不同煤阶热解半焦的FT-Raman光谱研究

在热天平上采用慢速升温制备了褐煤、高挥发分烟煤和低挥发分烟煤的半焦。采用FT-Raman光谱对半焦进行了分析。半焦800cm^-1至1800cm^-1的Raman光谱可分解为10个谱带,以表征高度无序炭材料中的典型结构。光谱和谱带的强度比都可用来描述半焦的结构特征。在600℃低温热解时,三种煤半焦的结构差异明显。随热解温度升至800℃或900℃,这种差别消失。褐煤中可交换的钠离子影响热解过程中的成焦反应。     

复合织构双组分颗粒热解动力学行为模拟和分析

近年来,氧热法制电石工艺因相对电热法的明显优势而受到关注.为了设计适用该工艺的反应器,本文建立了包括热解动力学以及热传递效应的复合颗粒热解模型,通过模拟分别考察了单一组成球形颗粒(包括煤、氢氧化钙和碳酸钙)以及煤与氢氧化钙或碳酸钙组成的双组分复合颗粒在高温气流中的热解.基于模拟结果发现,氧热法制电石反应器宜采用氢氧化钙为钙源、烟煤和氢氧化钙以拟均相结构组成复合颗粒.颗粒热解过程中,氢氧化钙的热解吸热作用烟煤的热解吸热作用挥发分蒸发吸热作用,且挥发分蒸发吸热作用可以忽略;热解速率的相对重要性次序为内热阻外热阻反应动力学.     

生物油/乙醇混合燃料燃烧性能研究

在空气气氛下采用热失重技术研究生物油及其与乙醇混合燃料的燃烧性能,利用Achar微分法和Coats-Redfern积分法结合的方式进行动力学分析,并对热解焦炭的物化特性进行了测量。结果表明,生物油及其与乙醇混合燃料的燃烧可分为三个阶段,即轻组分挥发、重组分裂解和焦炭燃烧;随着升温速率的升高,生物油的挥发性能和燃烧性能提高;随着乙醇质量分数的增加,挥发段和焦炭燃烧段的活化能都呈先减小后增大的趋势;混合燃料中乙醇质量分数不宜超过26%,否则其燃烧段的活化能增大,且热解焦炭所含有机官能团强度变弱,燃烧性能反而变差。     

Study on combustion characteristics of bio-oil/ethanol blends

在空气气氛下采用热失重技术研究生物油及其与乙醇混合燃料的燃烧性能,利用Achar微分法和Coats-Redfern积分法结合的方式进行动力学分析,并对热解焦炭的物化特性进行了测量.结果表明,生物油及其与乙醇混合燃料的燃烧可分为三个阶段,即轻组分挥发、重组分裂解和焦炭燃烧；随着升温速率的升高,生物油的挥发性能和燃烧性能提高；随着乙醇质量分数的增加,挥发段和焦炭燃烧段的活化能都呈先减小后增大的趋势；混合燃料中乙醇质量分数不宜超过26％,否则其燃烧段的活化能增大,且热解焦炭所含有机官能团强度变弱,燃烧性能反而变差.     

用热分析技术研究煤的热解特性

利用Dupont1090热分析仪研究煤的热解特性,导出了在500℃以上的温度条件下,褐煤及烟煤在热解过程中,挥发份产率随温度变化的关系式:V_t~f=0.27V~f+0.75V~f[1-((t-1250)/750)~2]~(1/2),V_2~r=3.64+0.98V~r,并根据挥发分的总析出率,计算出了挥发分的发热量。     

应用TG-FTIR联用研究催化剂对煤热解的影响

用TG-FTIR联用技术研究了碱金属、碱土金属和过渡金属对宝日希勒褐煤和包头烟煤热解的催化作用和挥发分析出的影响。结果表明，各种催化剂对褐煤和烟煤热解的催化效果分别为Ni>Fe~Ca>K和Ca~Fe>Ni>K，K2CO3对煤的热解没有明显的催化作用。催化剂使褐煤和烟煤热解转化率增加的最大值分别为10.1％和6.4％。烟煤热解生成的CH4比褐煤的多，不同的催化剂使煤热解挥发产物CO2、H2O、CH4和CO增加的幅度不一样，催化效果与温度和煤的变质程度有关。     

稀土氧化物在高炉喷吹煤粉助燃催化剂中的应用及机制分析

在模拟高炉喷吹条件下,对添加CeO2和La2O3的混合煤粉进行了燃烧反应试验,考察了稀土氧化物对高炉喷吹煤粉燃烧过程的影响,为探讨其助燃作用机制,采用等离子体热解试验模拟煤粉在高炉风口回旋区的快速热分解过程,考察了稀土氧化物助燃催化剂对煤粉挥发分挥发过程的影响;采用固定碳在空气气氛条件下的差热和热重试验(TG&DTA)模拟稀土氧化物助燃催化剂对煤粉中固定碳在高炉风口条件下燃烧过程的影响,提出了稀土氧化物对煤粉挥发分挥发过程和固定碳燃烧过程的助燃催化作用机制.     

