洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2024年第04期

• 二氧化碳捕集-加氢转化一体化技术研究进展与展望

  赵传文, 黄浦, 郭亚飞

  开发与应用CO2捕集-加氢转化一体化技术是应对当前全球气候变化危机、实现“双碳”目标的重要途径之一。其中具有吸附和催化组分的双功能材料研发与优化是技术核心。系统总结了国内外主要科研机构对应用于CO2捕集原位甲烷化和原位逆水煤气变换这2类主要CO2捕集-加氢转化一体化技术双功能材料的主要工作,包括合成方法、吸附性能、反应动力学、促进机理、失活机理和应用模式等方面,并详细介绍了国内外主要科研机构在CO2捕集-加氢转化一体化方面取得的最新进展。DFM是兼具催化和吸附组分的复合材料,在催化组分选择上,贵金属催化剂虽然活性高,但成本昂贵,Ni基催化剂成本较低,但还原性较差、在含氧气氛下易失活;在吸附组分选择上,金属氧化物(如CaO、MgO)和碱金属碳酸盐(如Na2CO3、K2CO3)是具有潜力的吸附组分,特别是MgO和CaO因其理论吸附量高而被视为最有前景的吸附组分,尽管面临实际吸附量不理想和循环稳定性差的挑战。目前研究主要通过碱金属熔盐掺杂提升MgO实际吸附量,通过掺杂金属助剂(如La、Co、Fe等)提高CaO吸附剂的循环性能和抗烧结能力。动力学研究表明反应速率高度依赖于H2分压,通过调节吸附和催化的时间可提高CH4平均产量。ICCU技术展现出广阔的应用前景,尤其是在钢铁、能源、化工等关键领域。然而,全面评估技术的环境影响,特别是从生命周期评估(LCA)角度,对于全面理解ICCU技术的环境可持续性及其在碳减排中的贡献至关重要。未来,通过持续研究和技术创新,解决现有挑战,ICCU技术有望在工业化应用中取得显著成果,为全球碳减排做出重要贡献。

• 太阳能直接驱动CH4和CO2干重整技术进展

  薛耀, 李金昊, 杨志佳, 王若愚, 孟宪光, 林蒙, 赵宇飞

  随着世界经济的快速发展,能源短缺和环境污染已成为关注焦点,化石燃料的快速消耗使得温室效应持续增强,对全球环境和气候造成了严重影响。利用丰富和清洁的太阳能驱动的方式可以快速靶向供热,在温和条件下将2种主要温室气体(CH4/CO2)转化为有价值的合成气,可以大幅降低传统热催化过程所产生的能耗及碳排放。然而,当前太阳能直接驱动干重整制合成气技术距离工业应用仍有一些距离,存在反应分子转化速率低、光能-化学能转化效率低、催化剂易烧结及积碳造成的催化剂失活等问题。针对干重整反应的固有特性以及当前光热研究领域普遍存在的问题,围绕该反应涉及的催化剂制备、载体构筑、反应器及系统搭建与优化,详细介绍了光热干重整反应的研究进展,最后展望了太阳能直接驱动光热催化干重整体系的前景和挑战。

• 电催化二氧化碳还原用铜基催化剂设计策略

  郑逸群, 李敦, 闵媛媛, 李雨窈, 黄宏文

  随着全球经济增长,对能源需求不断攀升,进而推动了能源的开发与利用,不可避免导致CO2排放量的持续上升。为有效应对这一环境挑战,电催化CO2还原(CO2RR)技术应运而生,并迅速成为研究热点。该技术不仅可将CO2转换为燃料和化学品,而且有助于实现可再生能源储存。在众多催化剂中,铜基催化剂因其能高效将CO2直接转化为高价值多碳化学品(如乙烯和乙醇)而受到关注。近年来,铜基CO2RR催化剂优化设计进展显著,主要集中在提高催化活性、选择性和稳定性上。重点综述了近年来电催化CO2RR用铜基催化剂的优化设计策略研究进展。从调控催化活性和选择性以及稳定性2方面,分别讨论了晶面工程、合金化处理、铜氧化态调节、催化剂表面功能化和缺陷工程等代表性调控策略的研究进展,探讨了电催化剂的核心参数(组成、微观结构、形貌、尺寸等)对催化剂性能的协同效应。最后对未来电催化CO2RR技术的发展前景进行展望,并分析当前面临的挑战。

