《洁净煤技术》“新疆大学建校100周年校庆”特刊

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《洁净煤技术》“新疆大学建校100周年校庆”特刊

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》2024年06期，共18篇研究成果。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 96个
关键词; 114位
专家; 18篇
论文; 7967IP
点击量; 2053次
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淖毛湖煤和棉秆共热解协同效应分析

作者(Author)：胡孟启, 罗杰, 刘洋, 钟梅, 代正华, 靳立军, 亚力昆江·吐尔逊, 李建

摘要：煤和生物质共热解过程中,填料方式会显著影响挥发分之间相互作用及产物分布。分析分隔放置(Case1)、机械混合(Case2)、煤在棉秆上层(Case3)和煤在棉秆下层(Case4)4种填料方式下淖毛湖煤(NMH)和棉秆(CS)共热解产物的分布、组成及性质,并结合分形理论研究共热解半焦的孔隙特征,探究共热解协同效应。结果表明,NMH和CS协同作用因填料方式不同而变化,填料方式对共热解产物分布及性质影响大。用Case4方式时,共热解焦油产率最高,为15.94%,较理论计算值增加3.89%,正协同效应最显著。此时,CS热解产生的富氢组分及时与NMH热解挥发物发生交互作用,导致H2、CH4和C2~C4产量较理论值降低,共热解焦油产率增加。不同填料方式对共热解焦油中轻油馏分均产生负协同作用。含氧化合物相对含量减少可能是因为共热解过程促进脱氧反应(如脱羧和脱羰基化等),进一步生成脂肪烃,减少含氧官能团发生交联反应;在共热解中,·H自由基与活性含氧基团产生正协同作用,促使焦油中O、N、S原子向固体或气体产物转移。由半焦分形结果可知半焦分形维数D1和D2均在2~3间,说明半焦粗糙度和孔结构均满足分形结构基本特征。对于Case3和Case4方式,位于下层样品半焦的表面更粗糙。用Case3方式所得CS-C孔隙更小;而Case4方式所得NMH-C孔隙更不均匀,孔结构更复杂。

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洁净煤技术

2024年第06期

493

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微型流化床中轻、重焦油裂解特性和反应动力学

作者(Author)：李东升, 卢志帅, 郭悦, 吕仲彬, 张虹, 张玉辉, 贾鑫, 许光文

摘要：焦油裂解动力学是热解模型及反应器设计和运行的基础,目前研究将焦油作为整体予以考虑,然而轻质焦油和重质焦油的裂解特性存在显著差异。为了更准确地获得不同馏分焦油在不同温度下的裂解行为和二次反应模型,在微型流化床反应分析仪(MFBRA)考察了轻质焦油和沥青(重质焦油代表物)在550、600、650、700℃的裂解特性和反应动力学。结果表明,随温度升高,轻油和重油裂解生成的气体显著增加,其中轻油裂解的气体以CO和CH4为主,而重油裂解的气体主要由CO、CH4和H2组成。相较轻油,重油更易裂解,反应所需时间更短。基于等温法获得的轻质焦油裂解的平均活化能为49.49kJ/mol,明显高于重质焦油裂解的平均活化能(33.47kJ/mol)。通过对比模型法和等温法的活化能,筛选出最概然机理函数:重油裂解过程中CO、CH4和H2的生成分别符合化学反应(n=2)、三维扩散(球形对称)和收缩几何形状(圆柱形对称)模型;轻油裂解CO和CH4的生成符合化学反应(n=3)和三维扩散(球形对称)模型。试验结果为焦油选择性裂解的数值模拟提供更合理的二次反应模型。

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洁净煤技术

2024年第06期

453

106
CO2和H2O气化反应对富氧气氛煤热解和焦炭燃烧影响进展

作者(Author)：雷鸣, 田溪, 洪迪坤, 张倩, 张磊

摘要：富氧燃烧技术作为一种具有广阔前景的燃煤电站CO2减排技术,对实现可持续发展的能源目标具有重要意义。由于CO2和H2O物理性质和气化反应的影响,煤在富氧气氛中的转化过程可能明显异于空气气氛。通过分析已有文献发现,CO2对煤热解过程中挥发分的析出率和焦炭的物理结构和化学性质有一定影响,但较少学者关注CO2和H2O混合气体物性的作用。在煤或焦炭燃烧过程中,CO2的高比热和低氧扩散速率对燃烧反应有明显抑制作用,但可能是由于H2O浓度差异的原因,目前对CO2和H2O混合气体物性在燃烧过程中的影响机制还有争议,尤其是缺少加压下的数据。对于气化反应的影响,目前研究表明,CO2单气化和CO2/H2O共气化提高了煤热解时挥发分轻质气体的产率,但焦炭产率却有所降低,而压力增加强化了这一影响。此外,气化作用下的煤焦可能由于表面积增加而提高了反应活性,其表面官能团结构也因气化而发生改变。关于煤或焦炭燃烧反应,目前普遍认为CO2气化在温度较高和氧气浓度较低时可促进燃料碳消耗,H2O的加入则进一步加速了这一过程。随着环境压力的升高,CO2气化反应在燃料碳消耗中占比逐渐增大,但对于加压下CO2/H2O共气化的影响鲜有涉及。本研究总结了富氧气氛中CO2和H2O气化作用下的煤热解和焦炭燃烧行为,为今后富氧燃烧技术的发展提供了理论参考。

