摘要: 农林废弃生物质与煤共气化通过充分利用两者的相似性和互补性，实现原料转化过程的节能、低碳、清洁高效。原料灰渣的理化特性是影响共气化稳定运行的关键因素之一，成为了共气化研究关注的重点。本综述主要从农林废弃生物质灰与煤灰的共性与差异、混合灰渣熔融与黏温特性、混合灰中碱/碱土金属对共气化反应性和结渣过程烧结行为的影响等方面，梳理了世界各国农林废弃生物质与煤共气化灰渣理化特性的研究现状。总结分析了添加农林废弃生物质对混合灰熔融流动、烧结行为的影响机制，归纳了混合灰熔融特征、黏温及结渣特性的预测模型与方法，并提出了农林废弃生物质与煤共气化灰渣的未来研究重点。
摘要: 随着优质煤资源的消耗，高硫煤的清洁高效转化备受关注，尤其是高硫炼焦煤中有机硫的调控至关重要。煤热解过程中，有机硫的变迁始于煤大分子结构中C–S键的断裂和含硫自由基的稳定，活性氢/氧是影响其转化赋存形态的重要因素。研究表明，煤在富氢/氧氛围下热解或与生物质、含氧有机物共热解的体系中，含有的活性氢/氧可弱化有机硫的C–S键，促进其断裂并及时结合生成的含硫自由基，促进煤中硫分向气相变迁，减少了含硫自由基与煤基质的二次反应。同时，高挥发分煤与高硫煤共热解过程中，相对丰富的挥发分中的活性氢/氧也会影响高硫煤中有机硫的变迁，降低焦炭中的硫含量，这为煤中硫分定向调控提供了理论基础。
摘要: 煤和生物质共热化学转化有助于当前化石能源系统的低碳化发展。本研究以烟煤和木质生物质为原料，研究煤和生物质共热解和共气化特性，并考察了不同水热炭化温度和生物质掺混比的影响。利用热重分析仪和在线质谱分析共热解和共气化的协同作用和氢气释放特性。采用Model-fitting方法，单独分析热解和气化阶段的整体反应动力学。结果表明，煤和生物质共气化阶段的协同作用显著强于共热解阶段。生物质比例越高，共气化协同作用越明显，水热炭化会削弱共气化的协同作用。共热解过程，H2 的产生受抑制。共气化过程可采用一级模型描述，而共热解过程需遵循n 级反应模型。未处理的或轻度水热炭化的生物质与煤的混合物，共热解整体活化能和反应级数大于加权平均值，而其共气化的活化能变化趋势相反。重度水热炭化生物质与煤的混合物，共热解和共气化的活化能均接近加权平均值。
摘要: 使用高温气化固定床实验系统开展了CO2 /H2 O气化条件下，红沙泉煤中碱（土）金属（AAEMs）的分布情况及其对煤焦气化反应活性的影响。结果表明，气化温度低于灰熔点温度时，Na元素在煤焦表面离散分布，不存在明显的团簇富集现象；气化温度高于灰熔点温度时，Na元素在煤焦表面表现出轻微的富集现象。气化过程中K元素离散分布在煤焦表面，Ca和Mg元素在煤焦表面的富集现象比较明显，含Ca、Mg类矿物迁移团簇在煤焦表面凹陷处，形成尺寸较大的灰球，Ca、Mg元素在分布上存在一定的依赖性。气化残余焦的表观活化能和指前因子随着碳转化率的增加而增加，煤焦的反应活性变低。
摘要: 利用微型流化床反应分析仪（MFBRA），开展了两种山西高硫无烟煤的热解脱硫实验。通过对含硫气体动态释放的在线快速检测、结合原料煤和热解半焦的形态硫以及含硫组分的X射线光电子能谱（XPS）分析，研究了含硫气体释放特征及相应半焦含硫组分在热解过程中的变化，重点探讨了高硫无烟煤在氢气气氛下各含硫组分的动态释放和相互转化过程及规律。研究结果表明，高硫无烟煤有机硫含量越高，在氢气气氛下的脱硫效率越高；两种高硫无烟煤在氢气气氛下热解硫释放均呈现两个阶段，对应热解脱硫峰值温度分别为530−560 ℃和812−830 ℃。第一阶段由黄铁矿的还原反应引起，第二阶段以有机硫裂解为主；在低温热解条件下高硫无烟煤中无机硫会向有机硫转变，而在较高温度下发生不同形态有机硫之间的迁移。本研究结果将为高硫无烟煤制备低硫煤的技术开发提供方法指导和基础数据。
