油页岩与煤的混烧特性研究

使用STA409型热综合分析仪进行了桦甸油页岩与高硫合山煤的混烧特性实验研究，得到了油页岩和高硫煤混烧的TG和DTG曲线，分析了不同Ca/S对油页岩和高硫煤混烧特性的影响规律，同时运用Freeman-Carroll法计算得到了不同Ca/S下的油页岩燃烧特性化学反应动力学参数。研究表明，在高硫煤中加入少量的油页岩，高硫煤的燃烧特性有所改善，燃烧特性趋好；油页岩的加入使得高硫煤低温段的燃烧产物初析温度降低，着火温度提前；在高硫煤中加入20%左右的油页岩作为可燃脱硫剂从燃烧角度讲是切实可行的。     

桦甸页岩油柴油馏分加氢精制生产清洁燃料油的研究

柴油馏分(200℃~360℃)在桦甸页岩油中约占41%。其中,硫、氮及不饱和烃含量较高,含硫化合物以苯并噻吩类及二苯并噻吩类化合物为主,而氮化物中的碱性氮化物和非碱性氮化物的含量相当。实验中分别以硫化态的CoMo/Al2O3及NiW/Al2O3为催化剂,利用固定床小型加氢反应装置,考察了不同工艺条件对桦甸页岩油柴油馏分加氢脱硫及加氢脱氮效果的影响。结果表明,反应温度升高,增大反应压力,降低体积空速,对脱硫、脱氮都是有利的,特别是对加氢脱氮影响最为明显,而氢油体积比的影响相对较小。两种催化剂活性比较发现,对于该页岩馏分油而言,两种催化剂的加氢脱硫效果相差不大,而NiW/Al2O3的加氢脱氮效果却明显好于CoMo/Al2O3。在选择的工艺条件下,对桦甸页岩油柴油馏分进行加氢精制得到的产品油中杂原子和不饱和烃含量低,密度小,芳香烃含量少,可作为优质清洁柴油直接使用。     

TG–FTIR analysis of oxidation kinetics of some solid fuels under oxy-fuel conditions

A possible technology that can contribute reduction of carbon dioxide emission is oxy-fuel combustion of fossil fuels enabling to increase CO₂ concentration in the exhaust gas by carrying out the combustion process with oxygen and replacing air nitrogen with recycling combustion products to obtain a capture-ready CO₂ stream. The laboratory studies and pilot-scale experiments discussed during the last years have indicated that oxy-fuel combustion is a favorable option in retrofitting conventional coal firing. Estonian oil shale (OS) with its specific properties has never been studied as a fuel in oxy-fuel combustion, so, the aim of the present research was to compare thermo-oxidation of OS and some coal samples under air and oxy-fuel combustion conditions by means of thermal analysis methods. Experiments were carried out in Ar/O₂ and CO₂/O₂ atmospheres with two oil shale and two coal samples under dynamic heating conditions. FTIR analysis was applied to characterize evolved gases and emission dynamics. Kinetic parameters of oxidation were calculated using a model-free kinetic analysis approach based on differential iso-conversional methods. Comparison of the oxidation characteristics of the samples was given in both atmospheres and it was shown that the oxidation process proceeds under oxy-fuel conditions by all studied fuels with lower activation energies, however, it can last longer as the same temperatures are compared.     

油页岩热解过程矿物质行为分析

采用XRD、SEM、灰成分测定等方法对桦甸两个矿区的油页岩样品以及制备的半焦样品矿物质组成进行了分析,确认其主要成分均为,石英、方解石和黏土矿物。而半焦中矿物组成反映了油页岩中矿物质在热解中的变化。研究表明,在热解过程中油页岩中矿物质变化细微,其中,石英、长石没有变化;方解石有微量分解,生成的固体产物CaO与黄铁矿分解的硫反应生成CaS矿物;黏土矿物质受热脱除羟基,放出大量水分,同时分解产生的无定形玻璃体氧化硅与其他金属形成低熔点的共融物,导致部分半焦样品颗粒表面出现熔融态囊状结构。     

