含水量对神府煤快速热解过程气体释放及孔隙结构变化的影响

通过外添加水分改变神府煤含水量,利用高频加热炉进行快速热解,研究了含水量对神府煤快速热解过程的影响,考察了四种含水量神府煤快速热解气相产物分布及变化规律,利用孔/表面分析仪表征了固相产物的结构变化。结果表明,随着煤中含水量升高,热解气总体积和最大释放速率减小;热解焦的比表面积和孔容随含水量升高而增大,与原煤煤焦相比,含水煤制得热解焦中保留了较多小孔,孔隙结构更加发达;水分有利于抑制热解过程孔的阻塞与塌陷,提高煤焦表面的粗糙程度和多孔结构的复杂程度。     

山梨醇快速热解特性与反应机理研究

本研究结合快速热解实验和密度泛函理论(DFT)计算,深入探究了山梨醇快速热解主要产物的生成机理与竞争关系.结果表明,山梨醇快速热解产物主要包括:小分子产物羟基乙醛(HAA)、羟基丙酮(HA)等,呋喃类产物糠醛(FF)、1-(2-呋喃基)-乙酮(2-FE)等和脱水糖产物异山梨醇(IS).小分子产物HA和HAA生成路径的反...     

煤快速热解过程碱及碱土金属释放特性及焦理化结构演变研究

本研究基于高频炉反应器开展准东煤的快速热解实验,探究碱及碱土金属(AAEMs)的释放特性及其与煤焦理化性质演变的关联.热解停留时间、气氛是影响AAEMs迁移特性及煤焦理化性质演变的重要过程参数.研究表明,AAEMs的释放率随热解停留时间的延长而增大,Na、Mg和Ca的最大释放率分别为61.05％、64.47％、44.0...     

煤高温快速热解规律研究

利用高温滴管炉在1000℃～1400℃考察了彬县烟煤在高温快速热解过程中失重的变化,同时比较了埃塞俄比亚褐煤和晋城无烟煤的热解规律。结果表明,热解失重率随温度的升高而增加,而且各种煤种的最大失重率在高温下大于工业分析的失重率。对于不同变质程度的煤种其热解特性也不相同,较低的热解温度对高阶煤的影响较小。彬县原煤经过热解后比表面积增加,且随着热解温度的提高而增大,当热解温度超过灰熔点时,总比表面积降低。通过数据回归,得到了三种煤的失重率和热解温度的关联式。     

煤直接液化残渣快速热解半焦特性的研究

在惰性气氛N2条件下,利用小型固定床进行了煤直接液化残渣快速热解半焦特性的研究,并结合热天平残渣半焦等温热失重进行分析。考察了终态温度、停留时间等外部操作条件以及颗粒大小对液化残渣快速热解半焦特性的影响。结果表明,半焦产率随着终态温度提高而降低,焦质变脆,石墨化程度增强,气化反应性减弱;随着反应停留时间的延长,热解产物半焦收率降低,但焦样中孔的数目增多;颗粒大小也影响着半焦的产率,在较大颗粒大小分布范围内,随着颗粒大小的减小,半焦产率随之减少。     

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.     

神府煤热解-活化耦合反应产物特性及机制研究

利用两段式固定床反应装置,研究了神府煤热解-活化耦合产物的特性,探讨了热解温度及活化剂(H_2O(g)、CO_2和H_2O(g)/CO_2)对产物性能的影响,揭示了热解-活化耦合反应机制。结果表明,热解温度对半焦的CO_2化学反应性影响较小;采用热解-活化两段耦合工艺,可使神府煤热解的焦油产率明显提高,产率最高为17.8%;不同活化剂对两段耦合过程产生的混合煤气(mixture coal gases,MCG)和焦油产率影响为H_2O(g)H_2O(g)/CO_2CO_2,其焦油组分均以饱和分和芳香分为主;采用H_2O(g)/CO_2(1∶1)活化剂,可有效提高活性炭的比表面积,其BET比表面积为845.37 m~2/g。热解-活化耦合机制主要为活化段产生的合成气(synthesis gases,SG)为热解段煤的加氢热解提供了氢源,丰富的氢自由基促进了煤的加氢热解反应,改变了耦合过程的产物分布和特性。     

