煤与废塑料共焦化基础研究——Ⅰ.固定床低温共焦化特性及半焦性质分析

在１０ｇ固定床反应器中,反应压力０．２ＭＰａ、氮气气氛（气体流速０．５ｌ／ｍｉｎ）,采用程序升温即室温１５Ｋ／ｍｉｎ→５７３Ｋ５Ｋ／ｍｉｎ→８７３Ｋ停留１５ｍｉｎ→反应终止的条件下,考察添加聚乙烯（ＰＥ）、聚丙烯（ＰＰ）、聚苯乙烯（ＰＳ）及不同配比时与枣庄八一焦煤的低温共焦化特性,包括对焦煤的半焦、焦油产率及热解水生成率的影响;利用偏光显微镜进行半焦的光学各向异性组织分析。实验结果表明,焦煤的半焦产率基本上不受塑料的种类及添加配比的影响,焦油产率由１０％提高至１２～１６％,同时热解水的生成率由２．６５％降至０．８％;添加各种塑料均能改变半焦的光学各向异性,特别是提高片状、丝质状和纤维状组织的百分含量。上述结果表明,焦煤与塑料低温共焦化存在协同效应。     

煤与废塑料共焦化基础研究：Ⅱ.煤与塑料共热解的热行为

利用高压热天平及高压微型膨胀仪分别考察在氮气气氛下,添加塑料与八一焦煤共热解时其失重行为及热塑料性行为的变化。实验结果表明,塑料与焦煤共热妥时,对焦煤的热失重行为无明显影响,而降低了其软化温度,固化温度,塑性区间以及膨胀体积等,从而降低了炼焦过程中的塑性。     

煤与废塑料共焦化基础研究Ⅲ. 协同作用的热重研究

采用加压热天平研究煤与废塑料共焦化过程中,不同废塑料对太钢焦煤的热解行为,以及德国废塑料对不同煤种的热解行为的影响。认为不同的废塑料对太钢焦煤热重行为的影响不尽相同;不同的煤种在与德国塑料共热解时的协同作用也不相同,德国废塑料与焦煤的相互作用更大些。共热解中废塑料与煤的协同作用受煤与废塑料二者之间的热解温区、失重峰温、失重速率的重叠程度及煤所形成的胶质体数量的影响。废塑料与煤之间的相互作用使得两者     

焦煤与不同种类废塑料共焦化的研究

采用10g常压固定床反应器、热天平和偏光显微镜,对太钢炼焦煤中添加不同种类废塑料（如HDPE,LDPE,PP和PS）后热解的产品分布、半焦的光学特性以及热重行为进行了研究。结果表明：煤和塑料的热解温度范围和峰温的差异决定二者协同作用的程度;四种塑料的添加对净焦煤的半焦收率无明显影响;当添加HDPE、LDPE、PP时,焦煤的焦油收率增加,热解水收率下降,但添加PS时的情况正相反;除了PP外,添加其它各类的塑料能增加半焦中的光学各向异性组织的含量。     

煤与废塑料共焦化基础研究Ⅳ. 煤种的影响

运用常压固定床及偏光显微镜研究了废塑料对不同煤种焦化产品分布的影响及焦炭光学性质的变化。实验结果表明：添加废塑料对不同煤种的焦化产物分布的影响各异,只有焦煤在添加废塑料后焦碳的光学织构得到改善;添加５％的混合废塑料与炼焦配煤共焦化有利于提高品的分布并能改善焦炭的光学织构;贫煤与沥青及废塑料三者的共焦化实验表明,沥青仅起到把不同的煤颗粒粘结在一起的作用。     

煤与废塑料共焦化基础研究Ⅱ煤与塑料共热解的热行为

利用高压热天平及高压微型膨胀仪分别考察了在氮气气氛下,添加塑料（ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ）与八一焦煤共热解时其热失重行为及热塑性行为的变化。实验结果表明,塑料与焦煤共热解时,对焦煤的热失重行为无明显影响,而降低了其软化温度、固化温度、塑性区间以及膨胀体积等,从而降低了炼焦过程中的塑性     

利用焦化工艺处理废塑料技术研究 Ⅰ. 热天平与10 g固定床实验

利用热天平和10 g固定床反应器分别考察了北京市生活垃圾中的废塑料与首钢炼焦配煤的热失重特性及热解产物分布规律。实验研究表明，首钢炼焦配煤主要热分解温度区域为300 ℃～750 ℃，北京市废塑料主要热分解温度区域为300 ℃～550 ℃，二者在相互重叠的失重温度区间产生“协同效应”，且在一定配比范围内，共热解产物出现 “增油减水”现象。首次提出了协同效应强度的概念及其计算式： 和 ，并得出废塑料的添加量为1％时，协同效应强度最大。     

利用焦化工艺处理废塑料技术研究 Ⅱ. 200 kg焦炉中试试验

利用200 kg焦炉考察两种废塑料(PS和WMP)与首钢炼焦配煤按不同比例均匀混合共焦化所得焦炭的质量变化规律，以期能为焦化工艺处理废塑料技术的工业应用提供基础数据。研究表明：废塑料与煤共焦化所得焦炭冶金焦率和焦炭质量降低明显，且随着废塑料添加比例增加，所得焦炭质量劣化程度整体加大；与添加同比例的PS相比，添加WMP虽得到较差的冶金焦率，但所得焦炭的转鼓强度（M40和M10）和反应后强度（CSR）均优于添加PS的情形；废塑料与炼焦配煤简单混合共焦化，严重影响焦炭质量，不能应用于工业实践。     

