液化残渣的微波热解与常规热解对比分析（英文）

采用微波加热和常规电加热两种条件进行液化残渣(DCLR)的热解实验,考察了热解产物固体焦、焦油及煤气的组成及结构的变化规律,采用红外分析(FTIR)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对热解产品进行了分析表征。研究表明,在微波场中,DCLR的升温速率很快,20 min左右物料温度就可达到900℃,最大升温速率可达到329℃·min~(-1),而常规加热的升温速率基本保持恒定。与常规热解相比,微波热解后固体焦的产率降低2.85%,而焦油和煤气产率分别增加了0.66%和2.19%。DCLR热解后固体焦的索氏萃取组分重油(HS)、沥青烯(A)及前沥青烯(PA)含量均大幅降低,而四氢呋喃不溶物(THFIS)则有所增加,但是两种热解条件下得到的固体焦的四种索氏组成差异不是很大,说明DCLR的热解过程是以HS,A与PA的转化为主的。微波热解后固体焦红外谱上3 437.6,1 632.0cm~(-1)以及1 079.99cm~(-1)处吸收峰的强度与常规热解相比明显降低,说明微波场中DCLR的热解更为彻底。热解后焦油和煤气产率均有所增加,煤气中H_2含量均达到60%以上。GC-MS分析表明,经由石油醚萃取后的热解焦油中脂肪类、芳香类与醇类物质组成以及C_(1~5),C_(11~20)与C_(20)以上组分的含量均没有发生明显变化,而微波热解焦油中沥青质的含量则下降了7.7%,说明微波作用可有效促进DCLR中沥青质的热分解,有利于热解焦油的轻质化。     

液化残渣的微波热解与常规热解对比分析

采用微波加热和常规电加热两种条件进行液化残渣(DCLR)的热解实验,考察了热解产物固体焦、焦油及煤气的组成及结构的变化规律,采用红外分析(FTIR)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对热解产品进行了分析表征。研究表明,在微波场中,DCLR的升温速率很快,20 min左右物料温度就可达到900 ℃,最大升温速率可达到329 ℃·min-1,而常规加热的升温速率基本保持恒定。与常规热解相比,微波热解后固体焦的产率降低2.85%,而焦油和煤气产率分别增加了0.66%和2.19%。DCLR热解后固体焦的索氏萃取组分重油(HS)、沥青烯(A)及前沥青烯(PA)含量均大幅降低,而四氢呋喃不溶物(THFIS)则有所增加,但是两种热解条件下得到的固体焦的四种索氏组成差异不是很大,说明DCLR的热解过程是以HS,A与PA的转化为主的。微波热解后固体焦红外谱上3 437.6,1 632.0 cm-1以及1 079.99 cm-1处吸收峰的强度与常规热解相比明显降低,说明微波场中DCLR的热解更为彻底。热解后焦油和煤气产率均有所增加,煤气中H₂含量均达到60%以上。GC-MS分析表明,经由石油醚萃取后的热解焦油中脂肪类、芳香类与醇类物质组成以及C_1~5,C_11~20与C₂₀以上组分的含量均没有发生明显变化,而微波热解焦油中沥青质的含量则下降了7.7%,说明微波作用可有效促进DCLR中沥青质的热分解,有利于热解焦油的轻质化。     

煤直接液化残渣热解过程气体产物的析出

采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术研究了煤直接液化残渣(DCLR)的热解特性,重点对其热解过程气体的析出规律进行了分析讨论。研究表明,液化残渣热失重分为三个阶段,在405.10 ℃以前为残渣热解第一阶段;405.10～523.83 ℃主要为高沸点油和沥青质等的大量热分解阶段,当温度达到478.45 ℃时,失重速率达到最大值,此时失重量约占总失重的40.27%;523.83 ℃以后残渣的失重曲线较为平缓,失重量约占总失重的50.55%,主要由产物的二次分解和矿物质的热分解所造成。热解过程气体产物的析出也分为三个阶段,第一阶段主要释放的是H₂O和CO₂,第二阶段中析出的主要为CO₂,CH₄,CO、H₂O和少量SO₂,同时在458.4～791.9 ℃范围内伴随着焦油的大量析出,第三阶段主要是CO₂,CO和H₂O的析出。CO₂的释放主要归功于含氧杂环或OCO等含氧基团的断裂,而CO的释放主要由醚键以及含氧杂环热分解造成,脂肪烃的热分解是CH₄释放的主要原因。     

麦秆添加大量CaO热解的TG-FTIR实验研究

利用热重-傅里叶变换红外光谱联用方法研究添加CaO对麦秆热解过程和挥发份析出特性的影响.热重和红外光谱分析均表明添加CaO后麦秆热解旱现两个明显的失重和挥发份析出阶段,而纯麦秆热解则只有一个.CaO在第一阶段不但能够吸收CO2,而且能够降低甲苯、苯酚和蚁酸等焦油类物质的产生,使得该阶段失重率和最大失重速率随CaO添加量增加而减小.CaCO3的煅烧分解是添加CaO麦秆热解第二阶段产生的原因,该阶段失重率和最大失重速率随CaO添加量增加而增大.研究结果表明,在采用生物质为原料的零排放系统中添加CaO有利于捕获CO2和减少焦油物质的产生,系统的气化温度应适当降低以防止CaCO3的煅烧分解.     