摘要: To address the slagging problem during coal entrained-flow bed (EFB) gasification, the influences of textile dyeing sludge (TDS) addition on the fusing characteristics of high ash fusion temperature (AFT) coal were explored under a reducing atmosphere. And the change mechanisms were investigated by X-ray diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and FactSage calculation. The results showed that the flow temperature of high ash fusion temperature (AFT) coal decreased below 1380 °C when the TDS addition reached 20%−25%, which met the requirements of liquid-slag removal for EFB gasification. With the content of TDS increasing, the formations of low-melting minerals (e.g., hercynite, anorthite, and albite) decreased AFT. The bridging oxygen bonds of the network structure were destroyed by metal ions (e.g., Fe2+ , Ca2+ , Na+ ), formation of much non-bridged oxygen (NBO) bonds relaxed the silicate network, thus decreasing the AFT. The formations of NBO bonds were confirmed by gradual decreases in the peak strengths of Si−O−Si and Si−O−Al bonds and intensified the vibration of Fe−O and Si−O−M ( M : Ca2+ or Na+ ) bonds. FactSage calculation results were in good agreement with the experimental ash fusion behavior.
摘要: 气化细渣是煤气化过程产生的一种含碳量较高的固体废弃物。经炭灰分离得到的高炭是制备炭材料的潜在碳源。本研究以气化细渣浮选-酸洗后的高炭为前驱体，通过高温活化制备了氮掺杂碳基催化剂，结合拉曼光谱、XPS和SEM等表征，探究了活化剂比例和氮源对催化剂理化特性的影响，揭示了两者与催化剂氧还原性能的内在关联，验证了气化细渣作为原料制备碳基氧还原催化剂的可行性。结果表明，随着活化剂KOH比例的增加，碳基催化剂的氧还原催化性能先增加后减小，当高炭和KOH质量比为1∶4时其催化性能最优。此外，相较于氯化铵，以三聚氰胺作为氮源具有更强的氮掺杂效应，使得CKN6 -143催化剂的起始电位可达0.87 V(vs. RHE)，极限扩散电流密度为4.95 mA/cm2 ，平均电子转移数为3.82，表现出良好的电催化性能，为气化细渣的高值化利用奠定了基础。
摘要: 本研究以低挥发分烟煤C1和高挥发分烟煤C2为研究对象（以下煤样简称为C1和C2），引入褐煤L1和C2在两个温度下热解脱除部分挥发物的半焦作为对照，设计单种煤、混合煤/半焦和分层渗透性实验，结合热重和基式流动度分析，揭示了炼焦煤塑性体渗透性受挥发物释放行为的影响。研究结果表明，低挥发分烟煤C1存在塑性体低渗透性平台期，高挥发分烟煤C2塑性体的渗透性达到最低值后迅速改善，挥发物传质驱动力和阻力的差异导致了两种煤塑性体渗透性的差异；C2会增强挥发物的传质驱动力且热解后半焦颗粒成为塑性体惰性组分，同时也提供部分可转移氢，既改善塑性体渗透性又不破坏其稳定性；软化温度前C2释放的富氢挥发物促进C1塑性体低渗透性的形成并达到最大值；热塑性温区内C2释放的挥发物帮助维持C1塑性体的低渗透性平台期；延长C2挥发物反应消耗部分富氢挥发物，有利于改善C1塑性体的渗透性。
