超细与常规煤粉的热解特性及其热解机理的研究

第３８卷第ｌｌ期２０Ｏ６年１１月

哈尔滨工业大学学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＡＲＢＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥ０ＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖ０１＇３８Ｎｏ．１ｌ

Ｎｏｖ．２００６

超细与常规煤粉的热解特性及其热解机理的研究

张超群１，魏砾宏２，任庚坡１，姜秀民１’２

（１．上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２４０，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｃｑｈｈｗ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃ“；

２．哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，哈尔滨１５０００１）

摘要：结合积分法和微分法，由热解曲线和动力学方程出发，得到了适合不同粒度的大同烟煤和元宝山褐

煤的热解机理，上述煤种热解反应都遵循ｚｈｕｒａｌｅｖ，Ｌｅｓｏｋｉｎ和ＴｅｍＰｅｌｍａＪｌ三维扩散方程；同时对大同烟煤和

元宝山褐煤不同粒度的煤样的热解特性进行研究，由实验数据得到了热解反应动力学参数，为进一步研究超

细和常规煤粉的着火、燃烧提供了理论基础．

关键词：热解；颗粒粒度；动力学参数；热解机理

中图分类号：ＴＱ５３０．２文献标识码：Ａ文章编号：０３６７—６２３４（２００６）１ｌ—１９４８一０４

Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｙｒｏｌｙｓｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆ

ｍｉｃｒｏ．ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄａｎｄｃｏｍｍｏｎ－ｐｌｌｌｖｅｒｉｚｅｄｃｏａｌ

ＺＨＡＮＧＣｈａｏ—ｑｕｎ‘，ＷＥＩ“小ｏｎ９２，ＲＥＮＧｅｎｇ—ｐｏ‘，ＪＩＡＮＧＸｉｕ—ｍｉｎ卜２

（１．ＳｃｈｏｏｉｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ，Ｅ?珊ａ订：ｚｃｑｈｈｗ＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；

２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅＩ‘ｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ７Ｉ’ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｉｓｖｅｒｙｄｉ硒ｃｕｌｔｆｏｒｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｈｅｎｎｏｇｒａＶｉｍｅｔｒｙｔｏｃｏｎｃｌｕｄｅｔｈｅｐｙｒｏｌｙｓｉｓｎｌｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｏａｌ．’ｒｈｅＩ．ｅｆｂｒｅ，ｂａｓｅｄｏｎｐｙｒｏｌｙｓｉｓｃｕｎｒｅａｎｄｋｉｎｅｔｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｇｒａｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｄｉｆｂｒｅｎｔｉａｌｎｌｅｔｈｏｄｔｏｏｂｔａｉｎｐｙｒｏｌｙｓｉｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｃｏａｌｗｉｔｈｆｏｕｒｄｉｆ．ｆｅｒｅｎｔｐａｎｉｃｌｅｓｉｚｅｗｈｉｃｈａｒｅｔａｋｅｎｆｒｏｍＹｕａｎｂａｏｓ—ｈａｎａｎｄＤａｔｏｎｇ．ＩｔｈａｓｂｅｅｎｐＩ－ｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｒｐｙＩ．ｏｌｙｓｉｓｍｅｅｈａｎｉｓｍｆｏｌｌｏｗＺｈｕｒａｌｅｖ，Ｌｅｓｏｋｉｎａｎｄ‘Ｉ、ｅｍＰｅｌｍａｎｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉｆｍｓｅｄｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ＤＴＧ一６０ＨｔｈｅＩｍｏｂａｌａｎｃｅｍａｄｅｉｎＪａｐａｎｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｓｔｕｄｙｐｙｒｏｌｙｓｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓａｍｐｌｅｓｆ而ｍＹｕａｎｂａｏｓｈａｎａｎｄＤａｔｏｎｇｗｈｏｓｅａＶｅｒａｇｅｓｉｚｅ，ａｎｄｍａｄｅｏｕｔｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｋｉｎｅｔｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｅＨｎｓｏｆｅｘｐｅｒ主ｍｅｎｔａｌｄａｔａ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｐｒｏＶｉｄｅａｎｉｍｐｏｎａｎｔｂａｓｅｏｆｆｈｒｔｈｅｒｒｅｓｅａ聃ｈｉｎｇｌｉｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒ０－ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄａｎｄｃｏｍｍｏｎｐｕｌＶｅｒｉｚｅｄｃｏａｌ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｙｒ０１ｙｓｉｓ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ；ｋｉｎｅｔｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｐｙｒ０１ｙｓｉｓｍｅｃｈａｎｉｓｍ