煤镜质组热解的电子顺磁共振研究

基于煤燃烧和自燃研究在煤矿生产安全以及煤炭资源的高效利用等实际生产和生活中的重要性,探讨了煤岩显微组分镜质组在有氧条件下热解的自由基反应. 采用电子顺磁共振技术对煤镜质组在有氧条件下300 ℃~450 ℃的加热分解产物及未加热处理常温下的镜质组样品做电子顺磁共振研究,得到300 ℃、350 ℃、400 ℃、450 ℃时其产物在常温下（25 ℃）时的电子顺磁共振信号,并对随加热温度不同,信号的产生和变化原因做了分析,研究结果表明煤镜质组在加热过程中有顺磁中心的浓度和顺磁中心成分的改变,该文中把它归因于镜质组的不同有机成分在不同温度下分解产生的自由基.     

模型化合物氮的热解释放及N2转化特性研究

用纤维素和8-羟基喹啉在高压反应釜中合成出物理性质、化学结构及氮的官能团结构与原煤都很接近的模型化合物,利用携带流反应器实验研究了模型化合物氮在热解过程中的转化,并重点关注燃料氮向N2的转化规律.结果表明,实验条件下模型化合物快速热解的主要气相含氮产物有三种:HCN、N2和氮氧化物,其中N2所占的比例最大,是模型化合物热解的主要含氮产物.温度及矿物质对N2的生成有重要影响,实验条件下,当温度低于1000℃时, N2的释放特性变化不大,但是当温度达到1100℃后,燃料氮向N2的转化率显著增大.添加金属矿物质可以明显改变热解过程中燃料氮向N2的转化特性.     

温度对生物质热解过程中传热特性的影响

基于欧拉-拉格朗日方法,考虑热解过程中挥发分的析出和颗粒体积的变化,以上海市常见的绿化树种香樟树的树枝为实验材料,对固定床中生物质颗粒热解过程中温度对传热特性的影响进行了详细研究,利用开源软件OpenFOAM获得了反应器内不同热解阶段不同温度范围内颗粒数的分布,给出了不同温度下的有效传热系数及不同传热方式所占的比例.结果 表明:热解温度越高,有效传热系数降低,固体颗粒的平均比热容也逐渐降低;同时热解温度越高,辐射的换热量占比越大,而对流提供的热量占比则不断下降.     

废轮胎热解油的成分分析及二次热解反应

对废轮胎在中试回转窑中进行中温热解(450~650℃)所得热解油进行了GC-MS研究。通过对热解油化学组成 的全面分析,讨论了轮胎热解反应,尤其是较高热解温度和较长气相停留时间下的二次热解反应途径。通过与不同反应器 的比较研究,进一步得出了微负压回转窑热解技术的反应特点,并为回转窑热解油的应用提供了重要参考依据。     

亚稳态储能粒子SiO（b^3Ⅱ）的实验研究。

利用高温热解SiH4。的方法获得气相Si原子，然后通过气相Si原子与N2O反应成功得到了亚稳态储能粒子SiO（b^3∏）。通过不断地改进装置和实验探索，掌握了该合成反应的实验规律，并对实验条件进行了优化。N2O与SiH4。的流量配比在8～10,SiH4。稀释比在0．3％左右。热解温度在1160～1170℃时，得到了最强的光谱信号。     

基于TGA-FTIR研究生物质热解过程中氮化物的生成

基于TGA-FTIR联用技术,考察了升温速率对生物质中氮热解转化成NH3和HCN的影响.结果表明,热解的升温速率影响生物质中氮转化的速率和转化的量,升温速率提高,NH3和HCN的生成量减小,NH3和HCN的起始释放温度及达到最大析出值的温度提高.慢速升温热解,HCN的析出与NH3的析出规律相似,但HCN的析出量明显小于NH3的析出量,生物质中氮主要以NH3的形式析出.     