颗粒油页岩燃烧及含硫杂质的转化

对抚顺、茂名及约旦颗粒油页岩在热重分析仪(TGA)上进行了燃烧研究,考察了抚顺及茂名颗粒油页岩在模拟流化床快速升温条件下的燃烧性能并与恒温燃烧作了对比。结果表明,升温速度提高时,失重率(即燃烧速率)明显加剧。文中还对含碳酸盐及含硫量高的约旦颗粒油页岩在燃烧过程中硫的转化进行了研究。X射线衍射分析表明,它在燃烧过程中有较强的自脱硫能力。通过对该油页岩燃烧过程中热量的有效利用问题的讨论,认为在流化床内燃烧此类含碳酸盐较高的油页岩时宜采用短停留时间的炉型。     

液体试样燃烧热的测定方法

研究了液体试样 -油水煤浆燃烧热的测定方法。采用药用胶囊装取液体试样解决了以往对煤浆燃料燃烧热直接测定的困难。     

超细煤粉的物理特性及其对燃烧性能的影响

采用英国Ｍａｌｖｅｍ公司的马尔文粒度仪,美国Ｍｉｃｍｍｅｒｉｔｉｃｓ公司的ＡＳＡ２０００型比表面及孔径分布分析仪,对合山 煤的各４种没粒径的细化与超细化煤样进行了试验研究。结果表明,通过煤偻的细化、超细化煤粉颗粒的比表面积、孔隙容积与空隙面积显著的提高,对其燃烧过程带来有益的影响。煤中无水无灰基元素碳含理越高则其比表面积、孔只与空隙面积受颗粒粒度的影响也就越大。     

桦甸油页岩中稀土元素赋存状态研究

以吉林省桦甸油页岩为研究对象,采用电感耦合等离子质谱( ICP-MS)和化学逐级提取方法相结合,对油页岩中稀土元素的分布特征以及油页岩中稀土元素的赋存状态进行研究.结果表明,相对于中国煤,桦甸油页岩表现为轻稀土元素富集程度高于重稀土元素.油页岩中稀土元素与陆源碎屑岩关系密切,且陆源物质的供应相对比较稳定.轻重稀土间分馏...     

油页岩中U和Th分布及其赋存状态的研究

利用电感耦合等离子质谱对23个油页岩样品中U和Th含量进行测试,采用浮沉实验和逐级化学提取实验相结合分析了吉林桦甸和罗子沟油页岩样品中U和Th的赋存状态。研究表明,油页岩中铀的含量多小于10×10^-6,平均值为3.92×10^-6,油页岩中钍的含量多小于20×10^-6,平均值为10.51×10^-6。U和Th在油页岩中的丰度略高于在地壳中的丰度,与在沉积岩中的丰度较接近。浮沉实验结果和逐级化学提取结果相当。结果表明,油页岩中U和Th主要存在于无机矿物质中。     

煤质特性对CeO2催化煤粉燃烧的影响

利用酸洗法和燃烧法分别得到煤中的有机物（脱灰煤粉）和煤灰,研究了煤变质程度、显微组分、煤灰含量等煤质特性对CeO₂催化煤粉燃烧的影响。研究发现,变质程度对CeO₂催化煤粉燃烧具有明显的影响,变质程度越高的脱灰煤粉燃点降低越多,燃速提高越快。其催化燃烧顺序为褐煤<烟煤<无烟煤。同时研究发现,CeO₂对神华烟煤两种主要显微组分的燃烧没有明显的催化作用。煤灰对脱灰煤粉燃烧也有催化作用,对人工煤而言,当煤灰含量低于18%时,煤灰与CeO₂具有协同作用。煤灰的质量分数为6%时,煤灰与CeO₂的协同作用最强,之后随着煤灰增加协同作用逐渐变弱;当煤灰的质量分数超过18%时,协同作用消失,CeO₂的催化作用消失。说明煤灰含量超过18%时,CeO₂的催化作用被抑制。     

茂名油页岩流化床燃烧排放SO2的实验研究

在间歇式流化床反应器中进行了茂名油页岩的燃烧脱硫实验，考察了床温、油页岩粒度、油页岩含水量、钙硫摩尔比和外加灰分／页岩重量比等因素对ＳＯ２排放指标的影响程度。实验结果表明，在本实验范围中，上述因素对二氧化硫排放量影响的强弱程度为：油页岩含水量＞钙硫比＞灰岩比＞床温＞油页岩粒度。通过对实验现象的分析，本文发现工业流化床固硫要求Ｃａ／Ｓ摩尔比远大于１的另一个重要原因是：油页岩热解、挥发分燃烧释放二氧化硫的本征速率远大于石灰石固硫的本征速率。     