• 金属及碳基材料电催化还原CO2研究进展与展望

  赵峻标, 于秋阳, 姜洋, 郝海刚, 高瑞

  随着全球工业化快速发展,化石燃料大量使用导致碳排放量急剧增加,造成严重环境问题。因此,寻找有效方法降低CO2浓度以遏制全球变暖成为紧迫任务。目前,减少CO2主要策略包括限制传统化石能源使用和将多余CO2转化为高附加值化学品。由于经济发展仍极度依赖化石能源,简单地限制其使用存在显著困难。因此,高效转化CO2成为高附加值化学品显得尤为关键。在众多CO2转化技术(生物还原、热化学加氢还原、光电化学及电化学还原CO2)中,电化学还原CO2因其高效性和良好的工业应用前景而显得尤为突出。基于此,对CO2转化技术、电催化还原CO2原理、主要产物、反应途径、评价参数及目前发展迅速的金属基及非金属碳基材料电催化剂的研究现状进行了综述。金属基和非金属碳基材料的结合能够提高催化剂的催化活性,具有良好的研究前景。从新型高效低成本催化剂开发及其形貌和表面活性位点的微观调控,利用原位表征技术和密度泛函理论计算加深对反应机理的揭示,加快组装器件设计开发、促进CO2RR工业应用等方面提出CO2RR未来发展方向。

• 焦炉煤气催化制甲烷和低碳醇研究进展

  闫小凤, 周晗超, 闫占辉, 齐大超, 孟宪光

  冶金煤气是冶金工业产生的气体,处理不当会造成严重的碳排放及空气污染,使钢铁行业碳中和面临巨大挑战。冶金煤气,尤其是其中的焦炉煤气,不仅可作为燃料使用,而且其富含的碳、氢元素是重要的化工资源。通过钢化联产工艺制造化学品实现钢铁行业减排,有望解决温室气体排放、资源浪费、能源消耗和空气污染等环境和能源问题。在催化固碳工艺中,以焦炉煤气催化制甲烷和低碳醇等产品因其过程具有工艺路线短、操作可行性强等优点最受关注。首先介绍了焦炉煤气催化制甲烷和甲醇的工艺条件及反应机理,并介绍助剂和载体等因素对催化剂抗积炭能力及稳定性的影响。其次,强调了构建具有高活性和稳定性的双活性中心对焦炉煤气制其他低碳醇催化剂设计的重要性,并阐述了前体结构和助剂等因素对改性费托合成催化剂和改性甲醇催化剂的影响机制。从反应条件看,甲烷化需较高温度,而制甲醇需较高压力;从工艺复杂程度看,甲烷化最简单,而制甲酸最复杂;从耗氢量看,甲酸不需消耗氢气,而甲烷化耗氢量最大。钢化联产应在综合考虑各种现实因素及产品经济效益的基础上,因地制宜开展催化降碳,不断推动钢化联产技术的创新及清洁能源技术的发展。

• 水泥生料共热耦合原位加氢制合成气

  张卫涛, 于少康, 徐明, 董猛, 郭大冰, 杨宇森, 邵明飞, 段雪

  水泥工业是世界第三大能源消耗行业和第二大CO2排放行业,占全球CO2排放的7%。水泥生料(CaCO3、Fe2O3、Al2O3和SiO2的混合物)通过高温(>900℃)煅烧得到水泥熟料,此过程能耗高且释放大量CO2。基于双碳背景,通过球磨法制备水泥生料,采用碳酸盐共热耦合原位加氢还原的创新策略,实现在700℃下水泥生料原位加氢生成CO,其选择性可达94.8%,CO生成速率达0.76mmol/min,显著降低了碳酸盐的热解温度并抑制了CO2排放,同时获得了均匀多孔的CaO颗粒。采用X射线粉末衍射(XRD)、比表面及孔径分析(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(InsituDRIFTS)等表征手段,重点探究了反应温度和水泥不同组分(Fe、Si和Al)等因素对碳酸盐加氢性能的影响。结果表明,Fe元素有助于提升CO产物选择性且生成少量甲烷,Si和Al元素的加入降低了碳酸盐加氢反应速率。InsituDRIFTS表明水泥生料加氢生成CO可能遵循甲酸盐中间物种机制。本研究通过水泥生料共热耦合原位加氢制备合成气,实现水泥工业源头降耗与减排增效,为低碳水泥熟料的制备技术提供了新策略与理论依据。