Nascent tar formation during polyvinylchloride (PVC) pyrolysis

Pyrolysis experiments of polyvinylchloride (PVC) were performed to investigate the effects of peak temperature, holding time, and heating rate on the formation of nascent tar. The nascent tar samples were collected using a wire-mesh reactor where the secondary reactions of the evolved volatiles were minimized. The small compounds, such as benzenes and alkanes, were not detected in nascent tar in wire-mesh reactor, whose components are quite different from those of other tars in tube type reactor and vacuum reactor. At a heating rate of 1000 K/s, the quasi-3 rings and 3 rings group aromatics were the major components in nascent tar; while the content of 2 rings group aromatics increased from 7.02% to 31.75% with increasing peak temperature from 500 to 800 °C. At a longer holding time of 300 s, an increase of 2 rings group aromatics from 7.02% to 50.33% was also observed for the nascent tar at 500 °C, indicating that the tar composition significantly changed at different stages of PVC pyrolysis. It seems that 3–4 rings compounds form in the early stage and then 2 rings compounds release in the later stage of PVC pyrolysis. Based on the experimental results in this work, a new four-stage mechanism, including (1) dechlorination accompanied with inner cyclization, (2) aromatic chain scission, (3) release of quasi-3 rings or 3 rings group, and (4) release of 2 rings group, of the PVC tar formation was proposed.     

低变质煤-循环煤气微波共热解研究

低变质煤干馏热解生产兰炭、煤焦油、煤气被认为是其清洁高效转化利用的最佳途径。现有主流生产工艺普遍对原煤具有一定的粒度要求,煤焦油产量较低、质量不高,煤气中H₂,CH₄,CO等有效组分含量较低。为进一步提高低变质煤热解时煤焦油收率和质量,提出将微波热解低变质煤产生的煤气循环通入微波热解反应器中,进行低变质煤-循环煤气微波共热解。结合FTIR及GC-MS等对热解产品的分析表征,系统考察了微波功率、热解时间、煤样粒度对热解产品收率及组成的影响。研究结果表明： 低变质煤在循环煤气流量为0.4 L·min-1、微波功率为800 W、热解时间为40 min、煤样粒度为5～10 mm的工艺条件下热解,所得固体产品兰炭收率达62.2%,液体产品（煤焦油和热解水）收率达26.8%。不同微波功率及热解时间下所得兰炭红外谱线基本重合; 不同粒度煤样热解所得兰炭中—OH,CO, CC和C—O官能团含量差别较大。提高微波功率、延长热解时间、减小煤样粒度均有利于煤焦油的轻质化。     

小型流化床内化学链热解煤焦油实验研究

为优化煤焦油化学链热解的工况参数,采用Fe/Al复合载氧体在小型流化床反应器内进行了煤焦油化学链热解实验,考察了燃料反应器温度、载氧体/煤焦油摩尔比及反应时间对热解结果的影响,对炭黑收率、气相产物的体积分数进行分析,并计算了实验系统的碳平衡及能量转化率。结果表明,炭黑收率随温度和载氧体/煤焦油摩尔比升高先增后减,在温度950℃和摩尔比3时达到最大,气相产物中CO和H2体积份额为70%左右,继续升高炉温和摩尔比会降低CO份额。系统碳平衡为95.5%以上,误差较小,则系统能量转化率最高可达到87%.通过表观气速变化改变反应时间从2.1s增大到3.5s时,炭黑收率及能量转化率无明显变化,由此确定了化学链热解煤焦油的优化运行参数.     

On the rank-dependence of coal tar secondary reactions

The secondary reactions of volatile compounds, including coal tar and light gases, accounts for a great portion of soot formation and the subsequent heat release and pollutant emissions in the combustion zone. While coal primary pyrolysis has been extensively studied over the last few decades and several network pyrolysis models has been developed to describe this process, coal secondary pyrolysis is still not well understood. The Babcock and Wilcox Company has been investigating coal secondary pyrolysis in order to develop a comprehensive mechanism for inclusion in predictive computational fluid dynamics and coal combustion models. Supportive experiments were carried out in an entrained-flow reactor. Tar was extracted from the pyrolysis byproducts of seven coals of widely-distributed rank at temperatures ranging from 923 to 1473 K, and analyzed by ¹³C NMR. Tars formed from higher rank coals generally demonstrated higher sooting propensities. This rank-dependent sooting propensity is associated with tar’s chemical structure properties. With increased heat treatment severity, tar molecules lose a substantial amount of aliphatic attachments, and the average size of substitution per cluster decreases. Compared to tars formed from high-rank bituminous coals, those formed from low-rank sub-bituminous coals have a larger attachment portion, higher averaged substitution, and higher oxygen-containing functional groups. These differences contribute to the higher cracking propensity observed for low-rank coal tars.     