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洁净煤技术

2024年第06期

497

126
反应温度及压力对三塘湖盆地褐煤热解产物分布影响

作者(Author)：王兴刚, 焦立新, 曹志雄, 李斌, 韩波, 黄蝶芳, 富永红, 李鑫

摘要：煤在气化通道中气化反应效率是影响煤炭地下气化气体组分与热值的关键问题。为揭示反应温度和压力对三塘湖盆地褐煤在水蒸气中气化行为和产物分布特征影响,基于固定床热解炉对三塘湖盆地西山窑组褐煤进行不同反应温度和压力热解试验。结果表明:随反应温度升高(300~900℃),气体质量分数由3.84%增至24.29%,水和焦油质量分数先增后减;高温下反应温度升高,加剧二次反应,H2和CH4体积显著增加,900℃体积最大分别为100.89、106.09mL/g,污染物总质量减少,900℃质量分数相对小,17.72mg/g。增加反应压力(1.5~3.0MPa),利于提高半焦转化率和增加气体质量分数。高温下反应压力增加,加剧二次反应,利于反应加氢气化和甲烷化发生,导致CH4体积显著增加,700℃CH4体积最多增加26.89mL/g,但在700℃会促进自由基加氢饱和反应,污染物总质量增加。建议在实际生产中,通过控制注汽移动速度适当增加反应温度并提高反应压力,且控制气化反应区的温度远离700℃,利于H2和CH4生成,以提高煤炭地下气化工艺高效清洁开发。研究成果可为三塘湖盆地西山窑组褐煤煤炭地下气化工艺提供指导。

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洁净煤技术

2024年第06期

400

105
高硫煤基多孔碳材料的可控制备及其用于锂硫电池

作者(Author)：廖明月, 雷智平, 贾同鑫, 李亚洲, 李占库, 颜井冲, 水恒福, 闫洪雷, 任士彪, 王知彩, 康士刚

摘要：高性能、低成本的多孔碳材料是理想的锂硫电池硫宿主材料,但利用廉价的原料实现其规模化制备仍面临巨大挑战。以资源丰富的高硫煤为原料,采用氧化镁和氢氧化钾作为模板剂和活性剂,制备了煤基多孔碳材料,并研究了其作为锂硫电池硫宿主材料的构效关系。研究发现,煤基碳材料制备过程中,模板剂MgO作用下产生介孔(占比74%);活性剂KOH主要导致微孔(占72%)生成;MgO和KOH共同作用制备的碳材料PCMgO+KOH比表面积大(1616m2/g)、孔容高(1.02m3/g)、孔结构丰富(介孔54%、微孔46%)。电化学性能测试结果表明,S@PCMgO+KOH具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性,在1C充放电倍率循环500圈后容量仍能保留553.2mAh/g,容量保持率达65.5%,每个循环的衰减率低至0.069%;在2C下,循环500圈后容量为484.0mAh/g,容量保持率为63%,每圈衰减率仅0.075%,具有良好的倍率性能和优异的循环稳定性。PCMgO+KOH优异的电化学性能主要来自其较小的欧姆电阻和电荷转移电阻、快速的多硫化物氧化还原反应动力学及对多硫化锂优异的束缚能力。本研究为价廉性高的锂硫电池硫宿主材料的制备提供了可选择的路线。

