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。     

重油残渣与不同煤阶煤共热解/气化实验研究

采用快速热解固定床在恒温热解条件下研究了不同混合比例不同煤阶煤与重油残渣共热解焦的形貌和焦产率的规律,进而在热重分析仪上采用非等温气化方法研究了煤焦、重油残渣焦及混合焦的气化反应性。结果表明,煤与重油残渣共热解焦有明显的结块现象,但焦产率与理论值一致,表明共热解过程中两者没有相互作用。重油残渣焦的气化反应性较褐煤和烟煤的低,比无烟煤活性略高,重油残渣与褐煤和烟煤混合焦气化反应速率比计算值高,表明气化过程有促进作用存在,进一步分析表明,煤中的矿物质如Ca、Fe,对重油残渣气化有一定的催化作用。     

煤—焦炉气共热解特性的研究：温度的影响

利用高压热天平和１０ｇ固定床反应器考察了温度对兖州烟煤与焦炉气共热解的失重行为、热解产物分布以及脱硫脱氮的影响。随热解温度升高共热解在３００～５５０℃和６００～７００℃间出现明显失重峰。煤焦炉气共热解与加氢热解失重行为相似，均发生热分解反应和加氢反应。在实验温度范围（４５０～６５０℃）内，温度升高有利于提高焦油收率、热解水含量以及脱硫脱氮率，同时半焦收率降低。相同热解条件（压力为３ＭＰａ，终温为６５０℃）下，与煤在氮气气氛下热解相比，煤焦炉气共热解和加氢热解所得半焦收率均降低，焦油收率、热解水及脱硫脱氮率明显增加。与相同总压的加氢热解相比，煤焦炉气共热解半焦和热解水收率增加，焦油收率降低，脱硫率相当且脱氮率降低     

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.     

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—焦炉气共热解特性研究：IV.甲烷和一氧化碳对热解的影响

分别在具有不同Ｈ２、ＣＨ４、ＣＯ等气体组成的热解反应气气氛下，采用１０ｇ固定床反应器考察了先锋褐煤热解产品收率的变化规律，并利用日本ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＧＣ－１７Ａ／ＤＱ－５０００ＭＳ对焦油进行色－质联检。结果表明：焦炉气中甲烷和一氧化碳对加氢热解有十分重要的作用，二者相互促进相互制约共同影响热解结果。其中甲烷对加氢热解的影响具有双重性，一方面它能提高焦油收率（特别是在较高压力下），同时能明显增加焦     

原料对自由落下床中生物质与煤共热解行为的影响

在500～700℃和生物质混合比0～100％(质量分数)条件下,利用自由落下床反应器考察原料对生物质与煤共热解行为的影响.所用煤原料为大雁褐煤(DY)和铁法烟煤(TF),而生物质原料为农业废弃物秸秆(LS)和木材加工余料白松木屑(SD).结果表明,即使在自由落下床中停留时间短的条件下,生物质与煤共热解的协同效应仍然发生...     

平朔煤和生物质共热解实验研究

利用热重分析技术对平朔煤、生物质及两者混合物的热解特性进行了研究,考察了生物质掺混比例对平朔煤热解的影响。结果表明,不同掺混比例下生物质与平朔煤共热解时,平朔煤的挥发分析出温度和最大热解速率对应的温度呈现出规律性变化。将混合样品热解时的实际失重速率曲线与按比例折算后的曲线进行对比,发现实际失重速率曲线与折算曲线有所偏差,并不是平朔煤与生物质热解失重速率的简单加和,说明混合热解过程中有协同作用。同时,利用Coats-Redfern法,对平朔煤、生物质及两者混合物的热解主要阶段用一级反应过程描述,计算其动力学参数,发现反应活化能E和指前因子A随着生物质掺混比例不同呈现出规律性变化,对其规律进行了机理分析,证明了掺混生物质对平朔煤热解起到了促进作用,认为平朔煤与生物质共热解过程存在协同效应。     

