“煤的热解与转化”专题（《煤炭学报》）

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“煤的热解与转化”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“煤的热解与转化”主题论文。

行业视野: 煤化工
类别; 90个
关键词; 123位
专家; 21篇
论文; 20505IP
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孔隙结构对褐煤干燥动力学的影响

作者(Author)：曲啸洋, 李鹏, 周国莉, 张磊, 刘盼, 张婕

摘要：研究了胜利和昭通褐煤在低温（60～140 ℃）干燥过程中孔隙结构的演变，计算了2种不同结构褐煤脱水过程的有效水分扩散系数（Deff），讨论了褐煤孔隙结构参数和水分扩散特性参数的关系。结果表明，胜利褐煤的孔隙结构以开放的圆柱形孔隙、平行壁状狭缝孔和尖劈型毛细孔为主；而昭通褐煤以一端封闭的不透气性孔为主。随着干燥时间增加，2种褐煤比表面积均减小，平均孔径变化趋势与孔容变化相反。随着干燥温度升高，2种褐煤比表面积、孔容、平均孔径均增大，平均孔径变化趋势与孔容变化相同。关联动力学参数表明，煤样的孔容比及比表面积都与Deff有较好关联度，2种褐煤的孔容比与比表面积呈正相关；水分扩散系数更是与比表面积呈线性关系。胜利褐煤在孔径小于7 nm时孔容比随温度的升高而增大；而孔径区间介于7~10nm的孔容比随温度的升高而减小。昭通褐煤在孔径小于10nm的孔容比随温度的升高而增大；而孔径区间介于10~20 nm的孔容比随温度的升高而减小。2种褐煤的Deff均受微孔及较小孔径的中孔控制。同时，计算得出低温干燥过程胜利褐煤的活化能（16.95 kJ/mol）低于昭通褐煤（21.84 kJ/mol），这说明相同条件下胜利褐煤脱水所克服的能垒更低。这项研究对干燥装置的开发设计和工艺参数的优化具有重要的参考价值。

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煤炭学报

2019年第03期

1040

288
升温速率对准东褐煤热解特性及煤焦孔隙结构的影响

作者(Author)：张肖阳, 周滨选, 安东海, 崔琳, 郑瑛, 董勇

摘要：为了简化活性焦的制备工艺流程，降低其生产成本，同时拓宽准东褐煤利用途径，需要对准东褐煤热解过程进行更深入的研究。利用热重(TGA)技术考察了准东褐煤在不同升温速率(10,20,30,40和50 ℃/min)热解失重特性并采用等转化率法分析了其动力学参数，同时利用程序升温和快速热解在终温为800 ℃条件下制备出活性焦SC1和SC2。采用氮吸附仪(BET)获得煤焦的孔隙结构参数，利用红外吸收光谱仪(FT-IR)和拉曼仪光谱仪(Raman)分别获取煤焦大分子结构中的官能团和碳骨架结构信息。研究结果表明，基于热重法分析出准东褐煤热解动力学参数，活化能和指前因子变化范围为38.89～229.13 kJ/mol和108.26～1.18×109 s-1。升温速率为30 ℃/min时，有足够热量促进煤焦内部有机结构分解生成大量挥发分，煤焦内部形成合理的温度梯度，阻碍了热缩聚反应造成孔隙阻塞，挥发分顺利释放促进了孔隙结构形成。程序升温热解焦SC1烧失率为46.5%，比表面积为312.91 m2/g，孔容为0.178 cm3/g，平均孔径为2.271 nm;而快速热解焦SC2烧失率为37.3%，比表面积达到424.25 m2/g，孔容为0.189 cm3/g，平均孔径2.342 nm，以微孔为主，结构参数明显好于SC1。快速热解炭化制备活性焦前驱体，促进煤焦生成大量无定形结构和缺陷结构，利于活化阶段微孔孔隙结构的构筑。