• CO2加氢制甲醇反应动力学及工艺能耗优化

  邱浩书, 宋磊, 杨秋林, 岳海荣, 梁斌

  为应对全球气候变暖等环境问题,碳捕集、利用和封存(CCUS)技术得到了越来越多的关注。CO2加氢制甲醇既可以实现CO2资源化利用,也可实现可再生能源的化学储存,是一种重要的CCUS技术。为探索优化CO2加氢制甲醇的工艺,在固定床反应器中测试了商用Cu-ZnO/Al2O3催化剂在CO2加氢制甲醇过程中的催化性能。探究了催化剂在448.15~543.15K,1~3MPa,H2、CO2物质的量比3~9的催化效果。结果表明,CO2转化率随反应温度升高而增加;甲醇选择性主要受温度和氢碳物质的量比影响:温度越高甲醇选择性越低,氢碳物质的量比越大甲醇选择性越高;压力升高对CO2转化率和甲醇选择性均有促进作用。以甲酸盐加氢步骤为反应的速率控制步骤,在LHHW动力学理论基础上推导建立了该催化剂用于CO2加氢制甲醇的反应动力学模型,在MATLAB中构建模型优化函数求解模型参数,获得反应动力学方程。2个反应活化能分别为42.4和122.1kJ/mol。在AspenPlus软件中建立CO2加氢制甲醇循环工艺,并通过增加流股间换热对循环工艺进行能耗优化。通过一个管壳式换热器将反应器出口气体热量回收用于原料气的预热,使预热过程能耗降低86.2%。同时对闪蒸分离温度和原料气预热温度进行灵敏度分析,最终选择闪蒸分离温度323.15K,原料气预热温度498.15K。工艺产品为摩尔纯度>99.5%的精制甲醇,甲醇回收率>99%,工艺最佳甲醇生产能耗4.84GJ/t。

• 耦合绿电煤气化生产化学品过程CO2减排潜力

  孙益, 郭啸晋, 徐祥

  耦合可再生能源生产的绿电为煤气化反应供热以消除燃烧供热实现自热平衡的影响,不仅可有效降低气化过程CO2排放量,还能提高合成气氢碳比(H/C),从而降低以煤气化为源头生产化学品的水煤气变换工段中CO2排放。对不同类型的常规气化反应器和相应的耦合绿电反应器进行建模与模拟,判明合成气组分的主要影响因素,分析了温度对合成气组分的影响,探讨合成气H/C随温度变化规律,并计算不同化学品生产过程的CO2减排潜力。结果表明,耦合绿电的气化反应器合成气中CO2排放较常规气化反应器分别减少了12.63%(固定床)、11.01%(气流床)、9.23%(输运床)和5.12%(流化床),且H/C呈上升趋势;温度对合成气组分影响较大,热解解耦和气化反应的反应器一定程度上影响合成气组分;温度低于1500K时,H/C随温度升高而降低;温度高于1500K时,H/C随温度升高而缓慢升高;耦合绿电煤基化学品生产过程CO2排放大幅减少,操作在更低温度和压力的气化反应器具有更高的合成气H/C和CO2减排潜力;耦合绿电的固定床系统效率优势明显;考虑到耦合绿电的高温反应器存在的技术困难,耦合绿电的固定床、流化床和输运床反应器更具可行性。