摘要: 在不同温度及压力下对玉米秸秆进行了烘焙，通过元素分析、FT-IR、TGA以及固定床热解等方式分析了烘焙产物的理化特性与热解特性，研究了气体加压烘焙对生物质燃料特性及热转化行为的影响，结果表明，烘焙样品的脱氧效率及能量密度均随烘焙温度的升高而增加；在相同质量收率时，加压烘焙所需温度比常压烘焙低约40 ℃，且能量收率、碳收率、脱氧效率以及烘焙产物的能量密度分别为常压烘焙的1.125、1.142、1.539和1.131倍；加压烘焙样品比常压烘焙表现出更好的疏水性，且更易于脱水；当烘焙温度为250 ℃时，加压烘焙样品热解气相产物中CH4 和H2 含量分别为常压烘焙的2.135和1.439倍；加压烘焙样品热解液相产物中酚类相对含量增加，最高可达51.11%，而呋喃类和酸类物质含量则明显下降。相较于常压烘焙，加压烘焙在相同温度下对生物质具有更好的提质效果。
郑泉兴 ,
刘秀彩 ,
吴添文 ,
陈辉 ,
黄朝章 ,
许寒春 ,
蓝洪桥 ,
马鹏飞 ,
于德德 ,
谢卫 ,
伊晓东
摘要: 本研究采用不等温热重法研究六种纤维（针叶、阔叶、竹、亚麻、草和棉）在N2 和空气气氛下的热解和燃烧特性，并采用Friedman法对其进行动力学分析。结果表明，纤维不同的热解和燃烧特性参数与其自身结构组成有关。纤维在热解和燃烧过程中，其挥发分析出温度T s 、终止温度T h 、DTG峰温T max 、固定碳燃烧峰温、最大质量损失速率、热解指数P 和燃烧指数S 均随着升温速率的增加而增加；在N2 气氛下，亚麻纤维T max 最大，竹纤维T max 最小，棉纤维的T s 最大，草纤维的最大热解质量损失速率−(dm /dt )max 、热解指数P 和燃烧指数S 均最小；在转化率为0.05−0.85条件下，阔叶纤维平均表观活化能最小(173.3 kJ/mol)，竹纤的最大(201.10 kJ/mol)。在空气气氛下，所有纤维的热解过程的T max 均低于N2 条件下，在转化率为0.05−0.65时，纤维在空气中热解的表观活化能E α 2 条件下的表观活化能。
摘要: 木质素是自然界中含量最丰富的芳香族可再生碳资源，具有极高的利用价值。针对当前木质素解聚技术存在反应条件苛刻、产物选择性低等难题，构建了一种廉价的金属氧化物催化剂体系，研究了草本木质素选择性解聚制备对香豆酸甲酯的性能。考察了不同金属氧化物、反应温度、反应时间以及溶剂等因素对于对香豆酸酯收率和选择性的影响。研究结果表明，金属氧化物ZnO对于草本木质素选择性解聚制备对香豆酸甲酯的过程具有最佳的催化活性。在优化的反应条件下，可获得9.8%的对香豆酸甲酯收率和61.6%的选择性；通过对木质素解聚产物的分析并结合反应前后木质素的傅里叶红外光谱（FT-IR）和二维核磁（2D HSQC NMR）表征结果发现，木质素分子中H结构单元的选择性断裂是其催化解聚过程中对香豆酸甲酯收率和选择性高的主要原因。
摘要: 纤维素是世界上含量最丰富的可再生有机碳资源之一，左旋葡萄糖酮（LGO）是来源于纤维素热解的一种高附加值平台化合物。本研究考察了离子液体烷基侧链长度对纤维素催化热解制备LGO的影响规律。实验结果表明，最短侧链的1-丁基-2,3-二甲基三氟甲烷磺酸咪唑离子液体对LGO表现了最好的催化效果，其原因是侧链长度减少导致离子液体阴阳离子间相互作用减弱，使离子液体扩散增强。在300 ℃热解时 LGO产率达到15.6%-C，离子液体的回收率为95.9%，其重复利用三次后LGO的产率只有轻微下降。通过密度泛函理论得到了LGO的最佳生成路径，其最低反应活化能为176.2 kJ/mol。此外，本方法也可同时获得多孔性的焦炭，其最高比表面积和孔容分别为389.4 m2 /g和0.689 cm3 /g。