低阶烟煤热解过程中氯的迁移释放特性研究

为探明氯元素在低阶烟煤热解过程中的释放机制行为,采用热重红外光谱质谱(TG-IR-MS)联用技术和管式热解炉,考察热解温度、粒径等级、升温速率对陕北低阶烟煤热解过程中氯的迁移转化行为特性的影响,并建立氯迁移释放动力学模型。红外光谱和质谱分析结果表明,陕北低阶烟煤热解气体产物中含氯组分主要为HCl和微量的Cl_2。管式炉热解过程中,相比于粒径和升温速率而言,氯的释放率受温度影响最为显著。在300-800℃,随着温度升高,煤中氯的释放率迅速增大,800℃时氯的释放率为49.5%;半焦中氯的分布率逐渐减小,焦油和热解气中氯的分布率逐渐增大。煤样粒径为3.0-4.0 mm时,氯的释放率达到最大值35.8%;粒径的变化也会一定程度影响热解产物中氯的分布率。提高热解升温速率有利于挥发分的释放,升温速率为15-25℃/min时,煤中氯的释放率变化趋势明显,但过高的升温速率不利于煤中氯的释放。热解焦油中氯元素主要以无机含氯化合物的形式存在,超纯水萃取可明显降低焦油中氯的含量。低阶烟煤中低温热解过程中,氯释放的活化能均在20 k J/mol左右。     

制革、造纸和湖泊污泥燃烧特性的研究

利用热重分析法对城市湖泊污泥、制革污泥,以及两种造纸污泥进行了实验研究,并分析了污泥的燃烧特性。结果表明,四种污泥都具有高挥发分、高灰分、低热值的特点。污泥的燃烧分为挥发分燃烧和固定碳燃烧两个阶段,除了制革污泥在两个阶段失重份额相当外,湖泊污泥和造纸污泥的挥发分燃烧阶段失重都超过燃烧总失重的70%,表明挥发分是污泥中的主要可燃成分,而且挥发分和燃烧过程温度范围比较宽。污泥的挥发分燃烧DTG峰有明显的多峰叠加现象,表明污泥的挥发分析出组分较为复杂。运用Coats-Redfern积分法进行动力学分析后表明,大部分污泥的燃烧过程为二级反应,污泥燃烧的活化能较低。     

煤颗粒脱挥发分的数学模拟研究

煤颗粒脱挥发分的数学模拟研究王国金，李术元，王剑秋，钱家麟，朱亚杰（石油大学化工系，北京１０００８３）关键词煤脱挥发分，煤热解，模拟煤脱挥发分过程是煤的焦化、气化和燃烧等工艺中的基础步骤，开发煤颗粒脱挥发分的数学模型对于煤加工工艺操作参数的制定、生产...     

O2/CO2气氛下煤焦燃烧实验研究

在热重分析仪上进行了不同气氛下徐州烟煤及其煤焦的燃烧实验,分析了O₂浓度、CO₂浓度和颗粒粒径等参数对其燃烧特性的影响;并对其进行了燃烧动力学分析。结果表明,气氛对煤和煤焦开始脱挥发分的时间影响不明显,但对其燃烧速率和燃尽时间影响很大;高浓度CO₂使煤焦的燃尽时间延长。气氛没有改变煤焦的燃烧反应动力学机理。O₂浓度提高、CO₂浓度降低和煤粉细化均可改善燃料的燃烧特性,但对煤焦的改善程度比对烟煤的小。扫描电镜（SEM）结果显示,同等O₂浓度下O₂/CO₂气氛较空气气氛煤灰表面孔隙结构更丰富。     

Effect of pyrolysis characteristics on ignition mechanism and NO emission of pulverized coal during oxy-fuel combustion

