煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3生成规律的研究

经等密度梯度离心分离，从褐煤、长焰煤、气煤和贫煤四种不同变质程度煤中获得了高纯度的有机显微组分。用石英管式反应器在600 ℃～900 ℃考察了煤岩有机显微组分热解过程中HCN和NH3的生成规律。实验结果表明，在显微组分热解过程中HCN主要是挥发分二次裂解的产物。在镜质组热解过程中，煤的变质程度越高，HCN的生成率越低，热解温度越高，HCN的生成率越高；同一种煤三种有机显微组分热解过程中，HCN的生成不仅与显微组分挥发分的质量分数有关，而且与显微组分中氮的存在形态有关，在较低温度热解时吡咯型氮质量分数高的煤样HCN的生成率较高。显微组分热解过程中NH3来自于挥发分的二次热裂解，与焦的热裂解有关，随煤变质程度增高，镜质组热解过程中NH3的收率降低；对同一种煤三种煤岩有机显微组分，由于其黏结性不同，含氮官能团和氢自由基的接触几率不同，生成NH3的能力也不同，惰质组的NH3生成率最高，壳质组最低；温度对NH3的生成也有影响，800 ℃NH3的生成率最高，惰质组NH3的生成率为11.8%，壳质组NH3的生成率为5.2%。     

神木煤显微组分加氢热解特性的研究

在加压热天平上终温900℃，升温速率20℃／min,0.1MPa-3MPa的条件下考察了神木煤显微组分加氢热解的热失重行为、半焦元素分布、脱硫脱氮率及半焦的燃烧反应特性。结果表明：镜质组和丝质组的加氢热解失重行为相似，在378℃－718℃出现明显失重峰，但镜质组加氢热解失重峰温低，失重速率大，在实验压力范围（0.1MPa－3MPa)内，随热解压力升高，半焦中C含量增加，H、O含量下降，脱硫脱氮率增加，在压力为3MPa时，镜质组的脱硫率显著高于丝质组，镜质组加氢热解半焦的燃烧反应性高于丝质组半焦，随加氢热解压力的增加，半焦的燃烧反应性表现出先下降后增加的趋势。     

神木煤显微组分热解和加氢热解的焦油组成

利用色谱-质谱联用技术测定了神木煤镜质组和惰质组在不同热解条件下焦油的组成,考察了显微组分类型和反应气氛对苯类、酚类、萘类、含氧杂环和多环芳烃类化合物产率的影响。结果表明,惰质组和镜质组焦油在组成和长链烃类、芳烃、含氧杂环和多环芳烃的相对质量分数方面存在很大差异。镜质组焦油中长链烃类的种类和相对质量分数较高,惰质组焦油中芳烃、含氧杂环和多环芳烃的种类和相对质量分数较高,反映了镜质组显微组分芳香度较低以及烷基侧链长和多以及惰质组稠环芳烃结构多和芳环缩聚程度高的特点。加氢热解比热解有较高的焦油收率,随氢气压力的增加,焦油的收率大幅度增加。镜质组和惰质组热解和加氢热解焦油组成和相对质量分数的差异反映了热解过程中氢气的加氢稳定化作用和加氢裂解作用。     

神木煤显微组分加氢热解的TG/MS研究

在TG-151热天平上考察了神木煤显微组分加氢热解的热重特性；用质谱对加氢热解气体进行了在线检测分析。结果表明，镜质组比惰质组有较高的挥发分收率和最大失重速率；较低的起始热解温度和热解峰温。镜质组有较高的C1～C4轻质烃类和C6～C8芳香烃类收率，原煤居中，惰质组最少；镜质组比惰质组有较高的水生成， 加氢热解过程中各种烃类和水的逸出都高于相应热解下的。     

平朔煤岩显微组分热解过程中HCN的生成

以平朔煤的三种有机显微组分为研究对象，使用石英玻璃管式反应器，在600℃～900℃范围内考察了程序升温热解和快速升温热解过程中HCN形成与释放的规律。实验结果表明,热解反应温度、升温速率和显微组分类型对HCN的释放均有较大的影响。热解温度越高，HCN在三种显微组分气相产物中的生成量越大；热解温度为900 ℃时，稳定组的HCN收率较大，热解温度为600 ℃时，镜质组的HCN收率较高，这和不同显微组分中氮的赋存形态有关；与慢速升温热解相比，快速升温热解有利于HCN的释放；与原煤热解过程中HCN的收率相比，显微组分在原煤中的百分含量不是HCN收率的权重系数，显微组分热解生成HCN的过程中有协同效应。     

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。     

神府烟煤快速热解特性研究

利用高频电炉对神府煤进行快速热解,研究了不同热解温度和停留时间下,固相和气相产物的性质。结果表明,煤焦的失重率及真密度随温度升高和时间的延长而增长。红外光谱结果表明,热解过程中,煤中含氢/含氧官能团分解,生成H₂、CO、CO₂、CH₄等气体,并且其分解程度随温度的升高和时间的延长而加深。气相产物中H₂和CO的释放量随温度的升高和时间的延长而增加,而CO₂和CH₄存在释放量的峰值。气相产物随温度的升高和时间的延长而增多,导致高温煤焦出现大量的孔隙和裂缝。     

用差热分析技术研究煤岩显微组分的加压气化动力学

用在线分析高温高压差热分析装置研究了平朔烟煤的三种基本有机显微组分（镜质组、稳定组和丝质组）分别在水蒸气和二氧化碳气氛中的加压气化动力学。实验条件为：升温速率１０Ｋ／ｍｉｎ；最高操作温度，水蒸气气化为１２５０Ｋ，二氧化碳气化为１４７３Ｋ；操作压力，水蒸气分压为５ｋＰａ和１０ｋＰａ，二氧化碳总压为０．１～２．０ＭＰａ。实验发现，三种显微组分的气化反应速率均随压力的增加而增加，在较低压力（如Ｐ＿（ＣＯ＿２）＜１．０ＭＰａ）时更显著；反应级数均为２／３，属收缩球颗粒模型；在水蒸气气氛和二氧化碳中的气化反应速率顺序分别为丝质组＞镜质组＞稳定组和稳定组＞镜质组＞丝质组。     