煤的热解是煤燃烧的一个重要初始阶段，对着火有极大的影响，也影响到燃烧的稳定性及后期的燃尽问题．这是由于热解时挥发分的析出造成煤粒质量的直接消耗，同时释放的挥发性物质会在气相或使煤粒本身升温并加速了煤粒的着火与燃烧；另一方面，热解过程中煤粒的化学结构、表面形态及孑Ｌ隙结构发生很大变化，从而会改变煤焦的反应能力，此外，挥发分析出并燃烧抑制了氧向煤粒表面和孔隙内扩散，也改变了煤焦的燃烧速率．

收稿日期：２００４一０９一０７．

基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（２００２ＡＡ５２７０５Ｉ）作者简介：张超群（１９７７一），男，博士研究生；

姜秀民（１９５６一），男，博士，教授，博士生导师．

尽管人们对煤的热解做了大量的研究工作¨。４Ｊ，但是在热分解反应机理方面，仍然存在着许多模糊不清之处，在利用热重法来判断热解反应机理时，传统方法很难确切推断反应的机理，本文运用积分法和微分法结合的办法，由热解曲线和动力学方程出发，得到了适合不同粒度的大同烟煤和元宝山褐煤的热解机理，即上述煤种热解反应都遵循Ｚｈｕｒａｌｅｖ，ｋｓｏｋｉｎ和ＴｅⅡｌＰｅｌｍａｎ三维扩散方程．

１超细煤粉的热解特性试验

１．１样品

试验样品为大同烟煤和元宝山褐煤．将采集

第ｌｌ期张超群，等：超细与常规煤粉的热解特性及其热解机理的研究?１９４９?

的一定量的大同和元宝山煤经过洗涤、烘干、碾

磨，制成工业分析基煤样，再将煤样反复的研磨分

别制成４种粒度不同的试验煤样，这期间对样品

未进行任何的筛分处理，以保证试验数据能真实

准确地反应此煤粉的特性．元宝山褐煤与大同烟

煤的不同粒度煤样的工业分析数据见表１．

表ｌ不同粒度试验样品质量表

元宝山褐煤

粒度／仙ｍ质量／ｍｇ

大同烟煤

粒度／斗ｍ质量／ｍｇ

１．２仪器和试验说明

采用由日本岛津（ｓＨＩＭＡＤｚｕ）公司生产的ＤＴＧ一６０Ｈ型热重一差热分析仪在相同升温速率下对不同粒度的元宝山和大同煤进行了热解试验研究．本次试验所采用的升温速率分别为ｌＯ、２０、３０和５０℃／ｍｉｎ．试验所用的气体为Ｎ：，气体总流量为８０ｍＬ／ｍｉｎ．

１．３升温速率对超细煤粉热解特性的影响在热解特性试验中，粒度为１０．６８斗ｍ的元宝山和７．１４斗ｍ大同煤样在不同升温速率下的热解ＴＧ、ＤＴＧ曲线如图１～２所示，可以看出，升