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煤炭学报

2019年第02期

1205

372
胜利褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理分析

作者(Author)：赵波庆, 李娜, 陈琛, 史肃龙, 班延鹏, 宋银敏, 何润霞, 刘全生

摘要：褐煤的热解反应是褐煤利用的重要研究方向之一。为了分析褐煤热解过程中结构演变及气体生成机理，首先将胜利褐煤（SL）在固定床上进行热解制焦，利用800 ℃时SL热解气体生成速率曲线选取半焦终温，同时用气相色谱在线检测其所生成的热解气；其次结合煤焦傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的表征进行分析，将半焦的FT-IR分峰拟合计算；最后将计算参数结合热解气生成规律，提出了热解升温过程中各反应阶段生成气体机理和气体生成过程中煤体结构的演变规律。结果表明，SL具有羟基、脂肪烃、芳环、羰基、醚键等丰富的官能团，热解温度低于350 ℃，胜利褐煤中主要官能团未发生明显变化；350~450 ℃，脂肪族侧链含氧官能团分解，热解温度450 ℃比350 ℃时煤焦中C〖CDS1〗O相对含量（C1）降低78%；560~800 ℃，热解反应主要以芳香烷基侧链含氧官能团裂解为主，热解温度800 ℃时煤焦中C—O相对含量（C2）比560 ℃时降低27%；热解温度710~800 ℃时，煤热解以缩聚反应为主，热解温度800 ℃煤焦中芳香稠和度（D2）比710 ℃时升高65%。对4种热解气生成过程进行研究分析，CO2主要来源于中低温区煤中不同结构的羧基官能团分解；高温区生成CO，来源于煤中酚类、醚类、含氧杂环等结构的分解；CH4主要由芳环侧链的甲基、亚甲基或连接芳环结构亚甲基的分解；高温区产生的约60%H2主要来自于煤中芳香结构的缩聚反应。

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煤炭学报

2019年第02期

1364

315
低阶煤中镉的赋存对其在热解中释放的影响

作者(Author)：周玲妹, 郭豪, 初茉, 畅志兵, 王晓兵, 张冠军, 龚永强, 曲洋

摘要：为了探明重金属镉元素在低阶煤热解过程中的释放机制，在铝甑反应器中考察了不同热解终温下(400~800 ℃)新疆淖毛湖煤和宝日褐煤热解过程中镉的迁移转化行为。提出了“原煤热解行为-镉在煤中的赋存形式-重金属镉的释放行为-FactSage模拟”这一技术路线，首先在TGA反应器中考察了2种低阶煤的热解特性，其次利用逐级化学提取法和电子扫描电镜研究了重金属镉在煤中的赋存形式，然后在铝甑反应器中研究重金属镉在煤热解过程中的释放行为，最后结合FactSage热力学模拟计算，分层次系统地揭示重金属镉元素在热解过程中的释放机制。结果表明，镉在煤中的赋存形式决定了其在煤热解中的挥发性:2种低阶煤中有机结合态的镉元素比例均较高，导致低温时镉元素即可随着有机质的热分解而逸出;宝日褐煤中铁锰结合态镉元素较多，且大多分布于煤颗粒表面，受热容易分解从而导致其挥发;高温时宝日褐煤由于其SiO2含量较高，高温下熔融硅酸盐可与气态的镉元素发生反应，使镉元素的挥发率降低，而淖毛湖煤由于其含有的碱金属和碱土金属较多，可与矿物形成低温共熔物而导致镉元素释放率持续增加。另外，FactSage化学热力学模拟的结果与实验现象相符。计算表明镉是一种易挥发的元素，低温时煤中的镉元素几乎全部以气态单质镉的形式挥发，镉不与煤中Si,Al,Cl,Fe和碱金属等元素反应，但是这些矿物对镉元素进行吸附或包裹会影响镉元素在热解中的释放。

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煤炭学报

2019年第01期

1303

296
大柳塔煤及显微组分在不同气氛下的热解行为

作者(Author)：史航, 靳立军, 魏宝勇, 王明义, 王德超, 胡浩权

摘要：煤热解与甲烷二氧化碳重整耦合(CP-CRM)过程是提高焦油产率的重要方法之一。煤的显微组分组成是影响煤热解反应过程的因素之一，N2气氛下的显微组分热解过程已有较为深入的研究，但显微组分在CP-CRM过程中的热解行为规律尚待研究。通过固定床实验探讨不同反应温度和气氛对显微组分热解产物分布规律的影响，对比研究了甲烷二氧化碳重整(CRM)与N2气氛下大柳塔原煤及显微组分热解特性的差异。通过模拟蒸馏、核磁共振和GC-MS等表征方法对焦油进行分析，认识显微组分结构对热解焦油组成的影响。结果表明，在N2气氛下，镜质组和惰质组展现出不同的反应特性，镜质组热解焦油产率明显高于惰质组，主要归结于显微组分结构的差异导致的反应性不同。CRM气氛能显著提高热解焦油的产率，尤其对惰质组的作用效果最明显，使惰质组的焦油产率相比N2气氛提高16%，主要归结于CRM过程产生的自由基参与煤热解反应。焦油组成分析表明，在N2气氛下得到的热解焦油中，镜质组具有较高比例的脂肪类物质，惰质组具有较高比例的芳香类物质;CRM气氛下焦油中1~2环芳香烃的比例提高，轻质组分中蒽油的相对