热重分析技术研究聚-α-甲基苯乙烯降解温度

采用热重分析技术研究了4种聚-α-甲基苯乙烯原料和其它微球壳层材料的热降解温度。研究表明,聚-α-甲基苯乙烯原料主要失重温度范围为220～340℃,等离子体辉光放电涂层材料的降解温度为350～450℃。升温速率在20℃/min和30℃/min时,降解温度基本相同,升温速率不影响降解的温度范围,低于20℃/min时,随着升温速率升高,降解温度升高。     

Insight into the calcium carboxylate release behavior during Zhundong coal pyrolysis and combustion

In this paper, the dynamic behavior of calcium carboxylate release during Zhundong coal pyrolysis and combustion is studied via reactive molecular dynamics (ReaxFF MD) simulation. The molecular structure model of Zhundong coal is constructed based on the combination of the classic Hatcher coal model and experimental characterizations. Pyrolysis simulations on the coal model are performed at different temperatures ranging from 2000 K to 2800 K. The pyrolysis experiments are also carried out to validate the ReaxFF simulation. The results show that most of the calcium are released into the volatiles by the thermal decomposition of CM-Ca (coal/char matrix with calcium bonded) after releasing CO₂. The distributions of the calcium bonded to gas, tar and inorganics as well as the atomic calcium in the volatiles are quantitatively classified. The thermal cracking of tar fragments are significant at high temperatures leading to the conversion of calcium from tar into the organic gas. Furthermore, the nascent char model is constructed to study the release behavior of calcium in char combustion stage. The calcium is initially released in the form of oxidized calcium and atomic calcium. With increasing temperature, the oxidized calcium trends to convert to the organically bonded calcium. By using the Arrhenius expression, the kinetic parameters for the release of calcium into various species during pyrolysis and char combustion stages are quantitatively determined.     

煤颗粒热解的传热传质分析

采用分布活化能模型及能量守恒方程对煤颗粒热解的传热传质过程建立数学模型,模型考虑煤热解的吸热效应及挥发分逸出时对流换热的影响.与有关煤粉和大颗粒煤热解的实验数据对比,对模型进行验证.针对煤颗粒的温度变化过程和煤热解过程进行数值分析,研究煤热解的吸热效应、挥发分气体逸出的对流效应、颗粒尺寸等参数的影响.     

中温沥青超声萃取物的热解特性与分子结构间关联性的FTIR解析

沥青分子结构和沥青热转化行为的调控是制备高品质沥青基炭材料的关键。为进一步明晰沥青热解行为与沥青分子结构间的关联性,选用8种有机溶剂对中温沥青（AGMP）在常温下进行超声萃取处理得到8 种萃取物。利用 PeakFit v4.12 软件对各种萃取物的红外光谱吸收峰700~900,1 000~1 800,2 800~3 000和3 000~3 100 cm-1四个区域进行了分峰拟合处理,从而获得了萃取物所含各种官能团的精细结构信息,并引入6种分子结构参数（I₁~I₆）,表征萃取物分子结构与热解活化能的关系。傅里叶变换红外光谱(FTIR)谱图分析表明8种萃取物主要是以含氧、含氮等杂原子的脂肪烃侧链为主的缩合芳香环结构组成的复杂化合物。由于萃取剂结构差异,萃取物中的分子结构参数也略有差异。线性结构萃取剂所得萃取物链烃（I₅）含量较高,环结构萃取剂所得萃取物芳环（I₆）取代结构较多。利用热重分析法（TGA）在不同升温速率（3,6,10,15 K·min-1）下对8种萃取物的热失重行为进行了研究,在等转化率不考虑反应机理的情况下,依据Flynn-Wall-Ozawa法和Kissingr-Akahira-Sunose 法解析得出8 种萃取物的热解活化能（E_a）。结果表明8种萃取物热解活化能在78～116 kJ·mol-1之间,其值大小与官能团结构及含量密切相关。将红外光谱定量分析获得的萃取物红外结构参数与热解活化能进行关联,通过详细分析探讨不同萃取物结构参数与热解活化能的一元线性回归E_a=f(I_i)的分析结果发现,芳香性指数（I₃）和支链化程度（I₅）是决定萃取物热解活化能大小的主要指标,热解活化能与各单一指标（I_i）拟合结果的正负相关性,表示这一结构从体系中被热解破坏的难易程度。综合考虑各红外结构参数的共同作用,AGMP萃取物热解活化能与红外光谱结构指标之间的拟合关系模型为E_a=-4 294.53I₁+73 812.16I₂+207 673.32I₃-20 324.20I₄-168.56I₅+857.86I₆。结合红外分析得到的这一结果,揭示了更多关于煤沥青的热解特性和动力学的细节信息,有助于理解煤沥青的热解过程和热转化行为。