固体热载体热解霍林河褐煤实验研究

在处理量为10kg/h的粉煤-固体热载体移动床实验装置上,以循环灰为热载体对其进行了热解特性评价实验.考察了热解温度(460℃~610℃)、反应时间(6min~8min)及煤粒粒径对热解产物产率和组成的影响.结果表明,随着热解温度的升高,气体产率增大;焦油产率在520℃时达到最大值4.94%.热解煤气的热值为19.80...     

煤在热载体流化床中的热解模型

煤粒在热载体流化床中的热解规律对于设计煤气、热、电三联产的关键装置－热载体流化床干馏炉是十分重要的。本文建立了煤粒在热载体流化床中的传热和热解反应的微分方程，并对其进行了数值求解，得到了煤粒度、热载体流化床操作速度、热载体流化床床层温度、热载体颗粒粒径等对煤气产率的影响规律，为热载体流化床干馏炉的设计提供了计算方法和理论依据。     

热解和加氢热解煤焦油的组成和煤结构的关系

用色谱质谱联用技术测定了兖州烟煤和红庙褐煤在氮气下热解和加氢热解焦油的组成。在４５０℃～６５０℃的温度范围内考察了温度对热解和加氢热解苯类、酚类、萘类化合物产率的影响。结果表明兖州煤热解和加氢热解焦油中的正构烷烃以Ｃ８～Ｃ１０占优势，红庙煤中以Ｃ１７～Ｃ２０占优势。从热解产物看兖州煤和红庙煤的主体分子结构有着显著差别，兖州煤主要以稠环芳烃为主，其中的氧以氧杂环的形式掺杂在稠环结构中；红庙煤含有较多的酚羟基、酮、醚等官能团与碳骨架相连。加氢热解可以有效的脱除焦油中含氧、含硫官能团，改善焦油质量。     

橄榄石基固体热载体影响褐煤热解产物分布的分析

为了提高固体热载体煤热解工艺中焦油的品质,降低焦油中沸点大于360 ℃的重质组分含量,本实验采用固定床反应器,在450~600 ℃下进行褐煤固体热载体快速热解反应.分析对比了橄榄石基和石英砂固体热载体对褐煤热解产物收率、焦油馏分、气体组成的影响.结果发现,Co能改变煤内部挥发分氢元素的分布,橄榄石负载Co热载体能将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气.热解温度为550 ℃时,与橄榄石相比,负载Co的橄榄石固体热载体使焦油收率提高了19.2%.与石英砂相比,负载Co的橄榄石固体热载体使焦油中重质组分含量降低了17.0%,轻质组分收率达5.1%,其中,轻油、酚油和萘油分别提高了19.6%、17%和15.2%,气体产物中H₂、CH₄含量下降.     

有机钾盐催化剂在流化床煤催化气化工艺条件研究

采用等体积浸渍法制备出有机钾盐催化剂,在流化床试验装置上具有较高的煤催化气化性能。进行气化温度、压力、初始煤水质量比和载气流速等工艺条件试验,以煤炭转变为的气相产物转化率和甲烷产率(累积生成量)作为两个主要考察指标。通过试验得出煤气化反应条件对催化剂性能具有显著的影响,在流化床装置上优选工艺条件范围是温度700～800℃、压力2.5～3.0MPa、初始煤水质量比4.0～5.0g/g/min、载气流速1.8～2.0L/min。     

CaO对褐煤在超临界水中制取富氢气体的影响

以褐煤在超临界水中制取富氢气体为目的，利用小型高压间歇反应装置，在Ca/C 摩尔比为0～0.60、温度450℃～680℃、压力23MPa～38MPa和停留1min～30min下，考察了小龙潭褐煤的反应特性。研究表明，CaO不仅可以固定气相中的CO2，提高H2的体积分数，而且可以提高碳转化率和气体产率。600℃、28MPa，Ca/C摩尔比为0.42时，气相产物中的CO2趋于完全固定，H2产率比无添加剂时提高2.5倍，H2体积分数为48％，其余为CH4和烃类气体。升高反应温度使CaO的催化作用更为显著, 碳转化率和气体产率（H2、CH4、烃类气体）随着反应温度的升高而逐渐增加，液相收率减少。增大反应压力可以促使煤转化率和气体产率升高，停留时间对反应的影响相对较小。以900℃热解焦为反应原料进行了气化实验，结果表明，在600℃和650℃反应5min后，碳转化率分别为8.6％和12.5％，CaO对气化反应和甲烷化反应起不同程度的催化作用。     

