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     

煤的多段加氢热解热重研究

本文在加压热天平上考察了５℃／ｍｉｎ和２５℃／ｍｉｎ的升温速率下先锋褐煤、大同烟煤和兖州高硫煤的多段加氢热解过程。实验表明：采用快速升温、多段停留的手段可以达到或超过慢速升温过程的转化率。快速升温过程中的多段停留效果比慢速升温的要显著。对先锋、大同煤，６００℃停留效果比５００℃时明显，而对兖州煤则正好相反。多段加氢热解是一种较理想的煤的前脱硫方法，可使兖州煤的脱硫率达９０％以上。     

垃圾催化燃烧的热重分析研究

采用热重分析,结合机理分析的方法,探讨了不同催化剂对垃圾焚烧过程中着火性能和燃尽性能的影响。结果表明,催化剂对垃圾着火性能的提高主要是催化剂促进了垃圾中挥发性有机物的释放,使着火点提前;催化剂对垃圾燃尽性能的提高,主要作用机理是催化剂充当氧的载体,促进氧转移。提出了表征着火性能和燃尽性能的两个物理参数,并根据两个参数对催化剂进行排序和比较。催化剂影响着火性能大小进行排序：K2CO3> MnO2 > Na2CO3> CuO > MgO > TiO2 > Al2O3 > Fe2O3 > BaCO3> CaO;催化剂影响垃圾燃尽性能大小排序：Na2CO3>MgO> MnO2> K2CO3> BaCO3> CaO> Al2O3> CuO> Fe2O3> TiO2。     

一种煤与两种城市污水污泥混合热解的热重分析

采用热重分析法对一种煤和两种城市污水污泥（S1和S2）及其混合物进行了热解实验研究,揭示了煤和污泥在氮气中的热解特性及污泥对煤热解特性的影响。煤和污泥的热解特性参数不同,主要表现在总失重率、失重速率及挥发分析出温度区间等。煤与污泥S1混合有助于增加样品的热解总失重率,提高失重速率;污泥S1与煤的挥发分析出区间部分重合,污泥灰中含的无机物对煤的热解起到催化效果;煤和S2污泥混合后热解反应过程中无明显相互作用;煤与城市污水污泥混合物的相互作用与样品特性和混合比例有关。     

氢气压力对煤加氢反应影响的热重-气相色谱实验研究

采用加压热重分析仪和气相色谱仪联用的方法研究了府谷烟煤和海拉尔褐煤加氢反应过程中的失重规律和主要气体产物析出规律,升温速率15℃/min,压力0.1~5.0MPa,反应终温1000℃。实验结果表明,煤粉加氢反应主要分为初始干燥脱气、热分解及挥发分加氢,半焦加氢气化和焦炭加氢气化四个阶段。氢气压力的提高促进了挥发分自由基的加氢反应,抑制了含氧官能团脱除形成碳氧化物。在热分解及挥发分加氢阶段,府谷烟煤失重速率随氢气压力的升高而减小,氢气压力对海拉尔褐煤失重速率的影响不大。在半焦加氢气化阶段,CH₄生成速率随氢气压力的升高而增大,当氢气压力较高时(3~5MPa),海拉尔褐煤CH₄生成速率随氢气压力的升高不再增大。海拉尔褐煤O_daf较高,其半焦中含氧官能团提供的活性位较多。府谷烟煤H/C原子比较高,能提供更多的内部氢。府谷烟煤和海拉尔褐煤焦炭加氢反应动力学参数分别为k₀=2.38×10⁷ (min^-1·MPa^-1),E=231kJ/mol,n=1和k₀=2.64×10³ (min^-1·MPa^-0.736),E=127kJ/mol,n=0.736。     

用热重分析法研究煤液化油的催化加氢

本文用热重分析方法研究了煤液化油的催化加氢，系统地考察了热重分析的各种操作条件对煤液化油以及它与固体催化剂的混合样品的热重分析结果的影响，并建立了一套条件实验步骤。实验结果表明，当催化剂存在于样品中时，与不含催化剂时相比，煤液化油的失重在低于３００℃时增大，而在大于３００℃时减小；用Ｈ２作为载气时煤液化油的失重比用Ｎ２作为载气时大；催化剂的催化加氢性能与煤液化油的失重之间存在着定性的关联；催化加氢活性最高的催化剂表现出最大煤液化油失重。     

聚甲醛的热重分析研究

由均聚和共聚甲醛在氮气和空气中的热重分析曲线，探讨了聚甲醛的链结构和聚甲醛的各种降解方式同热失重的关系，并利用Ｃｏａｔｓ－Ｒｅｄｆｅｒｎ方法计算了共聚甲醛在空气中的动力学参数，对聚甲醛的热稳定性作了讨论．     

