两种煤在热解过程中汞的析出和形态分布实验研究

在程序升温热解反应系统上,研究了大同煤和宝日希勒煤在N2气氛下热解过程中汞析出及形态分布规律。实验结果表明,温度是影响煤热解过程中汞释放的主要因素。煤中汞释放率随着温度的升高而明显升高,当热解温度为600℃时,煤中汞已基本逸出,汞释放率在92%以上。元素汞(Hg0)是气态汞释放的主要形态,随着热解温度的升高,大同煤释放的元素汞在气态汞中的质量分数先增加后减小,而宝日希勒煤中元素汞的质量分数逐渐降低。随着停留时间的延长,煤中汞释放率和元素汞的质量分数都呈增加趋势,宝日希勒煤的增幅较大同煤更为显著。较高的加热速率促进了煤中汞的释放,同时也在一定程度上提高了氧化汞的质量分数,其中宝日希勒煤的氧化汞增幅明显大于大同煤,达19.5%。     

流化床热解过程中煤中氟的挥发性研究

采用大同、平朔、霍林河、义马四种煤研究了热解过程中煤中氟的挥发行为。研究表明，随热解温度的升高，氟的挥发率有增加趋势。但其行为不仅取决于元素氟及其化合物本身的挥发性，同时还受其赋存形态、共存矿物离子等原生条件和热解条件的影响。氟磷灰石类矿物质并非四种煤中氟的主要赋存形态。除大同煤外，难挥发性氟的含量均高于65％，难挥发性氟至少部分是以CaF2或CaF2基的多元络合物形式存在的。     

煤中汞赋存形态及其热解时析出规律研究

利用程序升温热解反应系统,研究了煤中不同形态汞的析出温度,通过积分各析出温度下汞的总析出量来分析各赋存形态的汞所占比例,同时研究了添加CaCl2后抑制煤热解过程中汞析出的机理。结果表明,实验所选煤中汞主要存在三种赋存形态,其析出温度点分别在220、300和400℃;其中,300℃析出的汞所占比例最高,为54.18%,从析出温度分析该部分汞主要以HgS的形式赋存。添加CaCl2对第一和第三赋存形态的汞析出具有抑制作用,改变了其析出温度,对第二赋存形态的汞析出几乎无影响,添加后使得汞析出温度更为集中;抑制析出的主要原因是氧化吸附,添加CaCl2对汞总析出量基本无影响。     

混合废塑料与煤共热解液体产物中氯的含量与赋存形态

采用离子色谱等方法测定了不同热解条件下液体产物（包括焦油和水）中氯的质量分数,讨论了影响煤与废塑料共热解过程中,热解温度、恒温时间、升温速率及气体流量等因素对液体产物中氯质量分数的影响。并通过红外光谱、离子色谱等手段分析了液体产物中氯的赋存形态。结果表明,煤热解过程中加入一定量的废塑料,并没有给焦油中带来大量的有机含氯化合物,但增加了焦油的产率,同时降低了水的产率。水中氯主要以无机盐（NH₄Cl）和有机胺类盐酸盐等含氯化合物的形式存在;焦油的红外光谱中没有明显的C-Cl吸收峰,说明焦油中有机氯的含量非常少。     

煤燃烧过程中氟析出特性与生成机理

通过建立的固定床管式炉煤燃烧氟析出试验装置，研究了煤燃烧过程中气态氟的排放特性，并根据燃煤氟析出等温动力学实验建立了气态氟生成动力学模型。结果表明：氟析出率随燃烧温度的升高而逐渐增加，煤中氟在300 ℃～400 ℃开始析出，500 ℃～1 100 ℃为主要析出温度范围；氟析出率随煤在炉内停留时间的增加而增加，但前5 min为主要析出阶段；炉内还原性气氛对氟析出有一定的影响；氟析出率与煤中氟赋存形态和含氟量有关。燃煤过程中氟析出过程可用一级反应动力学描述，反应活化能E和频率因子A依赖于煤中氟的赋存形态和氟化物的热稳定性。不同煤种E为28.0 kJ·mol－1～65.1 kJ·mol－1，A为12.5 min－1～46.0 min－1。     