１（）ｏ

９０

羹ｓｏ

裂，ｏ

６０

５０

１００

９０

零

薄８０删

水７０

６０

Ｏ２００４００６００８００ｌ０００ｌ２００ｌ４００

口／ｃｃ

（ａ）元宝山煤

Ｏ２００４００６００８００１０００１２００

ｌ枷

日／℃

（ｂ）大同煤

图ｌ不同升温速率热解’ｍ曲线

０．０５

，Ｏ

ｐ

琶．０．０５

、

藿＿ｏ．１０

ｐ

零０

＼

囊．ｏ．０５

Ｏ２００４００６００８００ｌ０００ｌ２００ｌ４００

∥℃

（ａ）元宝山煤

Ｏ２００４００６００８００ｌ０００ｌ２（）【）Ｉ４【）【）

口／℃

（ｂ）大同煤

图２不同升温速率热解ＤＴＧ曲线

温速率对煤的反应有一定影响，随着升温速率的，

提高，煤粉析出挥发分的起始温度偏高，ＤＴＧ峰

移向更高温度．这是因为在热解反应过程中，介质

的扩散和热量的传递需要一定的时间，即反应表

现一定的延迟性，所以在相同温度区间内，升温速

率越高，反应时间就越短，因此造成反应后移．此

外，同一样品，不同升温速率的失重率基本相同，

这说明升温速率对此几乎没有影响．

从图ｌ中不难看出煤粉在不同升温速率下的

ＴＧ曲线很相似，每条曲线在样品开始分解之前都

有一个非常明显的增重阶段，大概要持续到６０℃

左右才开始达到稳定，这可能是因为样品在开始

升温阶段吸附了周围气氛中的氮气和水分或者是

因为开始加热阶段由于热天平内气氛温度升高压

力增大所致．

１．４颗粒粒度对煤粉热解特性的影响

从图３，４中不难看出不同粒度两种煤粉颗粒

在３０ｃＣ／ｍｉｎ升温速率下的ＴＧ、ＤＴＧ曲线都比较

相似，在挥发分开始析出之前都有一个非常明显

的水分析出过程．随着颗粒粒度的降低，煤粉开始

分解的温度有不同程度的降低，ＤＴＧ峰值有所增

大，说明颗粒粒度对煤粉的热解有影响，随着粒度

的不同而有所差异．虽然不同粒径热解ＴＧ曲线

都是比较相近的，但呈现的规律还是比较明显的，

即随着颗粒粒度的减小，挥发分析出的速度增大，

超细与常规煤粉的热解特性及其热解机理的研究

作者：张超群， 魏砾宏， 任庚坡， 姜秀民， ZHANG Chao-qun， WEI Li-hong， REN Geng-po ， JIANG Xiu-min

作者单位：张超群,任庚坡,ZHANG Chao-qun,REN Geng-po(上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240)， 魏砾宏,WEI Li-hong(哈尔滨工业大学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001)

， 姜秀民,JIANG Xiu-min(上海交通大学,机械与动力工程学院,上海,200240;哈尔滨工业大

学,能源科学与工程学院,哈尔滨,150001)

刊名：

哈尔滨工业大学学报

英文刊名：JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

年，卷(期)：2006，38(11)

引用次数：3次

参考文献(5条)

1.GRZYB B.MACHNIKOWSHI J.WEBER J V Mechanism of Co-pyrolysis of Coal-tar Pitch with

Polyacrylonitrile 2003(1)

2.G(U)R(U)Z G A.UCTEPE U.DURUSOY T Mathematical Modeling of Thermal Decomposition of Coal 2004(2)

3.BUCHANN Ⅲ A C.BRITT P F Investigations of restricted mass transport effects on hydrocarbon pyrolysis mechanisms through silica immobilization 2000(1)

4.HAUSERMAN W B Relating catalytic coal or biomass gasification mechanisms to plant capital cost components 2002(1)

5.李余增热分析 1987

相似文献(10条)

1.期刊论文任庚坡.张超群.魏砾宏.姜秀民超细褐煤粉的热解特性及其热解机理-热能动力工程2005,20(4)

在利用热重法判断热解反应机理时,传统方法很难确切推断反应的机理.为此,从热解曲线和动力学方程出发,运用双外推法,得到了平均颗粒粒度为10.68 μm的元宝山褐煤热解低温段部分的机理为Anti-Jander三维扩散方程;同时对元宝山褐煤不同粒度煤样的热解特性进行了研究,分析了升温速率和颗粒粒度对煤粉热解特性的影响.

