不同彬县焦的水蒸气气化反应动力学研究

在常压,900℃～1050℃考察了彬县煤的三种焦样（常规方法制焦、快速热解焦和脱灰快速热解焦）在热天平上的水蒸气气化反应。考察了温度和焦种对水蒸气气化反应的影响。对比了三种焦的动力学参数和比表面积。结果表明,气化温度是影响煤焦气化反应速率的主要因素,提高50℃,反应速率增加一倍。快速热解焦的反应速率在相同反应条件下明显大于慢速焦。三种焦的表观活化能以快速焦最大,因而反应速率受温度的影响也最大,快速脱灰焦次之,慢速焦最小。     

高碳转化率下热解神府煤焦CO2高温气化反应性

用热天平等温热重法研究了6种不同热解速率和热解终温的神府煤焦在反应温度1200℃～1400℃的CO2气化反应性。研究了高碳转化率下，反应温度、热解终温和热解速率对快速和慢速热解焦高温反应性的影响。结果表明，快速热解焦比慢速热解焦的反应性好；随气化温度的提高，煤焦反应性的总体趋势增强，反应温度1300℃～1400℃时，3种快速热解焦的反应速率出现重叠；碳转化率为90%～98%时，慢速和快速热解焦的平均表观活化能为59.64kJ/mol～105.92kJ/mol和34.47kJ/mol～40.87kJ/mol，且气化反应以扩散控制步骤为主。     

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。     

热解压力和升温速率对焦结构和氧化反应性的影响（英文）

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。     

高温下煤焦的碳微晶及孔结构的演变行为

以贵州煤为原料,在热解温度950℃~1400℃制备了各种慢速和快速热解焦,主要对高温热解过程中煤焦的碳微晶和孔结构的演变行为进行了研究,同时也研究了高温气化过程中煤焦的孔结构变化规律。结果表明,慢速热解焦和快速热解焦的C和H含量明显不同;随热解温度的升高,煤焦的碳微晶结构向有序化方向发展,但慢速热解煤焦比快速热解煤焦的"石墨化"程度大;快速热解煤焦的微孔比表面积和微孔容积明显高于慢速热解煤焦,即快速热解煤焦的孔隙结构明显比慢速热解煤焦发达;在气化反应初期,煤焦的微孔比表面积下降,微中孔比表面积增加,反应后期煤焦的总比表面积快速下降。     

升温速率对胜利褐煤热解过程中N迁移转化的影响

在固定床/流化床管式石英反应器中进行了胜利褐煤的快速热解和慢速热解实验,考察了升温速率对N迁移转化及对半焦内部N化学形态变化的影响。研究结果表明,快速升温热解气相N(NH₃和HCN)生成量明显高于慢速热解时的生成量,且随着温度的升高,两者差值均逐渐增大。在多数情况下,NH₃或HCN的产率在973 K左右并不随温度的升高而增加,这与高温下的半焦热缩聚反应以及挥发分的二次反应有关。快速热解条件下,半焦N的释放速率要快于半焦炭本身失重速率。X射线光电子能谱(XPS)分析认为,热解使得吡咯型N(N-5)部分转化为吡啶型N(N-6)和季氮型N(N-Q),快速热解有利于生成N-6,而慢速热解下半焦中N-Q含量较高。     

重油残渣焦水蒸气气化反应特性的研究

采用常压热重分析仪,研究了重油残渣焦的水蒸气气化反应性,主要考察了热解温度、升温速率、停留时间及气化反应温度、气化剂分压对重油残渣焦水蒸气气化反应的影响,并借助XRD对残渣焦进行了分析表征。结果表明,气化温度950℃,60%水蒸气分压条件下,快速热解焦比慢速热解焦的气化反应性高;随制焦温度(500~900℃)的提高及停留时间的延长,焦的气化反应性降低。气化温度是影响重油残渣焦气化反应的主要因素,在900~1 050℃,温度每提高50℃,重油残渣焦气化反应时间几乎减半;随着水蒸气分压的提高,气化反应速率增加,但当气化剂分压高于60% 时,其对气化反应影响较小。采用均相模型和缩核模型对重油残渣焦气化曲线进行模拟,结果发现,缩核模型模拟相关性较好,其活化能为195.0 kJ/mol,指前因子A₀为2.6×10⁷min^-1。     

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。     

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.     