The effect of pyrolysis behavior on the ignition mechanism was investigated by thermogravimetric technique. The pyrolysis tests show that Datong bituminous coal (DT) pyrolyzes earlier and releases volatiles faster than does Guohua bituminous coal (GH). During oxy-fuel combustion, more volatiles accumulated around DT particles can be ignited easily with increasing oxygen concentration which results in the heterogeneous ignition transforming to homogeneous ignition, while for GH, less volatile is released during devolatilization and the coal particles are more likely ignited heterogeneously. After the transformation of ignition mechanism, the ignition temperature of DT decreases significantly, but the combustibility index S is not appreciably affected. The effect of pyrolysis characteristics on NO emissions was studied by a fixed-bed reactor. It is found that compared to GH, DT released NO more quickly and intensively which leads to more fuel-N converting to NO. With the rise in oxygen concentration, the NO yields of both coals reach the peak values at 40 % oxygen concentration and then decline mainly due to the enhanced homogeneous NO reductions at higher oxygen concentration. With the rise in furnace temperature, the NO yields of coal samples increase first and then decrease with a maximum at 900 °C which is possibly a result of the competing reactions of volatile-N oxidation and reduction in the process of NO formation.     

Qualitative and quantitative ATR-FTIR analysis and its application to coal char of different ranks

This paper analyzes the coal to char stages of char formation of six coals of different ranks by using Fourier transform infrared coupled w ith attenuated total reflectance(ATR-FTIR).The chars w ere obtained by coal pyrolysis carried out at temperature range of 450~700℃.The data obtained show s the pragmatic disappearance of the aliphatic hydrogen content w ith increasing char formation temperature.Numerical evaluation of the spectra enabled the determination of aromaticity,fa.The aromaticity w as found to be betw een 0.66~0.79 for lignite,0.75~0.90 for sub-bituminous,0.84~1.00 for low volatile bituminous,0.83~1.00 for high volatile bituminous,0.94~1.00 for semi-anthracite,and 0.97~1.00 for anthracite respectively.With increasing rank of coal samples,spectra exhibit rising aromaticity and enhanced condensation of aromatic rings,w hereas the aliphatic chain lengths decrease.     

热解压力和升温速率对焦结构和氧化反应性的影响

以锡盟褐煤（L）、西山烟煤（B）和玉米秸秆（C）为原料考察了热解压力和升温速率对焦结构及氧化反应性的影响。利用两段式加压固定床反应器,在终温900℃,升温速率5℃/min和200℃/min以及压力0.1-2.0 MPa的热解条件下分别得到了慢速热解焦（SC）和快速热解焦（FC）,对焦进行了比表面积、表面形貌和芳香度表征,并且采用等温热重法对焦的氧化反应性进行了分析。结果表明,热解压力和升温速率影响挥发分的停留时间和释放速率,进而影响焦的产率和性质。三种原料的热解行为不同,热解压力和升温速率对焦的产率及焦结构和反应性的影响表现出不同的特点。三种原料快速热解焦产率都低于慢速热解焦产率,且焦产率都随着压力的升高而略微上升。L-FC和B-FC的比表面积分别大于L-SC和B-SC的比表面积。C-FC的比表面积却小于C-SC的比表面积。FC的表面要比SC的表面更为粗糙。B-FC的芳香度小于B-SC的芳香度,但是在加压热解条件下L-SC和C-SC的芳香度反而分别比L-FC和C-FC的低。高压慢速热解的焦氧化反应性较差。玉米秸秆焦的氧化反应性与矿物质的催化密切相关。热解过程中升温速率和压力会影响玉米秸秆焦中矿物质的含量和分布,这也是玉米秸秆焦的氧化反应性明显高于煤焦的氧化反应性的主要原因。     

石油焦与煤混合燃料热重分析研究

石油焦与煤混合燃烧是高效处理石油焦的有效方法，作者对选用的石油焦和煤不同配比的混合燃料进行了热重分析研究。使用常压高温热天平研究、分析了各配比混合燃料的热解特性和燃烧特性。并根据化学动力学方法计算了各过程的化学动力学参数，即活化能E和频率因子A0。结果表明，各混合燃料热解起始温度大致相同，随煤焦比减小，挥发分析出速率变缓，最大释放速度所对应的温度升高，最终失重率减小，挥发分释放特性指数减小；随煤焦比增大，混合燃料着火温度和燃尽温度逐渐降低，最大燃烧速率所对应的温度降低，燃烧特性指数增大；随煤焦比减小，活化能和频率因子增大。     

CO_2对褐煤热解行为的影响

利用热天平和快速升温固定床进行了CO2气氛下褐煤热解特性的研究,考察了CO2对半焦的产率和气体产物分布的影响。通过对半焦的比表面积、孔结构、官能团和元素含量的分析,确定了CO2对煤热解过程的影响机制。CO2对新生半焦的气化反应破坏了含氢的半焦结构,一方面,促进了羟基、甲基、亚甲基等基团的断裂和苯环的开裂;另一方面,减弱H与其依附本体的结合,增加了氢的流动性,引发了更多的氢自由基生成。这些氢自由基与煤大分子断裂生成的碎片自由基结合生成更多的挥发分,使半焦有较大的比表面积、孔容和开孔率。CO2的引入促进了煤的热解和挥发分的生成,增大了H2、CO、CH4和C2H6等小分子烃类物质逸出,降低了半焦的产率。     