高硫强粘结性煤与生物质共热解的研究

用 5种高硫强粘结性煤与 2种生物质在 1kg h回转炉内共热解 ,对产品产率、煤与生物质中硫和氮的热解脱除、焦炭的光学组织进行了研究。结果表明 ,初次焦油的生成率和二次裂解率随热解温度的变化可分别用正态分布函数和韦布尔分布函数模拟 ;生物质可阻止强粘结性煤热解过程中颗粒之间的粘结 ,得到粒状焦炭 ;生物质热解生成较多的H2 ,有利于煤中硫和氮的脱除 ;随着温度的升高、煤粒度的减小和煤变质程度的降低 ,热解脱硫和脱氮率增大 ;煤热解产生的中间相与生物质之间的物理化学作用阻碍光学各向异性组织的形成和发展。     

自由落下床中生物质与煤共热解的协同效应对焦油组成的影响

利用溶剂萃取-柱层析方法,将自由落下床中豆秸与大雁褐煤共热解以及单种原料热解的液体产品分为沥青烯、酚类、脂肪烃类、芳香烃类和极性物等组分。结果表明,共热解的沥青烯产率为11.4%,低于根据煤和生物质单独热解的质量加权平均计算值19.0%,且芳香性增大;与计算值相比,低分子量的酚类、甲基苯酚、二甲基苯酚及其衍生物的含量提高了5%;而且长侧链的脂肪烃含量减少。共热解焦油的芳香类组分中十氢萘的质量分数是43.37%,但其在单一原料热解焦油中并没有被检测到。热解油分析结果表明,自由落下床生物质与煤快速共热解过程中存在协同效应,其主要原因是,发生氢解和加氢反应。煤与生物质共热解有利于产生低分子量的化合物,改善油品的质量。     

炼焦煤的官能团结构分析及其黏结性产生机理

以11种炼焦煤为研究对象,分别进行FT-IR和黏结指数G测试。采用Peak Fit软件对FT-IR谱峰进行分峰拟合和定量计算,研究炼焦煤特征官能团含量与其黏结性间的关系。结果表明,煤黏结性大小与其FT-IR吸收峰密切相关,特别是3 000-2 800和3 700-3 000 cm-1两个吸收带;脂肪族结构是煤黏结性形成的主要决定因素,通常脂肪链越短或支链化程度越高,越有利于煤的黏结性形成;含-OH(或-NH)的氢键缔合结构可以与脂肪链协同作用,共同决定煤的黏结性能。不论煤分子有多大,只要是结构单元缩合度较小而作为桥键的脂肪链较多的结构形式,在热解过程中就会生成大量适度分子量、以结构单元为基元的液相物质。氢键是煤中主要的分子间作用形式,当若干形成氢键的官能团聚集缔合时,其相互作用会更强,甚至会形成类似超分子的结构;在形成胶质体阶段,这类氢键缔合的结构也会被打破,并形成以胶质体液相为主的物质。这些液相物质的存在,有利于胶质体的流动、黏连和固化成为半焦,从而最终获得优越的黏结性。     

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。     

采用焦分离方法研究共热解时煤与生物质的相互作用及对焦结构和CO2气化反应性的影响

煤与生物质的相互作用已被广泛研究。但是，其相互作用机制通常是基于混合焦样的物理化学结构和反应性而提出。在这项工作中，基于不同形状和粒度将无烟煤与生物质共热解后的混合焦分离，然后通过分析分离后煤焦的结构和反应性来揭示煤与生物质相互作用机制。在热解温度为600和900℃条件下，在固定床反应器中制备了混合有不同比例的秸秆（CS）的无烟煤焦样。采用了电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和X射线衍射（XRD）对煤焦的AAEM浓度和微晶结构进行了检测。利用TGA设备分析了分离后的煤焦与CO₂的气化反应性。结果表明，随着掺混比例从0增加到80%，煤焦中活性K和Mg的浓度逐渐增加，并形成更为无序的碳结构。共热解过程中，更多的AAEM种类被混合物中的煤焦通过挥发分-焦相互作用捕获，而不是随生物质挥发分逸出。同时，热解温度的升高引起了K和Na挥发和失活，也导致石墨化度的降低。而且，CS的添加和更低的热解温度均可提高煤焦的气化反应性。此外，在煤焦的碱性指数AI与反应性指数R_0.5之间建立了较好的线性关系（R²=0.9009），表明在煤与生物质共气化过程中，AAEMs对提高煤焦气化反应活性起主导作用。     