2.期刊论文刘辉.吴少华.孙锐.徐睿.邱朋华.李可夫.秦裕琨.LIU Hui.WU Shao-hua.SUN Rui.XU Rui.Qiu Peng-

hua.LI Ke-fu.QIN Yu-kun快速热解褐煤焦的比表面积及孔隙结构-中国电机工程学报2005,25(12)

利用热力工况与实际煤粉锅炉相似的管式沉降炉,获得快速热解条件下不同粒度、不同热解时间的煤焦试样,采用美国Micromeritics公司ASAP2020自动吸附仪测定低温氮吸附等温线,不同粒度及不同热解时间的煤焦其吸附等温线都是带回线的Ⅱ型吸附等温线,说明其具有较连续的完整的孔系统,孔径范围小至分子级孔,大至无上限孔(相对而言).各煤焦试样的比表面积及孔径分布具有相似的特点,分布曲线起始部分上翘,在孔直径3～4nm内出现峰值.试验条件下,随着热解时间的增加,煤焦的比表面积和孔容积减小.在各个相同的热解时间条件下,平均粒度29.61μm煤样的煤焦比表面积和孔容积均大于平均粒度72.79μm煤样的煤焦,表明煤粉粒度的减小对其热解后煤焦的孔隙结构有重要影响.

3.期刊论文于海龙.姜秀民.YU Hai-long.JIANG Xiu-min颗粒粒度对油页岩热解特性和动力学参数的影响-中原

工学院学报2007,18(1)

在热重-红外联用分析仪上进行了桦甸油页岩的热解特性实验研究,得到了升温速率为20℃/min时颗粒粒度分别为75.66 μm、110.05μm、

200.21μm和290.40 μm的油页岩的热解TG、DTG和DSC曲线,分析了油页岩的热解特性及规律.结果表明,油页岩的热解是分两步进行的,油页岩在低温段的热解是主要的;随着颗粒粒度的减小,油页岩的热解特性趋好.通过数据分析,得到了油页岩在不同阶段的热解反应动力学参数.

4.学位论文刘辉生物质热解实验及动力学研究2008

生物质能源的开发与利用对缓解我国能源和环境压力，促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大的意义。生物质热解技术是有效利用生物质能源的方法之一。 本文综述了各国生物质能的利用现状和形势，结合我国生物质能利用的具体状况和研究形势给出了本文的研究方法和研究内容。从3个角度(生物质组成、物质能量传递和反应进程)分析了生物质热解反应机理，简要介绍了生物质热解反应的动力学理论。选取三种湖南省比较常见的天然生物质松树皮、稻秆和竹子为实验原料对生物质的热解进行了研究。分别对三种生物质试样进行了工业分析和热重分析。热解实验采用线性升温的方法，在氮气气氛下进行，并用高纯氮气作为保护气体，对不同升温速率、不同颗粒粒度和不同生物质组成的试样产生的TG和DTG曲线进行了分析，通过对影响生物质材料热解的各种因素的分析，进而得出了影响生物质材料热解的主要影响因素和一般规律。 通过工业分析可以看出生物质具有挥发份含量高、灰份含量低、低发热量的特点。 对TG和DTG曲线的分析结果表明： (1)生物质的热解行为可以分成两个明显的反应阶段：(2)升温速率影响试样热解的最大失重率以及热解的温度范围，升温速率的提高有利于生物质的热解反应； (3)颗粒粒度对热解的影响较小，颗粒粒度越小越有利于热解的进行； (4)生物质中的灰分越大，达到最大热解速率对应的温度越低，最终固体残余量越大：挥发分越大，最大热解速率越高：水分越大，第一阶段失重率越高。 生物质的热解分为两个阶段，建立了生物质热解反应动力学模型，用Li Chung—Hsiung法将数据代入9种典型的固体热解机理函数中进行拟合，比较他们的相关系数和偏差，选出线性最好的几种机理函数，再用Malek来确定最有可能的机理函数。结果表明可以用R2模型和F1模型分别来描述松树皮两个阶段的反应机理，用R3模型和D3模型分别来描述稻秆两个阶段的反应机理，用R2模型来描述竹子两个阶段的反应机理，最后通过选出的最佳机理函数用积分法分别求出不同实验条件下的反应动力学参数，即反应活化能E和指前因子A。