煤—焦炉气共热解特性的研究：温度的影响

利用高压热天平和１０ｇ固定床反应器考察了温度对兖州烟煤与焦炉气共热解的失重行为、热解产物分布以及脱硫脱氮的影响。随热解温度升高共热解在３００～５５０℃和６００～７００℃间出现明显失重峰。煤焦炉气共热解与加氢热解失重行为相似，均发生热分解反应和加氢反应。在实验温度范围（４５０～６５０℃）内，温度升高有利于提高焦油收率、热解水含量以及脱硫脱氮率，同时半焦收率降低。相同热解条件（压力为３ＭＰａ，终温为６５０℃）下，与煤在氮气气氛下热解相比，煤焦炉气共热解和加氢热解所得半焦收率均降低，焦油收率、热解水及脱硫脱氮率明显增加。与相同总压的加氢热解相比，煤焦炉气共热解半焦和热解水收率增加，焦油收率降低，脱硫率相当且脱氮率降低     

吡啶萃取对烟煤热解过程焦油生成特性的影响

煤中含有以非共价键结合的可萃取物，煤的萃取物和萃余物热解反应性不同。本研究首先用醋酸消除煤中静电作用力，再以吡啶萃取消除氢键作用力，通过热重和固定床研究了煤萃取物和萃余物的热解特性。相对于原煤，萃取物（E1）的H/C原子比较高，而萃余物（R1）比原煤的孔径有所增大。热重实验表明，萃取物热分解温度低，失重率大；萃余物在485℃之前失重大于原煤，温度高于485℃小于原煤。固定床氮气热解表明，萃取物（E1）的焦油产率和气体比原煤高；萃余物（R1）的焦油产率低于原煤焦油产率。而氢气气氛下，萃取残渣的焦油产率明显高于原煤，这是由于吡啶萃余物具有更开放的孔结构，有利于加氢热解过程氢向孔内扩散，减少了缩聚反应。     

煤在流化床中的热解Ⅰ.浓相温度对煤脱挥发分行为的影响

利用一个内径４８ｍｍ，具有锥形分布板的流化床对神木煤（４５～８０目）的热解行为进行了研究。流化床稀浓两段温度可以分别控制。浓相段温度４００～９００℃，稀相段温度控制在５８０℃，得到了浓相段温度与热解产物产率的关系。结果表明，提高浓相段温度有利于Ｈ２，ＣＯ，ＣＨ４及Ｃ２Ｈ４产率的提高，浓相段温度在６００～６５０℃左右液相产品产率达到最大值。通过与以往的研究者所得结果的比较，表明在稀相段温度较高的情况下，即使挥发分停留时间很短，也会有相当程度的二次反应发生。而本文的结果是在最大限度地减小了稀相段气相二次反应的情况下得到的，更准确地反映了流化床浓相温度对热解的影响。     

平朔煤岩显微组分热解过程中HCN的生成

以平朔煤的三种有机显微组分为研究对象，使用石英玻璃管式反应器，在600℃～900℃范围内考察了程序升温热解和快速升温热解过程中HCN形成与释放的规律。实验结果表明,热解反应温度、升温速率和显微组分类型对HCN的释放均有较大的影响。热解温度越高，HCN在三种显微组分气相产物中的生成量越大；热解温度为900 ℃时，稳定组的HCN收率较大，热解温度为600 ℃时，镜质组的HCN收率较高，这和不同显微组分中氮的赋存形态有关；与慢速升温热解相比，快速升温热解有利于HCN的释放；与原煤热解过程中HCN的收率相比，显微组分在原煤中的百分含量不是HCN收率的权重系数，显微组分热解生成HCN的过程中有协同效应。     