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洁净煤技术

2024年第06期

455

105
尿素改性新疆煤基炭负载铜催化剂的乙炔氢氯化性能

作者(Author)：杨海龙, 王璐, 闫海军, 司建鑫, 武荣兰, 李小飞, 王吉德, 关清卿, 孙辉, 梁长海

摘要：研发环保、高效、稳定、低成本的无汞催化剂是我国基于煤化工路线的乙炔氢氯化法生产聚氯乙烯(PVC)的关键。针对铜基催化剂在乙炔氢氯化反应中活性低、稳定性差的问题,利用尿素小分子改性策略制备了一系列以新疆煤基炭负载的铜基催化剂(Cu/Urea-CAC),探究铜物种和尿素的加入量对铜基催化剂乙炔氢氯化催化性能的影响。结果表明,当铜负载量为20%、尿素引入量为15%,反应温度为160℃,乙炔空速为120h-1,氯化氢和乙炔原料的体积比为1.25的反应条件下,20Cu/15Urea-CAC催化剂的乙炔转化率可达92.6%,选择性始终大于98.2%,具有良好的催化性能。利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N2物理吸脱附、等离子体发射光谱(ICP-OES)和热重(TG)技术对催化剂进行表征分析,认为适量尿素改性可抑制催化反应过程中Cu活性物种的还原、流失及催化剂表面积碳的形成,进而提升了新疆煤基炭负载铜催化剂的乙炔氢氯化催化性能。研究结果进一步拓展了新疆煤基炭的应用,也为乙炔氢氯化无汞新催化体系的设计合成及其催化作用提供了数据支撑。

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洁净煤技术

2024年第06期

345

125
氧化石墨烯调控粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能机制

作者(Author)：陈冬, 王辉, 王敏, 王登元, 伍雪华

摘要：超级电容器是一种具有高功率密度、优秀循环性能、高安全性的高性能储能装置,然而其低能量密度限制其发展,为进一步提升超级电容器的能量密度,满足日益增长的储能需求,提升电极材料的电化学性能是关键。为提高粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的电化学性能,采用静电组装法合成了氧化石墨烯与粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的复合材料(FA@MS/MO/GO),通过调节氧化石墨烯加入量优化其电化学性能,并研究了氧化石墨烯对于粉煤灰基硅酸锰/氧化锰电化学性能的影响机制,通过XRD、SEM、XPS、FTIR表征材料的形貌与结构,并采用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗测试对材料和器件性能进行测试。结果表明,优化后的FA@MS/MO/GO-2的电荷传输速率大幅提升,FA@MS/MO/GO-2在0.5A/g电流密度下的比电容为737.4F/g,高于未与氧化石墨烯复合的FA@MS/MO(293.4F/g),电流密度由0.5A/g升高至8.0A/g,FA@MS/MO/GO-2容量保持率最好(67%),高于FA@MS/MO(44%)。FA@MS/MO/GO-2与商业活性炭分别为正负极组装为非对称超级电容器后,该器件能量密度达15.75Wh/kg(功率密度375W/kg),在5A/g下循环10000次的容量保持率和库伦效率均可达100%,表明该电极材料拥有长期循环利用潜力,具有良好应用前景。

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洁净煤技术

2024年第06期

323

116
MDEA基相变吸收剂筛选及其CO2捕集性能

作者(Author)：胡彦陇, 王强, 胡定凯, 张迎霜, 陈亚丽, 陆诗建

摘要：为了达到快速筛选相变吸收剂的目的,基于汉森溶解度参数理论,以N-甲基二乙醇胺(MDEA)为主吸收剂,有机溶剂为分相促进剂,水为溶剂,快速筛选出一种新型相变吸收剂———MDEA/聚乙二醇二甲醚(NHD)/H2O。热重分析(TGA)测试了相变吸收剂的热稳定性,CO2吸收、解吸试验探究了相变吸收剂的CO2吸收性能、解吸性能及循环再生能力。1HNMR测试了相变前后物质的分布情况。结果表明,MDEA/NHD/H2O相变吸收剂相比质量分数30%乙醇胺(MEA)吸收剂及文献已报道的MDEA/正丁醇/H2O相变吸收剂具有最高的热稳定性。NHD作为分相促进剂的同时可促进CO2在相变吸收剂中的溶解,MDEA/NHD/H2O相变吸收剂发生液-液分相需要NHD和H2O同时存在。25℃时,质量比为3∶5∶2的MDEA/NHD/H2O相变吸收剂具有最高CO2吸收容量为1.0695mol/L。所开发的相变吸收剂可将送至解吸单元的解吸液体积降至42%。在解吸温度90℃时,CO2解吸效率达98.96%。在25℃下吸收,90℃下热解吸,经10次吸收、解吸循环再生试验,质量比为3∶5∶2的MDEA/NHD/H2O相变吸收剂的CO2总循环容量为9.2604mol/L,相比于质量分数30%MEA吸收剂、30%MDEA吸收剂及MDEA/正丁醇/H2O相变吸收剂具有最高的CO2循环能力。1HNMR测试结果表明该相变吸收剂的上液相主要成分为NHD,为贫液相。下液相主要成分为MDEA和MDEAH+,为富液相。

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洁净煤技术

2024年第06期

405

106

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