生物质热解、加氢热解及其与煤共热解的热重研究

在加压热天平上用非等温热重法进行生物质（锯末、稻壳）在Ｎ２气氛下的热解和加氢热解研究。考察了升温速率（５～２５℃／ｍｉｎ）和压力（０．１～７ＭＰａ）的影响，求取了热解动力学参数，并研究了生物质与煤在常压Ｎ２气下的共热解过程。研究结果表明：生物质在４００℃左右即完成热解反应，总失重率大于７０％（Ｗ％，ｄａｆ．），热解时仅一个峰位于３００℃左右；与煤热解行为相同，随升温速率及压力的升高，转化率下降，ＤＴＧ峰移向高温，但由于热解反应在较低温度下进行，氧气的存在对生物质热解ＴＧ和ＤＴＧ的影响远小于煤热解。证明生物质热解以其内部氢对自由基的饱和及分子重排反应为主。生物质热解可用一级反应动力学处理，主要热解阶段及表现活化能分别为：锯末，２６７～３１４℃，６９．６６ｋＪ／ｍｏｌ；稻壳，２８３～３１０℃，５３．４５ｋＪ／ｍｏｌ；生物质由于与煤的热分解温度相差很大，因而在其共热解过程中无协同作用。     

煤热解过程中氯析出模型的建立

运用Boltzmann函数对实验数据进行拟合，建立了煤在热解过程中氯析出的模型。模型值与实验值的相对误差较小，模型较好地反映了实验结果的规律性。文中还提出了以t10、t50、和t90来表示氯析出10w%、50w%和90w%时对应的热解温度，以△t80表示热解时氯析出主要的温度区间。在此基础上的实验结果分析表明，氯析出率在10w%～90w%之间煤的对应的热解温度区间不同。在热解温度为900 ℃时，煤中氯析出率可达90w%以上。     

Thermogravimetric investigation on combustion characteristics of oil shale and high sulphur coal mixture

Co-combustion experiments of mixture of Huadian oil shale and Heshan coal with high sulphur content have been conducted using a thermogravimetric analyzer. The effects of five different Ca/S mol ratios on the combustion characteristics of mixture fuel are analyzed using TG and DTG curves. The results show that the initial temperature of combustion of mixture fuel is decreased with an increase in the oil shale content of mixture fuel. The combustion characteristic of mixture fuel is superior to that of Heshan coal. Adding about 20 mass% Huadian oil shale into Heshan coal is feasible for desulfurization of mixture fuel during combustion.     

生物质与石油焦共气化特性的研究

在内径为50mm,高约950mm的固定床反应器上对生物质与石油焦共气化特性进行了研究。研究了气化模式、石油焦添加比例、添加方式、粒径大小及气化温度对气化效果及焦油量的影响。结果表明,石油焦可以起到催化裂解生物质焦油的作用。随着氧气的体积分数从2%增加到15%时,气体的热值从5.35MJ/m³降低到2.98MJ/m³。在气化温度为700℃时,四种氧气含量下生物质单独气化时焦油产率平均值为6.4%,气体热值为4.31MJ/m³;生物质和石油焦混合气化时焦油产率平均值为2.9%,气体热值为5.19MJ/m³。石油焦的最佳添加比例为1∶1。生物质和石油焦不混掺焦油的产率最大,混掺其次,石油焦提前加入效果最好。随着添加石油焦粒径的增大,石油焦对生物质气化焦油的裂解率逐渐降低。在两种气化模式下,随着气化温度的升高,焦油的产率均逐渐降低。     

高硫石油焦高温热解过程及硫析出特性研究

为深入了解高硫石油焦在工业应用高温工况下的热解过程以及硫的析出特性,本研究采用高温固定床对青岛高硫石油焦进行了高温(900-1500℃)热解实验,考察了高温热解下热解气体释放规律,热解过程中焦的物理孔隙结构以及化学特性的演变,并对热解过程中硫的析出与演变特性进行了研究。结果表明,随着热解温度的升高,石油焦热解气中的H₂含量逐渐增加,CO含量变化不大,CH₄与CO₂含量则逐渐下降;热解焦的比表面积与平均孔隙均随热解温度的升高有所增加,颗粒的表面形态则受温度影响较小;热解温度的升高会降低石油焦中含有的非定型碳比例,提高其微晶结构的有序性以及石墨化程度;热解焦的气化活性随热解温度的升高先降低后升高,在1100℃附近有最小值; 1500℃高硫石油焦硫元素析出率达81.34%,仅少量硫醇类有机硫和噻吩环内的硫元素得以残存。     