超临界水中煤焦油沥青轻质化的实验研究

采用间歇超临界水（supercritical water, SCW）反应器,考察了反应温度（400℃~480℃）、停留时间(1 min~80 min)和反应压力（25 MPa~40 MPa）对煤焦油沥青轻质化的影响。与常压N2热解相比,煤焦油沥青在SCW中反应后产物中的轻油质量分数高,残焦质量分数低,表明SCW可以促进煤焦油沥青的轻质化反应进行并抑制缩合反应。沥青质是煤焦油沥青在SCW中发生反应的主要组分。在440 ℃和34 MPa时反应20 min,产物中轻油的质量分数可达原料的两倍,说明煤焦油沥青在SCW中可以发生明显轻质化反应。与温度相比,压力和停留时间的影响相对较小。     

含氧/蒸汽气氛中煤高温分解产物分布及反应性

在流化床反应器中考察了含氧/水蒸气气氛中煤在850 ℃下的热解特性,包括产物分布特性及生成的半焦与焦油的反应性,研究了温度、过量空气比(Equivalence ratio: ER)和水蒸气/煤比(S/C, 质量比)的影响。结果表明,随热解温度、ER和S/C质量比的增加,气体产率增加,而半焦和焦油产率减少。O₂的加入使CO₂、CO含量明显增加,H₂含量降低。O₂和水蒸气的加入使半焦的比表面积显著增加,半焦气化活性增强,但半焦在900 ℃和 ER 为0.22的条件下出现轻微石墨化,降低了其气化活性。同时,反应气氛中含有O₂和水蒸气对焦油的性质有显著影响,与单纯的N₂气氛相比,O₂和水蒸气的存在使热解焦油中单环芳烃、酮类、酚类、脂肪烃都明显减少,这对于焦油的进一步裂解及重整更加有利。     

神府烟煤水煤浆快速热解焦结构演化及其反应性的研究

利用高频热解装置对神府烟煤水煤浆及其原煤进行了600~1 200 ℃条件下的快速热解实验,考察了两者快速热解后的煤焦产率、焦-C产率随热解温度的变化规律.利用XRD、氮气气体吸附法、SEM等测试手段对比分析了水煤浆及煤粉热解后煤焦的微晶结构、孔隙特征及表观结构;在热重分析仪上进行CO₂气化反应活性的测定,对比了水煤浆和煤粉热解后煤焦的气化活性.实验表明,随着热解温度的升高,水煤浆和煤粉的热解焦产率、焦-C产率均逐渐降低,热解温度低于900 ℃时,两者热解焦产率、焦-C产率趋于一致,热解温度高于900 ℃时,水煤浆热解焦产率和焦-C产率明显低于煤粉热解焦;高温热解条件下,水煤浆热解焦的微晶有序化程度比煤粉热解焦略高,比表面积明显高于煤粉热解焦,水煤浆热解焦的气化活性优于煤粉热解焦.     

炉前煤低温干馏工艺中脱硫行为的模拟研究

为了提供燃煤炉前低温干馏系统中硫的脱除和转化的工业设计依据，采用自制的程序升温固定床反应器，在模拟燃煤炉前低温干馏的工况下考察了热解温度及Ca/S原子比对热解产物中硫分布的影响。结果表明，由于CaO的存在，循环流化床（CFB）锅炉的循环灰具有明显的固硫作用，在480℃~640℃、煤热解气、液产物中60％～70％的硫以CaS的形式固定在灰中。相同热解温度下，固硫作用随着Ca/S原子比的提高而增加，焦油收率和焦油中硫含量均有所下降。     