污泥与煤共热解过程中磷元素的挥发规律研究

污泥灰分中磷元素含量明显高于煤,其中主要的晶体态含磷化合物为磷酸铁钙和少量的磷酸铝。利用高频加热反应装置考察了污泥-神府煤混合物快速热解过程中磷元素挥发规律。结果表明,污泥-神府煤混合物热解后磷元素主要存在于热解焦中。磷元素挥发比例随污泥添加比例的增加先升高后降低,随热解温度的升高而增加。热解温度不高于1 100 ℃时,混合物中以有机磷的挥发为主,磷元素挥发比例不高于3.2%。热解温度高于1 200 ℃后无机磷中磷元素挥发明显,1 300 ℃下最高有33.0%的磷元素随热解气体挥发出。     

Comparative kinetic analysis of raw and cleaned coals

In this research, thermogravimetry (TG/DTG) was used to determine the kinetic analysis of different coals and effect of cleaning process on kinetic parameters of raw and cleaned coal samples from Soma, Tuncbilek and Afsin Elbistan regions. Kinetic parameters of the samples were determined using Arrhenius and Coats and Redfern kinetic models and the results are discussed.This revised version was published online in November 2005 with corrections to the Cover Date.     

不同水煤浆分散剂与煤之间的相互作用规律研究: Ⅹ 分散剂在煤粒表面上的吸附作用特征

研究了6种水煤浆分散剂在14种不同变质程度煤上的吸附作用特征。结果表明，多数分散剂在煤粒表面达到单层饱和吸附后，又形成多层吸附，单层饱和吸附量与煤的变质程度、比表面积以及分散剂的性质有关。在相同粒度分布下，煤的变质程度越低，表面含氧亲水官能团的比例越高，孔隙率越高，比表面积越大，这对增大吸附量有利。煤的变质程度越高，其表面疏水区面积的比例越高，分散剂通过疏水基团紧密吸附在煤表面的比例越大，这对增加高阶煤的吸附量有利。对不同煤，是变质程度还是比表面积为吸附分散剂的主控因素，主要依赖于分散剂的结构与性质。对同种煤，疏水与亲水基团呈线型分立分布的分散剂，吸附量明显高；而疏水与亲水基团呈线型间隔分布的分散剂，吸附量明显小。     

低阶煤与生物质在热溶剂提质萃取过程中的相互作用

作者前期工作中提出了一种针对生物质废弃物或低阶煤的热溶提质萃取方法,该方法可以在350℃下实现生物质或低阶煤的提质及多级分离,获得高附加值的萃取物。与生物质的热溶提质萃取比较,低阶煤的萃取物收率较低。本研究提出对生物质和低阶煤混合物进行热溶提质萃取,通过两者的物理化学相互作用,来提高其萃取收率。研究结果表明,对两者混合物热溶剂提质分离得到萃取物的产率及元素组成与理论计算结果略有不同,理论计算结果是假设生物质与煤之间无交互作用而得到的。煤中的矿物质对生物质热分解起催化作用,导致收率有所增加。煤、生物质及其混合物通过热溶剂提质分离得到的萃取物的元素组成、分子量分布、化学结构、热分解和热塑性非常相似。总体而言,低阶煤与生物质在热溶剂提质萃取过程的交互作用较小。但是,本研究证明了热溶提质萃取方法不仅适用于煤或生物质,也适用于它们的混合物。这意味着热溶剂提质萃取法可以在不改变任何工艺条件参数的情况下,以煤、生物质及其混合物作为原料。