典型烟煤热解机理的反应动力学模拟

建立合理有效的烟煤大分子模型，采用基于反应力场（Reactive Force Field，ReaxFF）的分子动力学方法模拟1400-2600 K典型烟煤的热解过程，得出产物分布和中间自由基的演变历程。研究表明，随着热解温度的升高，焦炭产量先增加后降低，焦油产量的变化趋势与焦炭相反，热解气产量单调增加。煤在低温下热解主要发生一次反应，生成焦油自由基碎片和小分子气体；高温下焦油碎片的二次反应显著，生成含量较多但数量较少的焦炭及含量与数量较多的小分子气体。2000 K是一次反应向二次反应的温度转折点。在高温热解时，煤中的C与H逐渐迁移到焦炭和焦油中，而含氧官能团较为活跃，O逐渐迁移到热解气中。二次反应阶段，O最活泼，H次之，C最稳定。热解过程中最先产生的气体是H₂O；NH₃主要来源于二次反应；H₂S在二次反应阶段被消耗转化为其他产物；H₂产量最多，且随热解温度升高而增加，尤其在二次反应中大量生成，主要源于裂解产生的氢自由基碰撞和芳香结构的缩合。基于ReaxFF模拟结果得到煤热解失重活化能为39.45 kJ/mol。     

烟煤与生物质快速共热解产物特性分析

研究了烟煤(YL)分别与富含半纤维素的玉米芯(CB)和富含木质素的松木屑(SD)快速共热解产物产率和气体组成的变化规律。结果表明,烟煤与生物质共热解组分互相作用,造成共热解气、液、固相产率和气体组成的明显变化,且与生物质种类有关。相对于独立热解过程,玉米芯丰富的半纤维素造成热解水蒸气和CO₂浓度较高,且玉米芯中富含的K元素挥发迁移至煤焦表面,对热解半焦与水蒸气、CO₂的气化反应起到催化作用,反应生成的H₂和富氢组分易与热解生成的自由基结合,抑制自由基之间的缩聚反应,使得共热解气体和液体产率增加,而半焦产率减小。烟煤/松木屑共热解过程中,松木屑中富含的Ca元素在煤焦表面迁移,促进了松木屑热解液体在半焦表面裂解反应,生成CO₂、CO和富氢自由基等轻质组分,造成共热解半焦和液体产率降低而气体产率增加。热解产物半焦、焦油、水蒸气、CO₂之间的气化和裂解反应均产生富氢的次生组分,从而提高了共热解气体中CO和烃类气体产率,降低了H₂产率。     

Thermoanalytical characterization of carbon/carbon hybrid material, Apple Woodceramics

Woodceramics, a carbon/carbon composite of plant-originated carbon reinforced by glassy carbon from phenolic resin, was prepared from apple pomace at carbonizing temperatures of 1073 K (AWC800) and 1473 K (AWC1200), and characterized by thermoanalytical methods and X-ray diffraction (XRD). Simultaneous differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric (TG) showed complicated overlapping reactions similar to those of coal. The initial temperature of pyrolysis was obtained by fitting logistic functions to observed TG data. The results suggested that AWC1200 contained more volatile matter than AWC800. In an inert atmosphere, complicated devolatilization takes place. In an oxidizing atmosphere, thermal change occurs roughly in four steps: desorption of physically adsorbed matter; pyrolysis into aliphatic and aromatic fragments; ignition; combustion of char. The oxidation resistance of AWC1200 was superior to AWC800.     

A TG/DTA study on the effect of coal blending on ignition behaviour

Understanding the ignition behaviour of coal is of utmost importance for the design of boilers and control of the combustion process. In recent years there has been an increasing utilisation of coal blends for combustion, but information on the possible interactive effects during ignition of the individual components is scarce. In this work the ignition behaviour of a series of coal blends, made up from three coals of different rank, sub-bituminous, high volatile and low volatile bituminous, was studied. To this end a thermogravimetric analyser linked to a mass spectrometer for evolved gas analysis was used. Different ignition behaviour was observed for the coals studied; the sub-bituminous and low volatile bituminous coals ignited heterogeneously, while homogeneous ignition occurred for the high volatile bituminous coal. In the case of blends of the low and high volatile bituminous coals, different mechanisms of ignition were observed depending on the blends composition. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.