• 超薄超小镍铁水滑石的声悬浮制备

  加晓丹, 李金龙, 张绍炳, 贾金鑫, 赵顺省, 杨再文, 杨征, 刘向荣

  开发高效、低成本的清洁能源,有助于降低CO2排放。电催化分解水产氢产氧或许可实现未来对清洁能源的需求。在诸多纳米材料中,超薄二维纳米材料因其可暴露更多的活性位点、具有更高的比表面积等特点,在电催化反应中表现出优异的性能。镍铁水滑石(NiFe-LDH)是非常有前景的过渡金属电催化分解水产氧反应(OER)催化剂。采用水热法制备NixFe1-LDH(x=1,2,3)前体,利用超声悬浮剥离法实现超薄超小镍铁水滑石纳米片的快速制备。声悬浮法利用超声波发射端和反射端间产生的高强度声辐射力来抵消样品的重力,进而使样品被悬浮。超声波反复叠加形成的高声强驻波,更易实现超薄超小纳米材料的快速制备。研究发现,通过超声悬浮技术可实现仅用20μL甲酰胺在20min内成功将Ni1Fe1-LDH前体从横向尺寸为1500nm、厚度为25.66nm剥离为分散较为均匀、横向尺寸约10nm、厚度低至0.649nm的超薄超小镍铁水滑石纳米片,并具有优异的OER性能。不同物质的量比的镍铁水滑石随超声悬浮时间逐渐增加,OER性能逐渐提高。其中,当电流密度达10mA/cm2时,Ni1Fe1-LDH-20min的过电位低至309mV,相比于Ni1Fe1-LDH前体的过电位673mV,降低了364mV,其塔菲尔斜率也相应从137mV/dec降至67mV/dec,电化学活性表面积增大了2.4倍。与其他过渡金属基催化剂相比,在OER中表现出优异的性能。

• 二氧化碳矿化波特兰水泥浆体性能与机制

  马超, 王涛, 吴冰, 易臻伟

  CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术作为应对全球气候与环境危机的重要技术手段受到重视。利用水泥基材料的矿化反应吸收CO2不仅可实现CO2永久封存,改善产品力学性能,还能减少混凝土中水泥用量,从而减少大量CO2排放。以OPC浆体为原材料,系统性研究不同因素(温度、CO2添加量和CaCO3掺杂量)对水泥固碳性能及力学性能的影响,并测试分析了矿化产物的组成、微观形貌及微观孔结构,总结了温度、CO2与CaCO3对OPC净浆矿化过程的相互影响机制,并归纳了外加碳酸钙下二氧化碳矿化OPC浆体的微观反应过程模型。结果表明,70℃下固碳率为77.99%,28d强度提升6.7%,CO2最佳添加量为0.5%,添加CaCO3能提高OPC浆体的固碳率和强度,CaCO3添加量为10%时,CO2掺量可增至3%,同时保持强度增益。

• 硫酸铵强化石膏溶解矿化制备高纯CaCO3

  刘妍汝, 钟山, 唐思扬, 杨柯, 宋磊, 李红娇, 梁斌

  近年来,利用固废石膏矿化CO2联产CaCO3及硫酸铵工艺技术受到广泛关注,然而由于固废石膏成分复杂,分离纯化困难,成本与矿化产品品质难以兼顾导致其无法大规模工业化利用。为此,以硫酸钙及磷石膏为原料,提出以石膏矿化液相产物硫酸铵溶液强化硫酸钙溶解浸出,液固分离后再进行矿化的间接矿化工艺。试验研究了溶解强化过程中硫酸铵浓度及溶解浸出时间对硫酸钙溶解特性的影响,以及矿化过程中氨水浓度、温度、矿化反应时间等因素对矿化过程和矿化产物的影响。确定了优化的溶解与矿化工艺条件,基于此,进一步研究磷石膏的间接矿化过程,结果表明,与直接矿化相比,间接矿化可使CaCO3产品纯度由82.2%提高至98.6%,且产品粒度D50由22.00μm降至10.98μm。间接矿化工艺可有效强化石膏溶解浸出过程,避免引入外加介质,并制备高纯度轻质CaCO3,相关研究可为固废石膏矿化CO2技术的经济应用提供基础支持。