5.期刊论文魏砾宏.李润东.李爱民.李延吉.姜秀民.WEI Li-hong.LI Run-dong.LI Ai-min.LI Yan-ji.JIANG Xiu-

利用热天平,以高纯氩气为气氛气体,研究了细化鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性.实验结果表明,不同粒度的细化和超细煤粉的热失重过程可以分为4个阶段,在1400℃之前热失重微分曲线有2个失重峰.室温～400℃,各样品的失重特性无明显区别.400～980℃,粒度对煤粉失重速率间存在较好规律性.升温速率对鹤岗细煤粉热解特性的影响表现在,随着升温速率的提高,挥发分的初析温度降低;热解最大失重速率增大,达到最大失重速率的温度升高,煤粉的热解特性指数D值增大.即升温速率的增加有利于细煤粉的热解.此外,在10℃/min加热条件下,对比了平均粒径基本相同的鹤岗煤和准噶尔煤的热解特性,发现挥发分含量接近,而灰分含量较高的鹤岗煤的热解特性明显优于准噶尔煤.

6.期刊论文于海龙.姜秀民.YU Hai-long.JIANG Xiu-min颗粒粒度对油页岩燃烧特性的影响-动力工程

2007,27(4)

在STA409型热重-红外联用分析仪上进行了桦甸油页岩的燃烧特性实验,得到了升温速率为20℃/min时,颗粒粒度分别为75.66μm、110.05μm、200.21 μm和290.40μm的油页岩的燃烧TG、DTG和DSC曲线,分析了油页岩的燃烧特性及规律.结果表明:油页岩的燃烧是分两步进行的,油页岩在低温段的燃烧以挥发分的燃烧为主;随着颗粒粒度的减小,油页岩的燃烧特性趋好;而高温段主要是有机质、固定碳等难于分解的物质开始燃烧.利用Freeman-Carroll法得到了油页岩在不同阶段的热解反应动力学参数.

7.学位论文王天岗生物质热解释氢过程的实验研究2006

本文根据目前我国的能源利用现状，在总结国内外生物质制氢技术的基础上，指出了进行生物质热解释氢研究的重要性和现实意义，为了研究各个因素如温度、反应时间、颗粒粒度、物料种类、水蒸气和生物质的比率(S/B)等对生物质热解释氢的影响，本文做的主要研究内容如下： 首先对生物质热解释氢的过程做了全面的研究，对三种生物质原料稻壳粉、花生壳粉和木屑进行了热重分析，探讨了在相同的反应条件下，不同种生物质原料在热解释氢过程中的反应特性。并对在释氢过程中的热解机理进行了全面的分析。为对生物质热解释氢的研究打下了理论基础。 根据以上的基础知识和我们的研究目的，我们自行设计了小型生物质常规热解释氢实验台——管式炉热解实验装置。在该试验台上，选取具有代表意义的稻壳、稻壳粉、花生壳粉及木屑，在自动控制系统的控制下，通过控制温度、反应时间、颗粒粒度、物料种类、水蒸气和生物质的比率(S/B)等影响因素进行了生物质热解释氢的实验。 对实验结果进行了分析，分析了各个因素对生物质热解释氢的影响，结果表明，温度是影响生物质热解释氢的主要因素，氢的产量随着热解温度的提高明显增加，热解反应在未完成之前，增加反应时间有利于提高氢的百分含量。发现在750℃反应时间为12分钟时(S/B)小于0.48时，氢的百分含量随S/B的增大而增加，S/B大于0.48后，氢气的百分含量有缓慢变小的趋势等等其他热解释氢的基本规律，所得出的生物质在各种不同的热解条件下热解释氢的重要结论和基本规律，为生物质热化学转化制氢技术的研究提供参考。