颗粒粒径对油页岩热解产油率的影响

以桦甸油页岩为原料研究了颗粒粒径对油页岩热解产油率的影响。将油页岩破碎、筛分得到<0.074、0.074~0.125、0.125~0.25、0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm不同粒级样品,再将0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm大粒级样品粉碎制得对应的细粉样品,采用低温干馏法和热重分析分别测定表征样品的油产率和有机质含量。结果表明,油产率随着粒径减小逐渐降低,从1~3 mm下的11.92%降到<0.074 mm下的6.14%。热重分析表明,有机质含量随着粒径降低而降低,且油产率与有机质含量有明显的线性关系。0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm样品经粉碎后油产率降低、气产率升高,但变化值均小于1%。在破碎过程中有机质选择性地富集在大粒级样品中,且页岩油二次反应程度随着粒径的减小而增大,使得页岩油产率随着粒径的降低而降低,且有机质选择性富集是主导因素。     

煤质特性对CeO_2催化煤粉燃烧的影响

利用酸洗法和燃烧法分别得到煤中的有机物(脱灰煤粉)和煤灰,研究了煤变质程度、显微组分、煤灰含量等煤质特性对CeO2催化煤粉燃烧的影响。研究发现,变质程度对CeO2催化煤粉燃烧具有明显的影响,变质程度越高的脱灰煤粉燃点降低越多,燃速提高越快。其催化燃烧顺序为褐煤烟煤无烟煤。同时研究发现,CeO2对神华烟煤两种主要显微组分的燃烧没有明显的催化作用。煤灰对脱灰煤粉燃烧也有催化作用,对人工煤而言,当煤灰含量低于18%时,煤灰与CeO2具有协同作用。煤灰的质量分数为6%时,煤灰与CeO2的协同作用最强,之后随着煤灰增加协同作用逐渐变弱;当煤灰的质量分数超过18%时,协同作用消失,CeO2的催化作用消失。说明煤灰含量超过18%时,CeO2的催化作用被抑制。     

桦甸油页岩有机岩相特征及其富集特性

为了研究油页岩中有机组分结合特性对有机质分离富集的影响,利用薄片透射光、反射单偏光、反射荧光等煤岩学研究手段研究桦甸油页岩中有机组分的种类、含量及赋存状态,并利用两种密度分离手段研究油页岩中有机质的解离特性.结果表明,桦甸油页岩有机质的变质程度较低,有机显微组分以沥青质体为主,占85.8%,镜质组和惰质组含量较低;有机质与矿物结合紧密,形成有机-矿物复合体,密度分离方法对有机质与矿物质分离效果有限;浮沉实验小于1.40g/cm³密度级样品的热解失重量及失重速率均低于较高密度级产物,这与颗粒状镜质组、惰质组与矿物质结合程度相对较差,在较低密度级产物中富集有关.     

酸洗对桦甸油页岩矿物质以及有机结构的影响

基于FT-IR和XRD技术研究了逐级酸洗对桦甸油页岩矿物质以及有机结构的影响。结果表明,采用HCl/HF酸洗方法可以有效去除黄铁矿以外的矿物质,但盐酸处理破坏油页岩中高岭石的立体框架结构。油页岩中有机质以脂肪族结构为主,存在形式为无序非晶态聚合体且变质程度较低。酸洗处理对油页岩有机大分子结构影响很小,但对有机结构产生了一定的影响。盐酸处理主要影响含氧官能团和苯环结构,会生成大量羧酸并破坏苯环的多环结构,但对脂肪族化合物的影响较小。氢氟酸处理主要对脂肪族化合物产生影响,破坏脂肪链的桥键结构,脂肪链断裂变短,进而使样品中脂肪族化合物含量降低。盐酸和氢氟酸处理均会破坏油页岩的羟基官能团,尤其对自缔合羟基氢键影响最大。     

Plasma enhancement of combustion of solid fuels

Plasma fuel systems that increase the coal burning efficiency are discussed. The systems were tested for fuel oil-free startup of boilers and stabilization a pulverized-coal flame in power-generating boilers equipped with different types of burner and burning all types of power-generating coal. Plasma ignition, thermochemical treatment of an air-fuel mixture prior to combustion, and its burning in a power-generating boiler were numerically simulated. Environmental friendliness of the plasma technology was demonstrated.     