褐煤原位气化半焦的反应性及微观结构的演化行为

在自制两段新型固定床反应器上进行了褐煤热解及"热"半焦的原位气化反应的研究。在高纯氩气、400/600/800 ℃的条件下,对褐煤热解5 s后,立刻将反应器移到气化段,同时切换气氛为15%水蒸气对"热"半焦进行原位气化反应(900 ℃、2~30 min),制得原位气化半焦。利用TGA和Raman光谱仪,对原位气化半焦进行反应性和微观结构表征。结果表明,原位气化半焦产率及反应性在气化10 min内降低幅度相对较大,10~30 min降低相对缓慢。大部分的含氧官能团在气化2 min内被释放,气化2 min后含氧官能团变得非常少。半焦中小的芳环与大环体系之比在气化2 min内急剧降低,2~30 min降低较为缓慢。半焦的微观结构对其反应性有一定的影响,随着气化反应的不断进行,半焦中无定形结构、小的缩合芳环等活性基团逐渐减少,反应性相应降低。     

煤焦油在超临界水中的改质研究

在自制的间歇式高压反应釜中，对煤焦油在超临界水中的改质反应进行了研究。考察了温度、反应停留时间、水密度等对产物分布及组成的影响。通过与N2气氛下的焦油常压热解、高压热解过程所得结果进行对比，表明煤焦油在超临界水中发生了轻质化反应，获得一定量的轻质化油品；超临界水介质的存在还对产气量和过程结焦产生一定的抑制作用。为获得较高的轻组分收率，最佳的反应条件为：450℃左右，反应停留时间约为20 min，水密度约为0.40 g/cm3在此反应条件下的轻质油收率为51.55 w%，比原料中的增加了约30％。     

氧化钙催化煤温和气化研究

报道了神木煤在小型流不反应器中,于４５０～７５０℃温度内,用ＣａＯ催化煤温和气化的研究。结果表明：添加ＣａＯ后,气体和半焦产率增加,焦油产率减少;ＣａＯ粒子对煤温和气化生成的焦裂解具有明显催化作用;可以明显增加气相中Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ１～Ｃ５产率,降低半焦中Ｈ／Ｃ比,ＣａＯ还具有明显的固硫和固ＣＯ２作用,最后,推测了煤温和气化中ＣａＯ催化裂解多环芳烃侧链的机理。     

热态半焦和冷态半焦催化裂解煤焦油研究

对比研究了热态半焦(原位热解半焦)和冷态半焦(热解后温度降至常温的半焦)对煤焦油的催化裂解特性。结果表明,相同条件下,热态煤半焦比冷态煤半焦具有更高的催化裂解焦油能力。当裂解温度为1 100 ℃,热解气体在热态半焦层中的停留时间为1.2 s时,催化裂解后燃气中焦油含量可降至100 mg/m³。BET分析结果表明,热态半焦比冷态半焦具有更大的比表面积和更发达的微孔结构。同时,在不可避免经历相对明显的高温过程中,冷态半焦的碳微晶结构有序度增加,进而导致其活性有所降低。随着气体停留时间的延长或催化裂解温度的提高,燃气中焦油含量迅速降低,但热态半焦与冷态半焦催化裂解焦油的活性差异也变小。半焦催化裂解焦油后,活性明显降低,但使这种半焦与水蒸气发生部分气化反应后,其活性基本得到恢复。     

煤与混合废塑料共热解固体产物中氯的赋存形态及在燃烧时的释放特性

通过红外光谱、热重 质谱及燃烧 水解实验，研究了煤与废塑料共热解固体产物中氯的赋存形态及在燃烧过程中氯的释放特性。结果表明，温度低于600℃热解的半焦中存在有机氯化合物；600℃以上热解的半焦（或焦炭）中氯主要以无机盐类存在。燃烧过程中氯的释放率与燃烧温度，煤与废塑料共热解的温度以及共热解时废塑料的加入量有关。燃烧温度越高，氯的释放率越大，900℃燃烧时，氯的释放率都在94%以上；在同一温度燃烧时，热解温度越高，氯的释放率越低。400℃热解的半焦最高释放率达99.86%，而1000℃热解的焦炭的最高释放率为94.35%。