玉米芯快速热解油特性研究

利用层析法对玉米芯快速热解油进行分析。结果表明,裂解温度对热解油产率及其族馏分构成的影响很大。通过气相色谱(GC)分析表明,脂肪族馏分碳数分布主要在C12~34,在烷烃碳数分布上,脂肪族馏分与柴油相当。并利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)分析了600℃下得到的热解油特征,表明玉米芯快速热解油作为燃料和高品位化学品原料来源具有潜在的发展前景。     

纤维素与草酸的慢速和快速共热解反应特性研究

本研究利用热重-傅里叶变换红外光谱和卧式固定床热解反应装置,探究了纤维素与草酸的慢速和快速共热解反应特性。慢速共热解的失重曲线包括草酸分解和纤维素分解两个阶段,由于草酸与纤维素分解不同步,草酸主要通过其分解形成的挥发分影响纤维素的分解,且影响并不明显。而在快速共热解中,草酸与纤维素同步热解,原料及挥发分之间有着充分的交互反应,因此,草酸对纤维素的三相热解产物具有显著影响。相比于纤维素单独快速热解,快速共热解形成的生物油中左旋葡聚糖、左旋葡萄糖酮含量减少,1,4∶3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖含量显著提高;热解气中CO减少,CO₂增多;此外,纤维素分解更为彻底,热解炭具有更高的芳香化程度。     

垃圾衍生燃料等温快速热解和燃烧反应特性

利用热天平和管式炉对RDF(Refuse Derived Fuel)等温快速热解和燃烧反应特性进行了研究。实验发现，在等温快速升温的条件下，RDF热解和燃烧的反应速率都非常快，从受热开始到反应结束需60 s～80 s;从开始失重到完成反应为20 s。RDF热解和燃烧热重反应曲线非常类似，都只有一个反应失重区;RDF组成对其燃烧和热解反应性有重要影响，含有橡胶的RDF的热解和燃烧反应速率较小。在650 ℃～800 ℃RDF快速热解产物中气、液产物的产率可达80%～90%，而固体产物的产率只有10%～20%，热解气体的热值为20kJ/m3，RDF较适合进行热解处理。     

昭通褐煤的热解提质及其对气化反应性能的影响

为了对储量相对丰富的昭通褐煤进行合理有效的分级转化利用,采用固定床程序升温热解的方法研究了不同温度下煤的热解行为,借助GC-MS和拉曼光谱对所得焦油和煤焦进行了表征分析,并在850℃下对不同热解温度制得的煤焦进行了水蒸气等温气化特性评价。结果表明,热解温度为700℃时,热解气体有效组分(H_2、CO、CH_4)的累积物质的量占总释放量的70%,此温度下热解气低位热值增长速率最快(以500℃下热解气低位热值为基准计算,其值为90%);酚类化合物在500-700℃大量生成析出,而温度高于700℃时,酚类化合物的分解反应加剧。不同热解温度下所制煤焦的表观气化反应速率随热解温度的升高不断降低,气化产物中CO_2与CO的物质的量逐渐升高,700℃热解制得的煤焦在水蒸气气氛下气化所得合成气中有效组分H_2与CO的比率最高。     

澳大利亚烟煤热解的拉曼光谱研究

采用拉曼光谱考察了澳大利亚烟煤在常压、温度为298~1 473 K条件下,不同热解气氛(Ar和N2)下的热解性能。结合AD/Aall、AG/Aall、WG以及PG-PD等表征参数分析发现,澳大利亚烟煤的热解可以分为三个阶段:298~873 K为固有小分子和大分子键能较弱处断裂分解产生的小分子化合物的析出沉积和挥发;873~1 273 K为大分子化合物裂解挥发和炭化;1 273~1 473 K为焦炭的石墨化。在N2和Ar气氛经1 473 K热处理后,焦炭的不同杂化结构的碳相对含量呈现明显差异。不同保温时间下,其煤焦碳结构演变趋势相似,但保温时间越长,越有利于小分子挥发分在较低温度的挥发。     