煤在合成气、氢气和氮气气氛下的热解研究

采用固定床反应器，在合成气气氛下对中国寻甸褐煤、蒙古Shiveeovoo褐煤和Khoot油页岩进行了热解研究。升温速率10 ℃/min，褐煤热解温度400 ℃～800 ℃，油页岩热解温度300 ℃~600 ℃，研究结果与氢气和氮气气氛下的热解进行了比较。结果表明,与加压热解不同，褐煤在不同气氛下常压热解半焦和焦油收率差别不大，但对油页岩，合成气和氢气气氛下热解焦油收率高于氮气，气体收率低于氮气。黄铁矿硫在不同气氛下热解均极易脱除，并部分转化为有机硫。油页岩的总硫脱除率远低于褐煤，与油页岩的高灰分含量有关。与氮气甚至氢气相比，合成气下寻甸褐煤的高总硫脱除率和低有机硫含量与合成气中的CO有关。但CO在油页岩热解脱硫中不起作用，也与油页岩高灰分含量有关。研究结果也表明合成气可代替氢气进行加氢热解。     

不同煤燃烧方式降低NOx排放比较及解耦燃烧应用

采用两段反应器研究了三种煤在不同燃烧方式下抑制NO_x生成的效果。结果表明,煤的热解气和部分气化生成气再燃均能较好的抑制NO_x生成,抑制效果优于空气分级燃烧,解耦燃烧方式抑制NO_x生成的效果最显著,相对于传统燃烧其NO_x排放降低了32%以上。煤种对各种燃烧方式降低NO_x的程度有明显影响,煤中单位氮含量的燃料比(固定碳/挥发分)越小,煤的热解气和部分气化生成气再燃以及解耦燃烧方式下NO_x的排放量越低。在煤部分气化生成气再燃烧方式中,部分氧化气化段通氧量不同,降低NO_x排放的效果也不同,在氧气体积分数为8%~10%时的NO_x生成量最低。基于解耦燃烧技术原理,研制了1.4 MW解耦燃烧工业锅炉,在燃烧同一煤种时,解耦燃烧锅炉和传统立式锅炉相比,烟气中NO_x排放量降低了32.9%。     

油页岩热解挥发分中轻油吸附回收工艺初探

将活性炭纤维吸附回收工艺应用于油页岩热解气轻质油品回收,自行建立了移动床油页岩连续热解实验装置及相应的油品回收系统。实验结果表明,冷凝冷却至室温的桦甸油页岩热解气中轻质油品含量可达20 g/m³以上。通过活性炭纤维吸附,可将煤气中的轻质油品完全回收。竞争吸附实验表明,"轻油"中的BTX、乙苯、C_10~13的烷烃、烯烃等更容易吸附,碳数相对较低的烯烃、烷烃、环烷烃吸附能力相对较弱。这将为油页岩热解气轻油高效回收工艺开发提供基础数据。     

Specific characteristics of molten carbonate fuel cell in realization of electrochemical coal oxidation

The test object was a fuel cell with free molten carbonate electrolyte providing realization of direct electrochemical oxidation of solid hydrocarbons. This study involved the effect of the fuel type and dispersion as well as cathode reagent gas mixture composition to the fuel cell functional parameters. The used fuels were dispersed and monolithic graphite, anthracite, and jet coal specimens. The effect of oxygen/carbon dioxide ratio on the mixture fed to cathode to the open circuit cell voltage and achieved current density levels was studied with respect to interrelation of the processes taking place in the cathode and anode units of the fuel cell. A correlation was noted between the specific fuel cell characteristics and hydrogen content in the fuel material. The highest level of current density and specific power was recorded for jet coal characterized with high hydrogen content. The different characteristics of monolithic and dispersed fuel specimens were accounted for by the effect of losses at contacts between particles. Achievement of high current density and specific power was demonstrated by using dispersed coal fuel.