为32.30～37.84%(无水无灰基)。抽出油中几乎无灰(灰份含量为0.02%),氢含量较高(8.23～8.37%),硫古量为0.5～0.8%。抽提后残煤是良好的多孔性物质,苯静态吸附量约30%.有可能用作廉价的水质处理吸附剂。     

煤中矿物质对NO—半焦还原反应的影响

选用四种不同煤阶的煤,经过HCl/HF脱灰处理制得四种脱灰煤,950度下热解制得原煤半焦和脱灰煤半焦,在石英固定床的以应器上于常压条件下400度－900度的温度范围内考察比较了原煤半焦和脱灰煤半焦半焦还原NO的反应性,研究了煤中矿物质 对NO－半焦还原反 的机理和反就动力学的影响,结果发现,煤中的矿物质一般对NO－半焦反应具有一定的催化作用,催化作用的大小与矿物质的含量和组成有关,钠,铁和钙等是矿物质中活性分,对NO－半焦反应具有催化作用,半焦还原NO的反应存在明显的双温区现象,低温反应机理与高温反应机理不同,活化能有明显差异。     

KOH对超临界水中褐煤连续制氢的影响

采用连续式超临界水反应装置,以20%的水煤浆为反应原料,考察了不同KOH/煤质量比、温度、压力对褐煤制氢过程的影响。实验结果表明,在水煤浆中添加KOH可以提高碳气化率及H2的体积分数和产率,在600℃、25 MPa、KOH/煤质量比为4.1%时,与未加KOH相比,气相产物收率由29.6%提高到49.5%,碳气化率由23.0%增大到31.5%;H2的产率由135.4 mL/(g daf coal)提高到239.1 mL/(g daf coal)。随着温度的升高,H2产率逐渐增大,650℃时达到287.8 mL/(g daf coal),是500℃时的5.4倍;高温、高压下,KOH对煤气化过程的催化作用更为明显。     

低煤级煤热解H2生成动力学及其与第一次煤化作用跃变的关系

用开放体系的热重-质谱联用仪(TG/MS)研究了7种低煤级煤的热解特征、H2的生成动力学特征以及它们与第一次煤化作用跃变的关系. 结果显示, 煤热解失重率在碳含量(Cdaf)为80%(质量分数)和镜质组最大反射率(R0max)为0.60%附近发生转折; 氢气生成的特征温度参数以及动力学参数均在Cdaf为80%(R0max为0.60%)左右表现为最低; 氢气的总产率在此处最大. 这些特征参数的极值点刚好与第一次煤化作用跃变点一致, 说明这些参数可以反映第一次煤化作用跃变的发生. 结合傅立叶变换红外(FTIR)光谱法获得的煤结构特征, 对影响机制进行了分析解释, 认为是由以下3个方面的原因导致的: (1)煤中脂肪类含氧官能团的演化特征; (2)可溶有机质的低温热缩聚作用; (3)有机质的“两极分化”作用.     

煤-焦炉气共热解特性的研究Ⅰ.固定床热解反应特性

在１０ｇ固定床反应器中对先锋褐煤在焦炉气气氛下的热解特性及有关工艺参数，如反应压力、升温速率等的影响进行了详细考察，并与其同等条件下的加氢热解特性进行了对比分析。实验结果表明，在反应压力５ＭＰａ、升温速率５Ｋ／ｍｉｎ，终态温度９２３Ｋ条件下，先锋褐煤在焦炉气气氛下的热解转化率为５９．０％（ｄａｆ），焦油收率达３５．８％（ｄａｆ）。与同等条件下的纯氢气氛（３ＭＰａ）相比，转化率降低了约７％（ｄａｆ），而焦油收率提高了约７％（ｄａｆ）。这说明焦炉气中的诸如甲烷等其它组分的存在对煤的热解行为有重要作用。由于煤加氢热解受传质影响，因此不同工艺参数对热解反应影响很大，较高压力下的慢速升温有利于提高转化率和油品收率；升温速率对油品收率影响较为明显，慢速升温有利于提高油品收率。     

混合废塑料与煤共热解液体产物中氯的含量与赋存形态

采用离子色谱等方法测定了不同热解条件下液体产物（包括焦油和水）中氯的质量分数,讨论了影响煤与废塑料共热解过程中,热解温度、恒温时间、升温速率及气体流量等因素对液体产物中氯质量分数的影响。并通过红外光谱、离子色谱等手段分析了液体产物中氯的赋存形态。结果表明,煤热解过程中加入一定量的废塑料,并没有给焦油中带来大量的有机含氯化合物,但增加了焦油的产率,同时降低了水的产率。水中氯主要以无机盐（NH₄Cl）和有机胺类盐酸盐等含氯化合物的形式存在;焦油的红外光谱中没有明显的C-Cl吸收峰,说明焦油中有机氯的含量非常少。     