煤热解过程中含氮产物的析出及金属离子的催化特性研究

选择3种典型煤种为研究对象,通过脱灰和添加含Fe、Ca、Na等金属盐,研究煤热解过程中金属离子对含氮气相产物析出特性的影响以及与煤种和温度的交互关联。结果表明,脱灰煤HCN和NH3的产率均比原煤样下降,而随温度的升高HCN的产率逐渐增大,NH3的产率则先增加后减小,在800℃有最大值。金属离子对不同变质程度煤的含氮气相产物析出的催化作用不同;Fe和Na抑制中等变质程度煤HCN的析出,而对低变质程度煤起促进作用,Ca则对HCN的析出均有一定的促进作用。而对于NH3的形成,3种离子均对中等变质程度煤有抑制作用,而对低变质程度的煤则有促进作用。不同金属离子对HCN和NH3析出的催化作用均有一定的范围。煤热解时含氮气相产物的析出是煤中固有多种金属离子共同作用的结果。     

煤中汞赋存形态及其热解时析出规律研究

利用程序升温热解反应系统,研究了煤中不同形态汞的析出温度,通过积分各析出温度下汞的总析出量来分析各赋存形态的汞所占比例,同时研究了添加CaCl₂后抑制煤热解过程中汞析出的机理。结果表明,实验所选煤中汞主要存在三种赋存形态,其析出温度点分别在220、300和400 ℃;其中,300 ℃析出的汞所占比例最高,为54.18%,从析出温度分析该部分汞主要以HgS的形式赋存。添加CaCl₂对第一和第三赋存形态的汞析出具有抑制作用,改变了其析出温度,对第二赋存形态的汞析出几乎无影响,添加后使得汞析出温度更为集中;抑制析出的主要原因是氧化吸附,添加CaCl₂对汞总析出量基本无影响。     

CaCl_2添加对热解煤中汞析出规律影响的实验研究

在程序升温热解反应装置上,研究了低氯煤中添加不同氯含量(质量分数0.1%、0.3%、0.5%)的CaCl2对煤热解过程中汞析出规律的影响。实验结果表明,温度是影响汞析出的关键因素;随着氯添加量的增加,Hg2+析出比例呈上升趋势,且汞的最佳析出温度降低,汞的释放率也有所降低;随着热解气氛中O2比例的增加,Hg2+比例也略有增加;较高的升温速率能加快汞的释放,也能提高Hg2+的比例。低氯煤中添加氯化钙能够强化单质汞的氧化。     

煤中微量元素在燃烧过程中的变化

在分析微量元素燃烧过程中迁移变化机理的基础上,对电厂用煤和煤灰进行了采样测试,分析了电厂燃煤过程中微量元素的析出变化及在各种灰中的分布富集规律,同时用五个不同的温度段分别对煤进行了燃烧实验,研究了在不同温度下,微量元素从煤中析出的浓度和析出率,通过实验分析,。多数有害微量元素在飞灰中的富集浓度高于其它灰中,燃烧时温度的高低是影响微量的高低是影响微量元素迁移析出的重要因素,温度越高,有害微量元素析出率相对越大。     

煤热解过程中生成氮化物的研究

使用管式反应器在600℃-900℃范围内考察了温度和煤种等对煤中氮热解转化成HCN和NH3的影响。实验结果表明：热解的温度越高，气相产物中的HCN和NH3的生成量越大；煤化程度越高，煤中氮转化为HCN的量越少；惰质组含量较高的煤样，热解生成的NH3较多。在这些实验的基础上，对煤种和惰质组含量对氮氧化物前驱体生成的影响进行了初步的探讨。     

天祝煤MRF工艺热解焦油的组成分析

本文对天祝煤ＭＲＦ（ＭｕｔｉｓｔａｇｅＲｏｔａｒｙＦｕｒｎａｃｅ）热解焦油进行了常规及元素分析，了解其基本特性；用毛细管色谱分别对焦油各馏分进行了分析，共定性定量了１０３种化合物，酚类化合物以低级酚（苯酚、甲酚）为主，中性化合物为多烷基芳烃衍生物、脂肪族链状烷烃和烯烃。上述分析结果为从焦油中提取酚类化工原料或将其加工成各种燃料油的可行性提供了依据。     