• 含膦多孔有机聚合物负载氧化镁的制备及其CO2吸附性能

  田甜, 张学奇, 王玉清, 于戈文, 丁健, 赫文秀

  MgO吸附剂因其成本低廉、来源广泛、再生能耗低等优势在CO2吸附领域应用广泛,但比表面积低限制了其吸附性能。以高表面积、多级孔结构的含膦多孔有机聚合物POL-PPH3为载体,采用浸渍煅烧法和超声煅烧法制备得到POL-PPH3负载的MgO吸附剂(MgO/POL-PPH3),用于CO2捕集。探究制备方法、煅烧温度、煅烧时间等制备条件对MgO/POL-PPH3吸附剂上CO2吸附性能的影响。研究发现,浸渍煅烧法优于超声煅烧法,且随着煅烧温度和煅烧时间增加,MgO/POL-PPH3样品上CO2吸附容量逐渐降低。采用浸渍煅烧法,煅烧温度300℃,煅烧时间1h时,MgO/POL-PPH3-300-1吸附剂上获得最优CO2吸附量,达0.55mmol/g。在组成为12%CO2,其余为氮气的模拟烟道气中,MgO/POL-PPH3-300-1吸附剂上CO2吸附容量达0.02mmol/g,200℃吸附60min,370℃脱附15min条件下,该吸附剂稳定循环使用5次后,CO2吸附容量仍保持不变。结合N2物理吸附、热重、FT-IR、XRD、SEM-EDX等表征手段,阐明MgO/POL-PPH3吸附剂上吸附CO2的构效关系。动力学模型分析表明采用浸渍煅烧法不同煅烧温度下获得的3种吸附剂上CO2吸附以物理吸附为主,而不同煅烧时间下获得的3种吸附剂包括MgO/POL-PPH3-300-1吸附剂上CO2吸附行为以化学吸附为主。高比表面积及多级孔道结构有利于暴露更多的活性位点及CO2传输与扩散,进而增大MgO/POL-PPH3吸附剂的CO2吸附容量。MgO在载体上高度分散也有利于增强与CO2的接触,以加快CO2吸附速率。

• 电石渣循环利用碳减排潜力及其生命周期评价研究进展

  廖雪妍, 成怀刚, 钱阿妞, 潘子鹤, 程芳琴

  将电石渣循环利用于建筑材料、环境治理和化工产品等领域,可实现工业废渣利用和二氧化碳减排。在双碳背景下,对电石渣固碳量及其循环利用途径的碳减排潜力分析尤为重要。详细统计了代表产区电石渣粒径分布和化学组成,依据各电石渣中氧化钙含量计算理论固碳量,系统分析电石渣各类循环利用途径的碳减排效果及其在生命周期评价中具体实施步骤,介绍了生命周期评价在电石渣领域的应用案例。计算发现电石渣理论固碳量与氧化钙质量分数呈正相关。新疆和河北地区电石渣中氧化钙质量分数均约90%,山东地区电石渣氧化钙质量分数低,约61%,来自山东和新疆等6个产地电石渣的理论固碳量在0.48~0.72t/t(以电石渣计)。电石渣循环利用领域,电石渣不论是替代石灰石原料生产水泥、砌砖、氯化钙和碳酸钙等建筑和化工产品,或针对其呈碱性特点用于烟气脱硫和工业废水处理,依各自产业规模差异均能不同程度减少二氧化碳排放,达到碳减排目的。其中,电石渣在建筑材料领域应用成熟,生产规模大,故碳减排总量大,代表企业平均每年减少万吨级二氧化碳排放。用生命周期评价计算电石渣循环利用碳排放量4个案例分析显示,电石渣制取1t水泥熟料排放CO2669kg;电石渣在NH4Cl与(NH4)2SO4浸取体系中制1t轻质碳酸钙的CO2排放量相当,分别为308.21和300.7kg,电石渣制1t胶结制品碳排放量最低,约151.11kg。推测由于电石渣生产水泥干燥预处理需消耗大量能源,导致其CO2排放量高;用电石渣制备碳酸钙与胶结制品相比,前者需投加NH4Cl或(NH4)2SO4等化学试剂,增加原辅材料带来的间接排放使前者碳排放量更大。电石渣-胶结制品CO2净排放量为-301.47kg/t(以胶结制品计),电石渣在NH4Cl和(NH4)2SO4浸取体系中制1t轻质碳酸钙的CO2净排放量分别为-157.5和-139.3kg。可见电石渣循环利用于胶结制品领域的碳减排效果最好。可从电石渣的干燥处理工序和原辅材料添加工序等优化入手,研究电石渣-水泥/碳酸钙领域碳减排,制定有针对性的碳减排方案。