8.学位论文庞克亮天然焦的热解及催化气化反应特性研究2007

天然焦是采煤过程的副产品，广义上说仍然属于高变质程度的一类煤，是煤层受岩浆侵入，快速热解、干馏而成的固体可燃矿物，因与人工焦炭相似而得名，其热值大都在18～30 MJ·kg<'-1>之间。煤层中，天然焦在竖向或横向上与煤共存，如不及时规划开采，在煤矿开采过程中往往受眼前利益驱使而被丢弃在采空区，致使日后难以回收利用，造成资源的严重浪费。我国天然焦储量丰富，至1999年底全国已发现天然焦储量为16.27亿吨，将天然焦用于发电，可缓解能源紧张。截至目前为止，有关天然焦的分子排列、热解过程、热重分析仪的CO<,2>气化反应及催化气化反应、流化床—H<,2>O催化气化方面的研究，国内外均未见报道。基于此，本文对徐州沛城煤矿天然焦进行物理特性分析，在热重分析仪上研究沛城煤矿天然焦的热解、气化特性，并在自行建造的流化床装置上对天然焦-H<,2>O进行催化气化试验研究。 利用扫描电子显微镜对沛城煤矿天然焦和韩桥烟煤进行观察，镜下结果显示，沛城煤矿天然焦具有比韩桥烟煤更发达的孔隙结构。X射线衍射结果显示，沛城煤矿天然焦微晶的平行定向程度高于韩桥烟煤，但是表征晶体三维结构的101衍射峰并未出现。 对天然焦热解过程的热重分析结果表明，与煤的热解过程不同，天然焦的热解过程没有半焦形成阶段，只包括了

2个不同的脱气阶段。随升温速率的提高，TG曲线向高温区偏移，升温速率对天然焦挥发分的析出量几乎没有影响；热解终温对试样挥发分析出量的影响较为明显，高温时，试样颗粒显微镜下呈现出丰富的微孔结构，有利于挥发分的析出和还原活性的提高；颗粒粒度的减小有利于挥发分的析出；低于某特定温度，热解压力的影响较弱，当温度继续升高，压力的影响逐渐明显。采用Coats-Redrern积分法对天然焦的热解过程进行了动力学分析，沛城煤矿天然焦热解反应级数n=0.5；随升温速率的提高，反应活化能略有增加；随着试样颗粒粒度的减少，反应活化能降低：增加操作压力，热解活化能随之增大，但增长幅度趋缓。 在TGA92型热重分析仪上研究沛城煤矿天然焦-CO<,2>气化反应特性，结果表明：沛城煤矿天然焦与原煤的气化特性比较接近，略高于原煤；气化温度对气化反应影响显著；随着气化反应操作压力的增加，气化反应速率增加，天然焦试样碳转化率增加，但是，试样碳转化率的增加并不是成线性的，在较高操作压力下，压力对天然焦-CO<,2>气化反应的影响较弱；浸渍了钾、钙、铁和镍基单种催化剂的天然焦样品气化反应速率增加得较快；催化剂的添加方法对煤焦的气化反应影响显著，浸渍法好于干混法；干混法添加混合催化剂对天然焦试样气化反应的催化效果较好。在沛城矿天然焦气化过程中，采用干混法添加混合催化剂是一种易于操作且催化效果明显的方法。催化效果最佳的混合催化剂中各单种金属原子比例为

