甲烷在活性炭上裂解制氢研究

在连续流动石英固定床反应器上研究了甲烷在活性炭上裂解制氢的反应，并对反应前后活性炭的比表面积以及孔径分布等的变化进行了测定。结果表明，甲烷在五种活性炭上的裂解行为基本相同，反应初期转化率最高，随着反应进行转化率逐渐降低直至一个平稳的状态；降低甲烷分压和增加甲烷与活性炭的接触时间可提高甲烷转化率；温度的升高有利于初始转化率的提高，但不利于活性炭的稳定性；反应后活性炭比表面积、孔容及微孔孔容都明显降低，平均孔径增大，孔径分布向中孔方向迁移，说明甲烷的裂解导致了活性炭孔特别是微孔内的炭沉积以及进一步的孔堵塞。     

吡啶预处理抑制煤热解过程中交联反应的研究

采用吡啶蒸气、吡啶溶液两种溶胀方式对伊泰褐煤进行了预处理,用热重结合在线质谱仪考察了两种处理方式对煤热解过程中交联反应的抑制效果。结果表明,两种预处理方法对煤热解过程的交联反应都有不同程度的抑制,但其作用温度和机理不同。吡啶蒸气预处理可能通过与煤形成N—OH氢键、断开煤本身含氧官能团之间的氢键,从而在400℃以前抑制煤本身含氧官能团之间的氢键交联反应;吡啶溶液预处理主要是通过改变煤的结构,减少煤小分子同大分子网络结构之间缔合,提高氢的传递效率等因素来抑制小分子同煤大分子网络结构及其热解过程中间碎片之间的交联反应。     

高温弱还原气氛下高硅铝比煤灰变化行为的研究

利用XRD和FT-IR考察了两种高硅铝比煤(小龙潭褐煤、府谷烟煤)灰中矿物质在高温(1 100~1 500 ℃)弱还原气氛下的演变行为。通过FACT sage对煤中矿物质主要组分在高温下的变化进行了计算,并与XRD和FT-IR结果进行了比较和验证。结果表明,两种高硅铝比煤中矿物质在高温下的演变行为具有很大的差异,高温下,氧化钙含量较高的煤灰主要生成钙镁黄长石和钙长石等长石类矿物质,氧化钙含量较低的煤灰主要生成铝硅酸盐和少量的钙长石、拉长石等。氧化铁对晶体组成影响不明显;二氧化硅的含量随着温度的升高逐渐减少;低温共熔体系的存在降低了高硅铝比煤灰的灰熔点,同时,增加了高温煤灰中非晶体的含量。FACT sage热力学计算结果与XRD、FT-IR分析结果一致。     

五彩湾煤灰的烧结特性及不同添加剂的影响规律

采用热机械分析仪、高温热台显微镜、XRD及FactSage软件相结合的方法,研究了五彩湾煤灰的烧结特性及不同添加剂的影响规律。结果表明,沙子(SiO_2含量约为80%)和煤矸石(SiO_2含量为54%,Al_2O_3含量为42%)能改变煤灰的烧结特性(烧结温度和烧结速率),但不同添加剂改变的程度不同。添加10%的沙子能使烧结温度提高70℃,而0-15%煤矸石不能使烧结温度升高。此外,烧结速率随添加剂增多而减小,烧结区间随添加剂增多而延长。进一步研究表明,添加剂能够改变煤灰初始液相温度、组成、含量、煤灰中硫酸盐的分解温度及初始液相温度从而改变煤灰的烧结特性。     

XPS法研究煤表面碳官能团的变化及硫迁移行为

采用XPS对六枝（Liuzhi）和遵义（Zunyi）原煤及其固定床热解半焦表面的含碳官能团和硫迁移行为进行了研究。在氮气气氛下,在400℃～700℃遵义煤焦表面O=C－O, C－H 和 C－C含量与原煤相比,呈现下降趋势,而C=O和O－C－O、C－O含量却呈现增加趋势; 六枝煤焦表面的O=C－O、C=O和O－C－O、C－O含量的变化规律与遵义煤相似,而C－H和C－C含量的变化却与遵义煤相反。在氢气气氛下, 遵义煤焦表面不仅O=C－O含量与原煤相比下降, 而且C=O和O－C－O、C－O含量也下降,但C－H和C－C含量却增加; 六枝煤除了C=O 和O－C－O含量下降外, 其他官能团的变化与其在氮气气氛下相似。两种煤焦表面S/C比在氮气气氛下随着温度的升高而升高,氢气气氛下在400℃~600℃随着温度的升高却下降,700℃又显著升高。这说明在热解过程中硫在两种气氛下都能从体相向表面迁移,但是氢气能够和含硫自由基反应,所以氢气气氛下煤焦表面的S/C比率低于其氮气气氛下的。     