• 化工冶金跨行业耦合二氧化碳循环利用技术

  李双德, 李振荣, 董笑, 陈为, 刘一凡, 李少鹏, 程景才, 李会泉, 陈运法

  双碳战略是国家重大战略,也是推动国家经济高质量可持续发展的必由之路。我国碳达峰到碳中和时间短、任务重。我国化工冶金每年碳排放约36亿t,约占全国工业碳排放量的36%,此外化工冶金废气、固废、废热产生量大、堆存量多、难利用、循环利用率低。发展化工冶金低碳化转型和变革,是我国工业领域双碳目标实现的根本保证。我国化工冶金历时百年,已发展成熟,仅通过原料燃料替代及绿色工艺转型减碳容量有限,亟需开展化工冶金跨行业耦合与循环利用技术变革,深入推动工业领域减碳。我国化工冶金大多是孤立、非循环连续工艺过程,引起跨行业耦合难、循环利用难度大的问题。针对上述问题,首先分析了化工冶金行业碳排放治理现状及国家战略需求;其次,提出了废气与废热耦合热化学转化制高质气体、废气与废气耦合定向催化制高端化学品、废气与固废耦合制低碳材料3个减碳增效策略。结合其技术发展现状和趋势,提出了拟重点发展的化工冶金跨行业耦合二氧化碳循环利用技术,以期为工业低碳绿色发展提供支撑。

• 封装型Ni 基催化剂制备及其原位提质煤热解焦油的性能

  贾鹏, 王明义, 王玉高, 王俊文, 王焦飞

  为实现煤热解焦油原位轻质化,分别用原位封装法和浸渍法制备Ni基催化剂,并考察这两种催化剂对热解焦油原位催化提质的影响。与不加催化剂相比,Ni含量2%Ni/HZSM-5可使焦油中轻质组分产率由5.8%提至6.9%,而相同Ni含量的Ni@HZSM-5可使轻质焦油产率提至7.6%。进一步分析Ni/HZSM-5和Ni@HZSM-5催化剂对焦油各馏分产率的影响,结果表明,2种催化剂均使焦油中重质组分明显降低,沥青质产率分别由5.4%降至1.3%和2.0%,但相较Ni/HZSM-5,Ni@HZSM-5使焦油中轻油和酚油产率分别上升38.5%和25.5%,萘油产率也有所上升,说明封装法制备的Ni基催化剂可使焦油中轻质组分最大程度保留。因为在Ni/HZSM-5中焦油裂解和热解气中富氢组分活化均发生在Ni表面,在促进富氢气体活化的同时也造成焦油过度裂解。而Ni@HZSM-5中Ni主要分布于分子筛孔道内,其良好择形催化性可使富氢气体分子进入HZSM-5分子筛内部与Ni接触产生·H和·CHx等富氢自由基,而焦油中大分子无法进入HZSM-5孔道,其裂解仅发生在分子筛外表面酸性位点上,避免了金属Ni参与焦油裂解,从而定向调控焦油裂解碎片和富氢自由基数量,达到体系内氢碳平衡,有效避免焦油碎片过度裂解,提高轻质焦油产率。

• 低阶煤与聚丙烯共热解协同效应分析

  王雪婷, 钟梅, 代正华, 靳立军, 周琦, 杨潇

  新疆地区煤炭储量丰富,低阶煤占比较高。其中,哈密地区的煤炭普遍具有挥发分高的特点,适宜通过热解提取其中的油气组分。然而热解焦油存在重质组分含量高、黏度大、易带尘等问题,因此如何降低焦油中重质组分含量,提升焦油品质是实现其高值化利用的关键。塑料与煤具有相似的热解温区,且塑料的H/C原子比远高于煤,其在热解过程中产生的富氢组分可促进煤的一次热解反应或抑制煤热解过程中的交联现象。煤与塑料共热解过程中,挥发物之间存在相互作用,其机制与二者接触方式密切相关。通过TG、TG-MS和TG-FTIR-GC/MS探究聚丙烯(PP)和淖毛湖煤(NMH)共热解过程中相互作用。TG-MS结果显示二者快速分解阶段主要热解温度区间基本重合,PP热解过程生成·CH3。PP置于NMH上方时,二者质量比显著影响NMH热失重行为和挥发物释出规律,当NMH、PPexp质量比为8∶2时,正协同效应最明显。TG-FTIR-GC/MS结果显示,8NMH-2PPexp热解过程中,PP热解自由基促进NMH化学键断裂,形成的相互作用改变氧的释放形式,CO和H2O增加,CO2减少。烯烃及醇类物质相对含量分别比理论计算值高30.58%和16.18%,CO2和烷烃类分别低8.89%和14.43%。Flynne-Walle-Ozawa计算结果表明,共热解平均活化能比理论计算值低6.8kJ/mol,与PP促进NMH挥发物的释放印证。