：Fe/Ni/其它=35/55/10，催化剂金属原子含量为沛城天然焦试样质量的4％左右时，催化效果最佳。文章中对天然焦—CO<,2>气化反应机理进行了论述。未反应收缩核模型能够很好地描述沛城矿天然焦的气化过程，沛城矿天然焦气化反应活化能高于韩桥烟煤，是烟煤的1.2倍。 沛城煤矿天然焦—H<,2>O气化反应ASPEN PLUS模拟结果与试验结果显示，气化反应温度是影响气化反应的主要因素。随着气化反应温度的升高，煤气组分中H<,2>、

CO<,2>含量下降、CO含量增加，煤气产量、碳转化率迅速增加，可燃组分含量增加，煤气热值、小时产气热值增加。氧气流量是影响气化反应的另一主要因素。在气化反应温度900℃、天然焦试样添加量为0.2 kg·h<'-1>、水蒸气流量为1.05kg·h<'-1>工况下，调整气化介质量氧气流量，其变化范围为从0～0.4L·min<'-1>。随着氧气流量的增加，气化反应速率增加，产气量、碳转化率增加，但产气量的增幅速率不同。在氧气流量低于0.2L·min<'-1>时，产气量增幅较大，随着氧气量的进一步增加，产气量的增幅变得缓慢；随着氧气流量的增加，煤气组分中H<,2>、CO、CH<,4>的含量降低

，CO<,2>含量增加，且增加的较明显；随着流化介质中氧气流量的增加，可燃组分含量、煤气热值降低；在氧气流量低于0.2L·min<'-1>时，随着流化介质中氧气流量的增加，小时产气热值增加，而在氧气流量超过0.2L·ain<'-1>时，小时产气热值模拟数值增加缓慢，试验数值出现下降趋势。在不同的反应工况下，ASPEN PLUS模拟数值与试验数值相近，且变化趋势相同。应用ASPEN PLUS模拟软件模拟天然焦-H<,2>O气化反应过程对系统设计与优化具有重要意义。 钾、钙、铁和镍基4种单一催化剂的加入使得天然焦-H<,2>O气化反应速率加快，产气量、碳转化率、小时产气热值明显增加；4种物质的催化作用效果相当，Ca基催化剂的催化效果略弱；催化效果最佳的混合催化剂中各单种金属原子比例为：Fe/Ni/其它=35/55/10，这一结论与天然焦-CO<,2>气化反应结论相一致。 随着催化剂含量的增加，产气量、碳转化率、煤气热值、小时产气热值增加。通过对煤气成分、各成分产气量、总产气量、煤气热值、小时产气热值的综合分析，发现随着催化剂含量的增加，气化反应结果均出现一拐点，其拐点值在催化剂含量为4％处，这说明催化剂的添加量存在一个极值，当催化剂含量超过这一极值时催化作用变得不明显。最后确定催化气化反应的最佳催化剂含量应该在4％附近，这一结论与天然焦-CO<,2>气化反应结论相一致。干混法添加混合催化剂，催化效果明显，且方便易行，便于工业生产应用。 本文试验的主要目的在于通过试验筛选最佳催化剂并确定最佳添加量。流化床试验装置较小，加料量受到限制，不能实现连续进料，为保证气体各成分产气量稳定及实现较高的碳转化率，可以延长间歇进料时间，加料时间间隔从15min增加到25min，试样的碳转化率从56.4％增加到92.5％，但可燃组分含量、煤气热值和小时产气热值略有下降。可以预见，在较大尺寸的循环流化床气化装置中，可以实现连续加料，在适当的加料量情况下能够达到较高的碳转化率，同时床层高度的增加使得气化介质停留时间延长，提高煤气中可燃组分含量、煤气热值和小时产气热值。另外，循环流化床中返料装置的存在以及加压气化均会使得碳转化率、煤气热值和小时产气热值进一步增加。 利用循环流化床技术将天然焦进行水蒸气催化气化，是清洁、高效利用天然焦这一高热值燃料的有效手段，它可以很好地克服天然焦点火难和热爆性等不利因素、实现资源的充分利用，具有广阔的应用前景。