过渡金属添加剂对煤热解脱硫的影响

利用坩埚焦考察了过渡金属添加剂Fe、Cr和Mn的不同形态在焦化过程中对高硫焦煤中硫脱除的影响,并通过固定床热解实验考察了不同气氛下添加剂对煤热解脱硫及含硫化合物逸出的影响。结果表明,不同金属添加剂对煤中硫形态有不同影响,氧化性较高的Fe3+降低了煤中黄铁矿硫的含量,而其他金属添加剂对煤中硫形态影响不大。在模拟焦化过程中,铬系添加剂提高了热解脱硫率,而铁系和锰系添加剂降低了脱硫率;负载Cr3+的介休煤在不同气氛下的热解表明,氮气抑制了Cr的脱硫作用,显著地减少了含硫气体的生成量,并使煤中易脱除硫转化为稳定的有机硫;还原性气氛有利于Cr3+添加剂的脱硫作用,显著地增加了含硫气体的生成量;焦炉气和氢气下添加剂对热解脱硫及煤热解过程中含硫气体逸出的影响相似,焦炉气可以作为提高过渡金属添加剂脱硫性能的反应气体。     

哈密煤温和液化固体产物的理化性质及热解特性

为了合理利用哈密煤温和液化固体产物(MLS),对MLS的理化性质进行了考察,并利用热重分析技术研究了MLS及其萃取组分的热解特性和各萃取组分在热解过程中的相互作用。结果表明,相比于神华煤直接液化残渣,MLS中重质油含量较高(HS,36%),沥青烯(A,13%)、前沥青烯(PA,9%)含量较低。GC-MS结果表明,HS中烷烃含量较高(41.8%)。红外结果表明,HS中含较多烷烃侧链和取代官能团,A、PA次之,而四氢呋喃不溶物(THFIS)中基本不存在,表明其芳香性较高。MLS中的矿物质主要有液化过程生成的CaCO_3、原煤中的惰性组分SiO_2、NaCl、Al_2O_3·2SiO_2·2H_2O和残留的催化剂转化产物Fe_(1-x)S。热重结果表明,MLS起始热解温度和最大失重峰温均偏低,950℃失重率较高(54%),说明其热解活性较高。MLS各萃取组分在热解过程中存在正负两种相互作用,且与MLS中HS含量有关:当HS含量较高时,HS为MLS热解过程提供小分子自由基以促进挥发分逸出;当脱除部分HS或将HS全部脱除后,MLS各萃取组分中大分子自由基之间相互结合而抑制挥发分逸出。     

煤在合成气、氢气和氮气气氛下的热解研究

采用固定床反应器，在合成气气氛下对中国寻甸褐煤、蒙古Shiveeovoo褐煤和Khoot油页岩进行了热解研究。升温速率10 ℃/min，褐煤热解温度400 ℃～800 ℃，油页岩热解温度300 ℃~600 ℃，研究结果与氢气和氮气气氛下的热解进行了比较。结果表明,与加压热解不同，褐煤在不同气氛下常压热解半焦和焦油收率差别不大，但对油页岩，合成气和氢气气氛下热解焦油收率高于氮气，气体收率低于氮气。黄铁矿硫在不同气氛下热解均极易脱除，并部分转化为有机硫。油页岩的总硫脱除率远低于褐煤，与油页岩的高灰分含量有关。与氮气甚至氢气相比，合成气下寻甸褐煤的高总硫脱除率和低有机硫含量与合成气中的CO有关。但CO在油页岩热解脱硫中不起作用，也与油页岩高灰分含量有关。研究结果也表明合成气可代替氢气进行加氢热解。     

AP-TPR-MS法考察六枝煤固定床热解过程中的硫变迁行为

实验选取六枝(LZ)原煤及其在固定床热解所得半焦,采用常压程序升温还原 质谱法（AP-TPR-MS）与化学法相结合考察温度和气氛对固定床热解过程中硫变迁行为的影响。对于LZ煤而言,经氮气气氛500℃热解后,只能使煤中部分不稳定有机硫分解,黄铁矿硫却不能分解;而经氮气气氛700℃热解后可以使不稳定有机硫和黄铁矿硫全部分解。合成气气氛在500℃以前煤中的不稳定有机硫和黄铁矿硫就能全部分解,且随着温度的升高,合成气表现出与氢气相近的脱硫活性。1.0% O₂-N₂对于六枝煤并没有明显的脱硫效果,这与氮气气氛相差不大。     

神华煤直接液化残渣水蒸气和CO2气化反应性研究

分别对神华煤和神华煤直接液化残渣的水蒸气和CO₂气化反应性进行了研究。结果表明,水蒸气气化反应中,煤半焦的反应性强于残渣半焦;CO₂气化反应中,残渣半焦的反应性强于煤半焦。这主要是影响煤和残渣水蒸气和CO₂气化反应性的关键因素不同。水蒸气气化反应受煤化程度的影响较大,而CO₂气化反应受煤化程度的影响较小,受矿物质催化作用的影响大。