Hypercoal对不同炼焦煤炭化改质作用的显微镜研究

Hypercoal(HPC)被作为一种添加剂加入到两种性质不同的炼焦煤中,以探讨其对炼焦煤炭化的改质作用。通过偏光显微镜以及扫描电镜观测炭化产物的组织结构变化。结果表明,添加剂的用量以及粒径对炼焦煤炭化改质作用的大小与原料煤的煤质有关,对焦煤改质时要求添加剂颗粒的粒径较大;而对弱黏结性煤改质时,添加剂粒径较小且添加量较多更有利于黏结和熔融作用。通过添加HPC可改善焦煤因过度膨胀造成的不均匀孔隙结构,而且孔的数量与孔径减小,孔壁增厚;添加剂在炭化过程中产生的胶质体促进了弱黏结性煤的黏结和熔融,改善了炭化产物的结构。实验还考察了原料中水分、成型压力等因素对炭化产物结构的影响。结果表明,煤中水分会在炭化产物中产生特殊的孔隙结构,而成型压力对炭化改质作用则因原料煤质不同而不同。     

分散剂对水焦浆成浆性影响的量子化学研究

为高效利用半焦资源,选择适宜的水焦浆分散剂以提高兰炭制备水焦浆的性能,本研究以陕北半焦及四种不同分散剂(腐植酸钠SH、木质素磺酸钠SLS、十二烷基磺酸钠SDS和一种自制衣康酸型分散剂IPMS)为研究对象,探讨了不同添加剂对水焦浆成浆特性的影响。利用Material Studio(MS)软件计算了分散剂的结构参数及半焦与分散剂间的相互作用能,从量子化学角度对分散剂的作用进行探讨,并与制浆实验结果进行比较。结果表明,加入分散剂可有效降低液体表面张力,增大半焦颗粒表面电负性,从而增强颗粒间静电排斥作用使得浆体更加稳定。相同制备条件下,分散剂IPMS制备水焦浆时效果较优,在剪切速率为100 s~(-1)时,其表观黏度为625 mP·s,7 d析水率仅为2.38%且无硬沉淀。通过计算机模拟得出吸附过程中分散剂的氧原子向半焦的羟基一侧靠近,产生电荷转移,四种分散剂活性大小顺序为IMPS SH SLS SDS,IMPS与半焦相互作用的吸附作用较强与实验结果一致。证明了采用量子化学计算结合实验数据可以对水焦浆分散剂的性能进行评价,为浆体燃料制备技术及新型药剂的设计开发提供了理论基础。     

煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3生成规律的研究

经等密度梯度离心分离，从褐煤、长焰煤、气煤和贫煤四种不同变质程度煤中获得了高纯度的有机显微组分。用石英管式反应器在600 ℃～900 ℃考察了煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3的生成规律。实验结果表明，在显微组分热解过程中HCN主要是挥发分二次裂解的产物。在镜质组热解过程中，煤的变质程度越高，HCN的生成率越低，热解温度越高，HCN的生成率越高；同一种煤三种有机显微组分热解过程中，HCN的生成不仅与显微组分挥发分的质量分数有关，而且与显微组分中氮的存在形态有关，在较低温度热解时吡咯型氮质量分数高的煤样HCN的生成率较高。显微组分热解过程中NH3来自于挥发分的二次热裂解，与焦的热裂解有关，随煤变质程度增高，镜质组热解过程中NH3的收率降低；对同一种煤三种煤岩有机显微组分，由于其黏结性不同，含氮官能团和氢自由基的接触几率不同，生成NH3的能力也不同，惰质组的NH3生成率最高，壳质组最低；温度对NH3的生成也有影响，800 ℃NH3的生成率最高，惰质组NH3的生成率为11.8%，壳质组NH3的生成率为5.2%。     

自由落下床中生物质与煤共热解的协同效应对焦油组成的影响

利用溶剂萃取-柱层析方法,将自由落下床中豆秸与大雁褐煤共热解以及单种原料热解的液体产品分为沥青烯、酚类、脂肪烃类、芳香烃类和极性物等组分。结果表明,共热解的沥青烯产率为11.4%,低于根据煤和生物质单独热解的质量加权平均计算值19.0%,且芳香性增大;与计算值相比,低分子量的酚类、甲基苯酚、二甲基苯酚及其衍生物的含量提高了5%;而且长侧链的脂肪烃含量减少。共热解焦油的芳香类组分中十氢萘的质量分数是43.37%,但其在单一原料热解焦油中并没有被检测到。热解油分析结果表明,自由落下床生物质与煤快速共热解过程中存在协同效应,其主要原因是,发生氢解和加氢反应。煤与生物质共热解有利于产生低分子量的化合物,改善油品的质量。