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。     

神府煤煤岩显微组分的浮选分离及富集物的低温热解产物特性研究

研究了神府煤煤岩显微组分的浮选法分离及富集物的低温热解产物特性,考察了矿浆pH值对浮选分离效果的影响,探讨了显微组分富集率对低温热解产物收率的影响,对比分析了显微组分富集物低温热解产物特性,为煤岩显微组分的分级利用提供理论指导。结果表明,调节矿浆pH值可控制煤岩显微组分的分离效果;煤样中镜质组含量越高,低温热解的焦油收率越高,而惰质组含量越高,焦油收率越低,半焦收率越高;镜质组富集物低温热解后半焦表面出现明显的大孔和裂隙,惰质组富集物低温热解后半焦的结构更加疏散、易碎,小颗粒增多;神府煤及各显微组分富集物低温热解焦油中酚类物质的相对含量较高,镜质组富集物热解焦油中的酚类、萘类和链烃类物质含量高于惰质组,而惰质组富集物焦油中多环芳烃类及苯类相对含量较高;神府煤及各显微组分富集物低温热解气的主要成分为CH4、H2、CO、CO2及少量C2~5碳氢物,镜质组富集物热解气中CH4、H2及C2~5的相对累积产率高于惰质组,而CO和CO2产率低于惰质组,原煤热解气中CH4和H2的相对累积产率高于镜质组和惰质组。     

神府煤热解的结构变化及煤焦加氢反应性研究

将煤加氢过程分解为原煤热解和焦加氢两个过程,在固定床反应器内研究了煤热解和焦加氢反应。采用红外气体分析仪、拉曼光谱仪和X射线衍射仪,分析研究了煤热解过程中气体组分含量与煤焦微观结构变化的相互关系以及煤焦微观结构对其加氢反应特性的影响。结果表明,热解温度对煤焦的微观结构和加氢反应性有较大影响,400-800℃,随着温度升高,煤焦拉曼分峰面积比A_(D1)/A_G、A_(D2)/A_G、A_(D3)/A_G、A_(D4)/A_G均上升,A_G/A_(All)减小。800-900℃,A_G/A_(All)增大,无序碳的相对含量增加,石墨化进程明显。煤焦的XRD分析与拉曼光谱分析结果一致。400-800℃,随着温度升高,煤焦中碳结构晶面间距d_(002)先增加后减小,堆垛高度L_(002)增加,晶面间距与堆垛高度比d_(002)/L_(002)减小,煤焦中石墨碳结构的含量增加。800-900℃,d_(002)减小,L_(002)明显增大。采用拉曼分峰比(aA_(D1/G)+bA_(D2/G)+cA_(D3)/G+dA_(D4/G))与加氢反应性特征参数τ_(0.5)进行线性拟合,得到代表碳微晶结构加氢反应性的拟合因子,且拟合因子越大,相应碳微晶的加氢反应性越好。     

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。     

煤热解过程中气态硫逸出特性的在线分析

建立了一种简单的在线检测煤热解过程中气态硫选出的方法-程序升温热解-火焰光度检测法(TPD-FPD)，该方法适用于煤的连续热处理过程。检测装置由可实现程序升温的微型热解反应器(TPD)、在线的火焰光度检测器(FPD)及数据采集系统构成。应用此方法分别对神木煤、依兰煤进行了分析，得到了其气态硫选出的动态特征谱图。并通过对比实验验证了此方法的准确性及重复性。结果表明：TPD-FPD是一种研究热解过程中煤中硫向气态迁移的有效的在线分析手段。