9.学位论文杨帆油页岩的热转化利用2009

油页岩经过低温干馏可以得到碳氢比类似天然石油的页岩油，它是一种重要的替代能源资源；此外，它还可用于发电、化工、医药、建筑、农业等方面。我国油页岩资源丰富，其拥有巨大的开发潜力。抚顺油页岩和山东油页岩的铝甑含油率分别为9.40％和15.87％，两者均属于富矿，可以用于炼油工业，具有一定的开采及开发价值。 本文采用铝甑法考察了油页岩低温干馏的影响因素。抚顺油页岩和山东油页岩分别在干馏终温510℃和490℃、停留20min、升温速率10℃/min及颗粒粒度＜3mm的条件下，产油率最大。抚顺油页岩和山东油页岩大量放出页岩油的温度范围分别为

390～490℃和350～450℃。 采用热重法，考察升温速率、颗粒粒度及灰分对油页岩热解行为的影响。油页岩的热解可以分为三个阶段：200℃前为脱水阶段；200～600℃，有机质裂解，抚顺油页岩在此阶段有明显的二段分解峰；600℃以后，矿物质开始分解。随着升温速率的增加，油页岩热解的初始温度、质量损失峰值、终止温度均增加，而且裂解的温度范围也变宽；升温速率对油页岩的总失重率基本没有影响。颗粒粒度对油页岩热解的影响是比较有限的。油页岩中的矿物质使抚顺油页岩和山东油页岩的总转化率分别相对提高了15.6％、17.8％。抚顺油页岩中的矿物质主要催化有机质裂解的后一阶段，即450～600℃。 采用热重法，考察制焦方法、灰分对油页岩CO2气氛下的气化行为的影响。油页岩固定床半焦的气化性随制焦终温的提

样品的孔隙变得发达，还有可能形成更多的活性位，有利于气化，抚顺油页岩400℃固定床半焦和山东油页岩400℃固定床半焦的气化率比原油页岩分别相对提高了13.1％和4.9％。油页岩中的矿物质在本质上对油页岩的气化反应起催化作用，只是脱除矿物质所导致的催化作用的降低与其所引起的比表面积增大所带来的气化反应活性的提高相比不占优势。 本文采用DAEM法研究油页岩热解过程的活化能分布，油页岩中的矿物质可以促进油页岩有机质的二段分解过程；采用Coats—Redfern法计算油页岩气化反应的动力学参数，所得动力学数据与前文的实验结果和推论相吻合。

10.期刊论文张超群.蔡巍.李学恒.魏砾宏.姜秀民.Zhang Chaoqun.Cai Wei.Li Xueheng.Wei Lihong.Jiang

Xiumin超细鹤岗烟煤热解实验研究及动力学参数分析-煤炭转化2006,29(1)

采用日本岛津(SHIMADZU)公司生产的DTG-60H型热重-差热分析仪研究了鹤岗烟煤在两个不同升温速率5 ℃/min和10 ℃/min下,对常规粒度与超细粒度4个煤样进行了热解实验.热解实验所用气体为纯N2,气体流量均为80 mL/min.煤样的颗粒粒度由英国Malvern公司的MAM5004型激光粒度分析仪测定.根据实验数据计算了各实验煤样热解动力学参数.结果表明,鹤岗煤粉热解的活性与其粒度的关系为:随着粒度的减小,其热解活性越好,活化能相对较小;并且随着粒度的减小,热解反应时间也减少,煤粉的热解特性随平均粒度减小而改善.

引证文献(3条)

1.朱光明.杨剑峰.段学农.陈一平.焦庆丰.杭才琪.杭文华轴向型双挡板煤粉分离器的应用及效益分析[期刊论文]-电力技术经济 2009(3)

2.齐永锋.章明川.张健.田凤国超细煤粉快速热解动力学特性实验研究[期刊论文]-化学工程 2009(3)

3.魏砾宏.李润东.李爱民.李延吉.姜秀民煤粉热解特性实验研究[期刊论文]-中国电机工程学报 2008(26)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/5217392159.html,/Periodical_hebgydxxb200611033.aspx

下载时间：2010年1月4日