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，升温速度等的影响进行了详细考察，并在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，先锋褐煤在焦炉所氢气下的热解转化率为５９．０％，焦油收率达３８５．８％。     

煤与废塑料共液化中国转移的示踪试验研究：Ⅰ．溶剂的作用

采用放射性同位素^3H标记的四氯萘溶进行了先锋褐煤与低密度聚乙烯（LDPE）的共液化示踪试验，并考察了钼灰（FAMo)和Fe2O3 S催化剂的影响。应用液体闪烁计数器测量了各液化产物中的放射性活度，以研究煤与废塑料共液化中的氢转移。结果表明：在先锋褐煤与LDPE塑料共液化反应的实始阶段，存在着四氢萘溶剂的供氢作用，而且这种供氢作用不受催化剂的影响，只是热力作用的结果，使用加氢蒽油（HAO）和四氢萘（TNH）溶剂混和物作为共液化溶剂时，先锋褐煤与LDPE共液化反应初期的熔剂供氢还存在着竞争转移，其主要取决于溶剂的脱氢能力。     

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.     

废塑料在煤—焦炉气共热解中的增油减水效应

实验选用不同煤种与不同废塑料在１０ｇ 固定床反应器中与３ＭＰａ 焦炉煤气共热解,升温速率为１０ ℃／ｍｉｎ,终态温度为６５０ ℃,气体流速为１Ｌ／ｍｉｎ。结果表明,添加５ ％ 的聚乙烯（ＰＥ） 可使净煤热解焦油收率（ 扣除废塑料自身热解产油量）增加５ ％ 以上,增加的焦油量占原煤热解焦油收率的２１％ 以上;热解水分降低约２％ ,降低的水分量约占原煤热解水分的２０ ％ 。提高了煤－ 焦炉气共热解油品收率,增加了经济效益,为实现废塑料的回收增值利用开辟了一条新的途径。     

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。     

煤与废塑料共液化中氢转移的示踪试验研究 Ⅱ．富氢塑料中的氢转移

采用放射性同位素3H标记的聚乙烯塑料进行了先锋褐煤与低密度聚乙烯（LDPE）的共液化示踪试验，并考察了钼灰（FAMo）催化剂和不同溶剂的影响，示踪试验结果表明，在先锋煤与LDPE共液化过程中，富氢塑料LDPE中的含氢基团确实起着供氢作用，而且这种含氢基团向煤液化自由基的氢转移无需经过供氢溶剂进行传递，钼灰催化剂能够加速LDPE塑料的供氢作用，使用非供氢溶剂时，在煤与LDPE共液化反应初期，LDPE中的含氢基团在钼灰催化剂作用下较易向煤热裂解产物转移，并出现供氢竞争现象。     

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。     

流化床生物质与煤共气化特性的初步研究

在热天平和流化床实验装置中研究了生物质与煤的共气化特性,采用程序升温热重法对稻秆焦、高粱秆焦、玉米秆焦和神木煤焦以及生物质焦与煤焦混合物进行水蒸气气化研究。结果表明,生物质焦和煤焦的反应活性依次增大,其顺序为高粱焦>稻秆焦>玉米焦>神木煤焦。一定温度下,生物质焦与煤焦混合物的气化碳转化率高于各自气化碳转化率的加和。在流化床气化实验中,比较了单独煤气化与稻秆/煤混合物气化的结果,实验结果表明,混合物气化碳转化率、气体中可燃组分的体积分数均高于单独煤气化,气体中CO2的体积分数低于单独煤气化CO2的体积分数。     

褐煤与煤直接液化残渣共热解产物半焦性能研究

为使煤直接液化残渣得到清洁高效再利用,采用常压固定床反应器,对神东煤直接液化残渣与呼伦贝尔褐煤共热解制取的半焦进行了研究。结合扫描电镜、N₂-吸附、X射线衍射、拉曼光谱以及热重分析发现,共热解过程中存在的软化熔融现象导致液化残渣与褐煤相互黏结,共热解半焦比表面积与孔体积减小,半焦结构有序化程度增加。与褐煤单独热解半焦相比,共热解半焦CO₂气化反应性能低。     

煤与废塑料共液化中氢转移的示踪试验研究

采用放射性同位素3H标记的四氢萘溶剂进行了先锋褐煤与低密度聚乙烯（LDPE）的共液化示踪试验,并考察了钼灰（FAMo）和Fe2O3+S催化剂的影响。应用液体闪烁计数器测量了各液化产物中的放射性活度,以研究煤与废塑料共液化中的氢转移。结果表明：在先锋褐煤与LDPE塑料共液化反应的初始阶段,存在着四氢萘溶剂的供氢作用,而且这种供氢作用不受催化剂的影响,只是热力作用的结果。使用加氢蒽油（HAO）和四氢萘（THN）溶剂混和物作为共液化溶剂时,先锋褐煤与LDPE共液化反应初期的溶剂供氢还存在着竞争转移,其主要取决于溶剂的脱氢能力。