• 淖毛湖煤加氢热解产物特性及半焦气化反应性

  郭二光, 王贵金, 陈佳奇, 靳立军, 胡浩权

  在加压固定床反应器中进行淖毛湖煤在常压和1.5MPa氢气和氮气中的热解试验,利用多种表征方法对比研究了氢气和氮气下的热解产物产率和组成及半焦结构的变化,并利用热重分析研究热解半焦的CO2气化反应性。结果表明:与常压N2中热解相比,煤在加压的H2中热解可有效提高热解气体中CH4和C2~C3的产率,在800℃热解CH4和C2~C3的体积产率分别由53.5和16.6mL/g增至345.6和20.8mL/g。焦油和轻质焦油产率也有效提升,在600℃下,与常压N2中热解相比,1.5MPaH2中煤热解的焦油产率由19.3%升至22.8%,焦油中脂肪烃含量由35.5%降至14.8%,单环芳烃含量由8.3%增至28.9%,轻质焦油质量分数和产率分别升至95.0%和21.8%。半焦的N2吸附和拉曼光谱分析结果表明,煤在加压H2中热解得到半焦的比表面积和孔体积由常压氮气下的40m2/g和0.05cm3/g增至289m2/g和0.16cm3/g,孔结构显著发展,有利于半焦的CO2气化反应进行;而半焦的石墨化程度及大芳香环比例增加,不利于半焦气化反应;但由热重分析得到的加压加氢热解半焦的CO2气化反应性明显提高,表明孔结构对半焦CO2气化反应性起主要作用。

• 煤液化残渣诱导缩聚制备冶金焦的影响因素

  罗化峰, 李通达, 魏征, 乔元栋

  煤液化残渣所含沥青质和重油在热解时可产生大量自由基,如不能被及时稳定和缩聚将转化为大量焦油和气体,形成孔隙结构,从而影响所制冶金焦密度。为此,拟引入添加剂诱导其高效缩聚,提高聚合物密度,再经炭化后制备优质冶金焦。通过系统研究不同添加剂(糠醛、甲醇、呋喃和羟基丙酮)、温度(350、400、450、500和550℃)、停留时间(0、30、60和120min)和添加量(0、4、8和16g)对所制聚合物缩聚率、结构性质、密度、热稳定性和表面性质影响,获得煤液化残渣诱导缩聚的最优试验条件。在最优条件下,分别探讨所制聚合物和炭化物的表面形貌、微晶结构和元素变化情况,获得煤液化残渣诱导缩聚机理。结果表明,添加剂(糠醛)的诱导缩聚效果最佳,其次是羟基丙酮,因而理想添加剂至少应含有1个醛基或酮基。不同添加剂可促进煤液化残渣缩聚,提高所制聚合物比表面积、孔容、平均孔径和真密度。温度和停留时间对煤液化残渣/糠醛聚合物热稳定性和表面性质影响较大,温度升高和停留时间延长可促进煤液化残渣所含酚类基团和芳香物中H参与缩聚反应,提高聚合物的缩聚程度。煤液化残渣/糠醛(焦炭)整体呈片层密实状,并含更多无定形碳。

• FeSO4 / K2S2O8 对微细粒高黏煤泥的化学调控助滤影响

  武晋川, 樊民强, 刘爱荣, 杨宏丽, 毕海怡

  含大量高灰细泥的煤泥水在沉降浓缩阶段通常会添加大量高分子聚丙烯酰胺(PAM),加速细粒煤的沉降,但PAM的过量使用使浓缩机底流更加黏稠,导致压滤周期延长。通过向含大量高分子PAM的矿浆中添加无机盐FeSO4、K2S2O8溶液,进行不同药剂用量下煤泥的压滤试验,对药剂添加前后PAM溶液和含PAM矿浆的黏度、颗粒表面电性及颗粒团聚形态进行测试分析,探讨FeSO4、K2S2O8的作用机理。结果表明:FeSO4、K2S2O8可降解矿浆中的大分子PAM,降低矿浆黏度,形成松散的大絮体,提高速度,缩短压滤周期,降低滤饼含水率。由于FeSO4兼具对PAM的化学降解和对微细颗粒的凝聚作用,其助滤效果优于K2S2O8。当FeSO4用量为1000g/t时矿浆黏度降低482mPa·s,压滤时间缩短70.97%,滤饼含水率降低2.31%。FeSO4价廉易得,可在选煤厂高泥化煤泥脱水助滤上发挥积极作用。