煤在热载体流化床中的热解模型

煤粒在热载体流化床中的热解规律对于设计煤气、热、电三联产的关键装置－热载体流化床干馏炉是十分重要的。本文建立了煤粒在热载体流化床中的传热和热解反应的微分方程，并对其进行了数值求解，得到了煤粒度、热载体流化床操作速度、热载体流化床床层温度、热载体颗粒粒径等对煤气产率的影响规律，为热载体流化床干馏炉的设计提供了计算方法和理论依据。     

铁催化剂对煤热解过程中氮元素迁移的影响

应用ＸＲＤ和ＥＸＡＦＳ技术表征了热解温度对煤中铁催化剂形态的影响，用ＸＰＳ表面分析方法研究了铁催化剂对煤热解过程中氮元素迁移的影响。结果表明：铁元素在低温制备煤焦中的主要物相是Ｆｅ２Ｏ３和Ｆｅ３Ｏ４，而在高温制备的煤焦中，还原态α－Ｆｅ和铁碳物种（Ｆｅ，Ｃ）是铁元素的主要存在形态。煤或焦中的氮元素以季胺盐、吡啶和吡咯等三种形态存在。铁能催化季胺盐在较低温度下分解。与吡咯类氮相比较而言，铁能优先催化     

煤裂解过程中负载铁化学形态的变化

应用ＥＸＡＦＳ、ＸＡＮＥＳ和ＸＲＤ方法研究了褐煤中负载铁在裂解过程中化学形态的变化规律。结果表明，在载ＦｅＣｌ３．６Ｈ２Ｏ煤中，铁与煤表面碳－氧官能团发生强烈的相互作用。随热处理温度的升高，铁化学形态以如下顺序递变：高分散Ｆｅ－Ｏ／Ｃ络合物，超细ＦｅＯＯＨ，晶态Ｆｅ３Ｏ４，晶还原态铁（α－Ｆｅ，（Ｆｅ，Ｃ））《     

铁岭煤中重金属元素的赋存形态及其在热解过程中的挥发行为研究

采用密度分离、脱灰处理和逐级化学提取等间接方法,考察了铁岭煤中Pb, Cr, Co, Ni, V五个重金属元素的宏观结合形态,并在Φ25mm小型石英流化床反应装置上考察了上述五个重金属元素在热解过程中的挥发行为。研究发现,铁岭煤中Pb, Cr, Co, Ni, V均主要与非黄铁矿类矿物质相伴生, 且高达40%～60%赋存在硅酸盐类矿物质中。Pb的碳酸盐结合态和有机束缚的离子可交换态600℃前即可分解转化,而其硫化物和硫酸盐结合态在较高的热解温度下才能分解挥发；Co、Ni的硫化物和硫酸盐结合态在高温下可部分转换为有机结合的离子可交换态；而Cr、V的硫化物和硫酸盐结合态在高温下部分转化生成了新的热稳定相。在500℃～900℃范围内,Pb属半挥发性元素,Cr, Co, Ni, V属难挥发性元素。微量元素的挥发性极大地受其伴生环境、共存活泼元素等的影响,硅铝酸盐类矿物质对重金属元素的挥发有一定的抑制作用。     

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。     

粒径对煤在H2/Ar等离子体中热解的影响

对粒径在H2／Ar等离子体煤热解制乙炔中的影响进行了研究，得到了煤的粒径与煤的裂解程度（转化率）、乙炔收率、乙炔在产品气体中摩尔分数和反应器壁结焦的关系，并且在考虑各种因素的制约下，对如何选择最佳粒径和粒径分布的问题进行了讨论。根据煤等离子体热解制乙炔反应器壁结焦的机理和煤粒径是影响反应器内结焦的重要因素，提出了进料粒径双峰分布缓解煤等离子体热解制乙炔装置结焦的新方法，实验证明该方法可行。