应用TGA-FTIR研究不同来源污泥的燃烧和热解特性

在空气气氛下，利用热重分析方法研究了三种不同来源的污泥燃烧特性。探讨水处理工艺和污泥处理工艺对污泥中有机物的分布影响和燃烧特性影响。研究发现，污水厌氧工艺和污泥厌氧工艺均导致结构复杂、燃烧温度高的有机物生成。在氮气气氛下利用热重红外联用技术，对比研究了同种污泥的热解和燃烧特性，污泥热解主要发生有机物裂解成小分子和小分子的挥发，氧气的存在加速了污泥的裂解。污泥热解温度200℃～500℃，主要气体H2O、CO2、CO以及甲烷等烃类，CO2在高温750℃还存在一个析出峰，由于无机碳酸盐的分解。     

蔗渣的热解与燃烧动力学特性研究

利用热重分析仪对蔗渣在不同升温速率下的热解、燃烧失重特性进行了研究。采用Friedman法对反应过程中可能存在的反应机理进行初步判断，蔗渣热解过程由其主要组分半纤维素、纤维素和木质素热解的三个独立的平行反应来描述，相应的反应活化能分别为203.92 kJ·mol-1、238.50 kJ·mol-1和77.11 kJ·mol-1； 蔗渣燃烧过程分为两段，第一段类似于其热解过程，第二段由木质素热解和残焦燃烧共同组成的连续反应，反应活化能为255.57 kJ·mol-1和159.11 kJ·mol-1。通过非线性回归法拟合获得的曲线与实验曲线基本一致，证实了蔗渣的热解、燃烧过程中存在着上述假定的反应机理。     

高硫石油焦燃烧过程中不同赋存形态钒的变迁行为研究

采用逐级化学提取结合ICP-OES方法,研究了高硫石油焦燃烧过程中重金属元素钒的赋存形态和迁移转化行为,并结合热力学分析方法,探讨了其化学反应机理。石油焦中钒的赋存形态主要为有机质结合态和稳定态。随着燃烧温度的升高,有机质结合态的钒发生快速分解直至消失,且与Ca、Na、Fe和K等矿物质反应,转化为水溶态和部分离子可交换态、碳酸盐结合态、氧化物结合态钒。稳定态钒主要是与其他矿物质形成非晶态结构物质存在于石油焦中,在高温燃烧过程中,会部分熔融转化并释放出少量的钒。石油焦中钒的挥发性随着燃烧温度和燃尽率的升高逐渐增大,且呈现阶段性挥发的特点。温度高于1100℃,有机质结合态的钒快速分解,且部分转化为具有挥发性的VO2等化合物,致使钒的挥发率急剧增大。     

煤炭解耦燃烧过程N迁移与转化Ⅰ:热解阶段煤N的释放规律

在固定床装置上进行了三种煤的热解实验,考察了热解温度、热解时间等因素对煤氮迁移转化的影响。热解实验表明,A煤1 073 K热解产生HCN,在热解前3 min释放完毕,早于NH₃释放,且当NH₃开始逸出后HCN生成量急剧减少;三种煤热解HCN、NH₃的累积释放量在不同时刻达到各自最大值后急剧下降;半焦氮随热解温度的升高而增加。在973~1 123 K三种煤热解有50%~60%煤氮转化为焦氮,40%~50%煤氮随挥发分一起释放,挥发分氮有20%~50%的氮物种以NH₃和HCN的形式存在,其中,HCN占气相氮的50%~60%、NH₃占40%~50%。     

黑液与石油焦共热解及其产物特性研究

运用热重-红外联用(TGA-FTIR)和扫描电镜(SEM)对黑液与石油焦的共热解过程进行了实验研究,考察了两者在共热解过程中的热失重、挥发性组分释放及固体产物表面形貌特性;同时运用热重(TGA)探究了热解固体产物黑液半焦和石油焦的CO2共气化反应特性。结果表明,在黑液与石油焦共热解过程中,温度低于600℃时,两者的热解相互独立;温度达到600℃之后,相对于黑液和石油焦单独热解的加权平均值,挥发性气体产物CO2和CO的释放峰值温度向低温区移动,失重特性也随之发生变化;800℃下的共热解固体产物表面产生新的形态特征,黑液的烧结得到抑制;850℃下的黑液半焦与石油焦CO2共气化实验表明,两者在共气化过程中存在协同效应,各自的碳转化率和气化速率明显提高,整体碳转化率提高了51.27%,气化反应速率最大值增大了两倍。