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。     

胜利褐煤低温氧化过程中微结构的转化特性研究

选用内蒙古的胜利褐煤作为研究对象,通过固定床反应装置对褐煤进行不同温度(200-300℃)下的低温氧化,利用FT-IR、Raman和XPS等方法对氧化处理后煤样的结构进行了表征,考察了不同温度下低温氧化对褐煤微结构和质量变化的影响,并利用热重分析仪研究了氧化后煤样的燃烧反应性能。结果表明,温度对低温氧化过程中胜利褐煤的质量变化率影响较大,低于220℃时,褐煤的质量变化率很小,高于220℃时,质量变化率有明显的改变。特别在220-230℃,煤样的质量变化率由5. 80%(220℃)突变为42. 55%(230℃)。FT-IR/Raman/XPS表征结果显示,220℃氧化后的煤样中有明显的苯醌类结构形成,此结构的形成使苯环骨架C=C的伸缩振动吸收峰发生红移,且Raman谱图中D峰位置偏移,D峰和G峰两峰间距增大。氧化温度低于220℃的煤样表面C-O-和C=O的含量均增加,推测煤样在220-230℃质量变化率的突变主要与苯醌类结构的氧化分解有关。     

热预处理影响褐煤热解行为研究

采用固定床反应器研究了不同气氛热预处理对内蒙胜利褐煤结构的改变,及其对后续热解行为的影响。结果表明,与原煤相比,热预处理后煤中羟基含量和芳香氢与脂肪氢的比减少,脂肪氢的相对含量增加。与未经处理的煤热解相比,N2、N2+O2、CO2气氛下热预处理后热解水收率下降,热解气收率增加,热解气中CO2含量增高,导致高位热值下降。过热水蒸气热预处理后,焦油质量收率提高3～4个百分点。热解焦油组成的变化与预处理气氛、温度密切相关,过热水蒸气200℃下预处理使得焦油中轻质组分的含量(沸点低于360℃的馏分)比原煤焦油提高了约27个百分点;水蒸气和模拟烟气混合气氛下在200℃及250℃预处理后,其热解焦油中轻油和酚油含量分别提高约60和42个百分点。     

先锋褐煤的热处理和水热处理改质

通过先锋褐煤热处理和水热处理,结合处理煤结构与性质表征,研究了热处理和水热处理对先锋褐煤结构、抽提和溶胀性能的影响,探讨了热处理过程水的作用。结果表明,低于热解温度下的热处理以非共价键解缔合及部分弱共价键热解为主,水与煤的水热反应能够抑制水热处理过程中煤的热解和小分子化合物释放。高温热处理以热解和脱氧为主,水热反应可以稳定煤热解活性基团,避免其二次裂解和交联,在一定程度上提高处理煤的混合溶剂抽提率,改善其溶胀性能。     

低温加压热解脱氧对胜利褐煤亲水性的影响

在固定床反应器中考察了低温（200~350 ℃）、加压（0.25~8.00 MPa）热解条件下胜利褐煤主要含氧官能团的变化规律,并进一步分析了褐煤中含氧官能团的脱除对其吸水能力的影响。结果表明,温度升高对胜利褐煤中羧基和酚羟基的脱除非常有效,压力变化对羧基脱除影响极小,而在3.00~4.00 MPa时对酚羟基脱除效果最佳;同时羧基对煤样的表面极性和亲水性具有决定性作用,当羧基含量不变时,固体比表面积对煤样的吸水性影响相对较明显。     

胜利褐煤燃烧中未反应残留物结构特性及铁的添加效应

利用TGA确定胜利褐煤盐酸脱灰煤和添加铁组分脱灰煤的着火温度,在着火温度进行燃烧反应,收集燃烧反应一定时间后的未反应残留物,利用FT-IR、XPS、XRD和Raman等对其进行表征,研究了胜利褐煤燃烧过程中铁的影响规律。结果表明,铁的加入降低脱灰胜利褐煤的着火温度,当添加量为3.50%时,着火温度降低的幅度最大。在着火温度燃烧反应一定时间后未反应残留物的FT-IR表明,其有机官能团结构无显著变化,说明铁的添加并不影响其有机官能团结构特性,有机官能团不会对燃烧性能产生太大的影响。添加铁使SL+在燃烧过程中未反应残留物结构芳香度下降,晶面间距增大,晶体结构中缺陷位相对增加,石墨化程度降低,烷基侧链增多,碳氧结构迅速减少,说明铁组分的加入改变了其燃烧过程中碳氧结构转化特性,抑制了石墨化转化速率与程度,即在燃烧反应过程中改变了其未反应残留物的微结构,从而改变了其反应历程,加速燃烧反应速率。     