哈密煤温和液化固体产物的理化性质及热解特性

为了合理利用哈密煤温和液化固体产物(MLS),对MLS的理化性质进行了考察,并利用热重分析技术研究了MLS及其萃取组分的热解特性和各萃取组分在热解过程中的相互作用。结果表明,相比于神华煤直接液化残渣,MLS中重质油含量较高(HS,36%),沥青烯(A,13%)、前沥青烯(PA,9%)含量较低。GC-MS结果表明,HS中烷烃含量较高(41.8%)。红外结果表明,HS中含较多烷烃侧链和取代官能团,A、PA次之,而四氢呋喃不溶物(THFIS)中基本不存在,表明其芳香性较高。MLS中的矿物质主要有液化过程生成的CaCO_3、原煤中的惰性组分SiO_2、NaCl、Al_2O_3·2SiO_2·2H_2O和残留的催化剂转化产物Fe_(1-x)S。热重结果表明,MLS起始热解温度和最大失重峰温均偏低,950℃失重率较高(54%),说明其热解活性较高。MLS各萃取组分在热解过程中存在正负两种相互作用,且与MLS中HS含量有关:当HS含量较高时,HS为MLS热解过程提供小分子自由基以促进挥发分逸出;当脱除部分HS或将HS全部脱除后,MLS各萃取组分中大分子自由基之间相互结合而抑制挥发分逸出。     

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。     

城市生活垃圾低温热解产气特性的实验研究

用直径200 mm的外热式固定床反应器,以城市生活垃圾中9种典型成分的混合物为实验物料,在300 ℃～700 ℃对其进行了低温热解的实验研究。结果表明,在其他条件相同的情况下,随着热解温度的提高,热解反应所需时间缩短;热解气的总产率、最大瞬时产率均增加;热解气的各成分随温度的升高呈现出不同的变化趋势;热解气的热值在600 ℃达到最大值,为15.13 MJ/m3,可满足民用燃气的要求。     

炉前煤低温干馏工艺中脱硫行为的模拟研究

为了提供燃煤炉前低温干馏系统中硫的脱除和转化的工业设计依据,采用自制的程序升温固定床反应器,在模拟燃煤炉前低温干馏的工况下考察了热解温度及Ca/S原子比对热解产物中硫分布的影响。结果表明,由于CaO的存在,循环流化床（CFB）锅炉的循环灰具有明显的固硫作用,在480℃~640℃、煤热解气、液产物中60％～70％的硫以CaS的形式固定在灰中。相同热解温度下,固硫作用随着Ca/S原子比的提高而增加,焦油收率和焦油中硫含量均有所下降。     

炉前煤低温干馏工艺中的挥发分除尘

为了寻求优化的炉前煤低温干馏工艺中的挥发分除尘方案,在使用400目金属滤网对间歇式粉煤固体热载体热解装置挥发分除尘研究的基础上,将颗粒床过滤器用于该过程的除尘研究。热态除尘实验表明,颗粒床的使用有效地降低了滤网的过滤负荷。选用2mm石英砂和φ5mm×2mm瓷环作为滤料,通过对比实验发现,两种滤料除尘效率均在90％以上;随着过滤操作的进行,由于颗粒床内粉尘的沉积使其过滤效率有所提高,而对气、液收率的影响很小。结果表明,颗粒床与滤网结合可作为粉煤炉前低温干馏工艺中可供选择的挥发分除尘方案。     

外加铁矿石对哈密低阶煤热解特性影响

为探讨铁矿石对哈密低阶煤热解特性影响,采用热重分析仪(thermal gravity analysis/differential thermal gravity,TG/DTG)和实验室固定床反应器(fixed bed)对哈密低阶煤进行热解实验,研究了两种铁矿石对哈密煤热解反应性、热解气和焦油分布规律的影响。利用傅里叶红外光谱(FT-IR)和色谱-质谱分析仪(GC-MS)对焦油中官能团的变化以及焦油中物质组成进行了分析对比。结果表明,当热解温度从室温升高至150℃时,原煤中添加铁矿石的煤样失重速率峰逐渐向高温阶段推移;当热解温度高于450℃时,不同铁矿石对原煤热解的催化作用差异更加明显,且镜铁矿原生矿物质赤铁矿;当两种铁矿石添加量分别为20%时,热解焦油和热解气都能得到较高的收率;对于煤样HM-JT来说,此时焦油产率为7.88%,热解气相产物H_2、CO_2、CH_4、CO产率与未添加镜铁矿的原煤煤样相比分别提高了4.27%、3.76%、4.39%、3.61%。对于煤样HM-CT来说,焦油催化裂解效果一直受到铁矿石添加量的影响。在镜铁矿和赤铁矿添加量分别增加到20%的过程中,煤样热解生成焦油的产率逐渐下降,而轻质焦油产率和轻质焦油分数逐渐增大到6.37%、58.48%、5.34%、56.22%,焦油中氧脱除率分别达到43.16%、36.89%。随着铁矿石的加入,焦油中二甲苯相对含量由4.32%分别降低至3.78%、3.93%,而甲苯相对含量由1.11%升高至1.32%、1.45%;焦油中邻甲酚和二甲酚中分子中的甲基取代基被脱除生成苯酚或甲酚,且镜铁矿对焦油中苯系物和酚类化合物的脱甲基作用强于赤铁矿。     

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。