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煤炭学报

2019年第01期

1100

343
煤液化残渣固体热载体法热解实验研究

作者(Author)：王超, 徐绍平, 冯艳春, 王光永, 肖亚辉, 欧阳少波

摘要：对煤加氢液化残渣基本物性进行了考察,针对其加热易软化熔融、强黏结性等特性带来的进料困难、热解黏结以及粉尘与热解油气难以分离等问题,构建了集固体热载体快速热解和移动颗粒层除尘为一体的双循环反应系统,探讨了利用该系统连续热解残渣提油的可行性。结果表明,残渣可萃取物占残渣1/2以上,其含有的高分子量有机物使其具有强黏结性。通过配入一定比例惰性物料,可以有效地降低残渣的黏结性。采用螺旋进料器与文丘里进料器组合进料,并配合双层导管冷却的方式可以实现残渣连续顺畅地进料。固体热载体双循环反应系统残渣热解实验表明,采用石英砂掺混进料、流化床快速热解和移动颗粒层过滤除尘技术,可从残渣中高效提取清洁的热解油。热解温度为500℃,流化操作气速比U0/Umf为2. 8,石英砂-残渣掺混比为4∶1时,热解油产率达23%,是铝甑值的2. 1倍。

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煤炭学报

2018年第12期

830

344
石英管定向强化流场模拟内构件反应器不同厚度煤热解特性

作者(Author)：胡二峰, 赵立欣, 吴娟, 孟海波, 姚宗路, 丛宏斌, 赵泽华

摘要：内构件固定床热解反应器通过强化传热和调节热解产物由高温区向低温区流动并优化热解产物二次反应与反应器内流场、温度场的匹配关系,提高了热解油气收率和品质。采用石英管定向强化流场模拟内构件固定床反应器,考察不同厚度煤层热解特性。试验结果表明,随着煤层厚度的增加,热解焦油收率降低,焦油中轻质组分含量(沸点低于360℃)明显升高。当温度为800℃,煤层厚度从100 mm增加到200 mm时,焦油产率从6. 96%下降到4. 50%,下降幅度达35. 30%;焦油中轻焦油组分含量从62. 50%上升至76. 80%,增加幅度达22. 90%;热解水和煤气产率分别由9. 32%和9. 60%增至10. 70%和10. 90%,半焦产率略微降低。其中汽油馏分从3. 80%增加到20. 30%,煤油馏分从18. 50%增加到40. 00%。

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煤炭学报

2018年第12期

781

322
褐煤热解分级转化多联产系统环境与火用生命周期评价

作者(Author)：汤元君, 池涌, 董隽, 王勤辉, 倪明江, 周昭志

摘要：采用环境与火用生命周期评价方法对褐煤直接燃烧发电系统和褐煤热解燃烧分级转化多联产系统的环境影响与能量转化进行了分析。结果表明,环境影响方面,每燃用1 t褐煤,多联产系统产生的环境影响与直接燃烧相比在温室效应、酸化、富营养化和光化学臭氧形成潜力方面分别降低61. 7%,62. 9%,38. 5%和20. 0%。原因主要是多联产系统由于热解气净化后使用燃气蒸汽联合循环发电技术,能量转化效率高,产生的直接排放少;同时除发电外,多联产系统联产了高附加值产品甲醇、燃料油、硫等,抵消了生产过程的环境排放。能量转化方面,直接燃烧与多联产系统的积累火用消耗效率分别为94. 4%和111. 9%,多联产系统的能量转化优于直接燃烧系统。多联产系统输出产物的积累火用总值高于投入原料与能量的积累火用消耗总值(效率高于100%),原因是多联产系统在常规生产电力的基础上联产了高附加值的产物。

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煤炭学报

2018年第12期

849

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