马瑞原油在空气和氮气中的热解-氧化性能

低温氧化是注空气采油及原位燃烧采油技术中的重要化学反应,为深入认识原油在有氧环境下复杂热反应过程中的低温氧化特性,我们采用热重/差热分析法(TG/DTA)研究了线性升温和等温条件下马瑞(Merey)原油的热反应行为。 结果表明,Merey原油在空气及线性升温条件下的受热过程分4个阶段:气化段、低温氧化段、热解段和高温氧化段;相邻阶段的物理、化学主导过程的重叠增加了分析原油热反应特征的难度。 升温速率提高,气化段和低温氧化段的终止温度不变;热解段和高温氧化段的终止温度以及热解段的峰温随升温速率的增加而升高。 N₂气与空气下Merey原油的热重/微分热重(TG/DTG)数据对比表明,升温速率越高,空气下的高温氧化段与热解段重叠程度越大,这有利于燃烧但会降低原油采收率。 空气下等温时的TG/DTA结果表明随升温速率增加,升温至300 ℃时的失重率降低,不利于原油轻组分的气化。 反应温度越高,气化过程时间越长,失重分数越大。 Merey原油在低于300℃时低温氧化反应不是主导反应。     

氧化反应对胜利褐煤水蒸气气化反应的促进作用Ⅰ:宏观反应特性研究

在φ80×3 000mm耐高温不锈钢管气流床反应器中,以150-180μm胜利褐煤为气化原料,考察了800和900℃时添加氧气前后褐煤转化率的变化,研究了氧化反应对水蒸气气化反应影响的宏观特征。结果表明,添加氧气后褐煤转化率明显大于O_2和H_2O气氛下褐煤转化率之和,即向水蒸气气氛添加氧气后褐煤转化率的增幅大于氧气氧化作用导致的褐煤转化率的增幅,随着H_2O含量增大以及温度的升高此现象愈加明显。该协同作用主要是氧化反应对水蒸气气化反应的促进作用造成的。利用φ40×200 mm石英圆筒流化床反应器进行了类似的实验,也发现了该协同作用。同时,借鉴收缩核模型并结合气流床气化实验条件推导了水蒸气气化宏观动力学方程,得到的速率方程(Z-(1-x))~(1/3)=(tβk_(H_2O)/Rρ_C)φ_(H_2O)=K_(H_2Oφ_(H_2O))与实验值吻合较好,添加氧气后水蒸气气化反应速率和水蒸气气化反应表观速率常数K_(H_2O)明显增大,这是氧气对水蒸气气化反应促进作用的动力学特征。     

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。     

小龙潭褐煤不同气氛下液化性能的研究

根据褐煤含水量高的特点,研究了以水为溶剂,不同气氛条件下小龙潭褐煤的液化行为。结果表明,小龙潭褐煤具有较好的液化活性,在420℃,H₂气氛下以四氢萘为溶剂时煤的液化转化率可达到94.5%。煤液化过程中,稳定热解产生的自由基活性氢主要来自于供氢溶剂,而气相H₂不具活性,不能直接为液化过程提供活性氢。当以水为溶剂取代四氢萘进行褐煤直接液化时,相对于H₂和N₂气氛,CO 气氛下表现出较好的液化性能。这表明发生了水煤气变换反应并生成了活性氢,该活性氢可以使得煤热解产生的自由基稳定,生成低分子的液化产物,提高了液化转化率。由于在较低的CO初压下反应生成的活性氢数量有限,因而液化转化率不高。实验表明,以水为溶剂在CO气氛下进行褐煤的液化是一种新的褐煤直接液化技术。     

Pyrolysis of Hailar lignite in an autogenerated steam agent

An in situ pyrolysis process of high moisture content lignite in an autogenerated steam agent was proposed. The aim is to utilize steam autogenerated from lignite moisture as a reactant to produce fuel gas and additional hydrogen. Thermogravimetric analysis revealed that mass loss and maximum mass loss rate increased with the rise of heating rates. The in situ pyrolysis process was performed in a screw kiln reactor to investigate the effects of moisture content and reactor temperature on product yields, gas compositions, and pyrolysis performance. The results demonstrated that inherent moisture in lignite had a significant influence on the product yield. The pyrolysis of L _R (raw lignite with a moisture content of 36.9 %, wet basis) at 900 °C exhibited higher dry yield of 33.67 mL g^?1 and H₂ content of 50.3 vol% than those from the pyrolysis of the predried lignite. It was also shown that increasing reaction temperature led to a rising dry gas yield and H₂ yield. The pyrolysis of L _R showed the maximum dry yield of 33.7 mL g^?1 and H₂ content of 53.2 vol% at 1,000 °C. The LHV of fuel gas ranged from 18.45 to 14.38 MJ Nm^?3 when the reactor temperature increased from 600 to 1,000 °C.