煤及其模型化合物快速热解过程中HCN和NH_3逸出规律的研究

利用高频热解装置对褐煤、烟煤和无烟煤三种不同煤阶的煤及模型化合物吡咯、吡啶进行了热解实验,分别考察了煤热解终温为1200℃,平均升温速率为2.7,8.0,11.9,17.1,22.9℃·s-1和不同热解终温(600～1200℃)下煤及吡咯、吡啶快速热解过程中HCN和NH3的生成规律,并且对煤热解过程中HCN和NH3逸出的影响因素进行了分析。结果表明:褐煤、烟煤的HCN转化率随升温速率增加而降低,无烟煤的HCN转化率随升温速率增加先增加后基本保持不变;褐煤、烟煤的NH3转化率随升温速率增加而增加,无烟煤的NH3转化率随升温速率增加降低。褐煤和烟煤的HCN转化率随温度升高而降低,无烟煤的HCN转化率随温度升高而增加;褐煤、烟煤、无烟煤的NH3转化率随温度升高均先增加后降低;在不同升温速率热解条件下总氮的转化率:褐煤>烟煤>无烟煤,在不同温度下快速热解时总氮的转化率:烟煤>褐煤>无烟煤。模型化合物吡咯快速热解时,NH3为主要的含氮产物,吡啶快速热解时,HCN为主要的含氮产物。

大同煤在等离子体热解中生成HCN和NH_3的研究

对大同煤中氮在等离子体反应器内的转化进行了研究,考察了输煤速率、输入功率和反应气氛等实验条件对HCN和NH3生成的影响,同时基于G ibbs自由能最小原理,计算了C-H-O-N的热力学平衡组成.实验和计算结果表明:煤中氮在等离子体中主要以HCN形式存在,也有少量氮转化为NH3.随着温度的升高,理论计算得到HCN的产率逐渐增大而NH3的产率逐渐降低,而实验结果却显示HCN和NH3的产率逐渐升高.在纯Ar等离子气氛中随供煤速率的增加,HCN的产率呈先增大后减小的趋势,NH3的变化趋势相反;随反应器输入功率的提高,HCN和NH3的产率逐渐增大.H2的引入有利于HCN和NH3的生成,CO2降低了HCN和NH3的产率,而O2有利于NH3的生成,但也促进了HCN的进一步转化.

煤粉浓度对HCN与NH3析出特性的影响

为探索煤粉浓度对含氮化合物生成与转化过程的影响机理,以连续给粉的一维沉降炉试验台为依托,在不同煤种、粒径和炉温下,对不同煤粉浓度下HCN与NH3的析出浓度进行了测试,并对HCN与NH3析出量与NOx转化率及燃尽率之间的关系进行了分析。试验结果表明:挥发分越高,煤粉粒径越小,HCN、NH3析出浓度越大。细颗粒煤粉更容易在高浓度下析出NH3,在低浓度下析出HCN,而粗颗粒煤粉情况正好相反。炉温越高,HCN析出量越低,NH3析出量越高,炉温700℃是HCN与NH3析出浓度发生显著变化的转折温度。在煤粉燃烧过程中,含氮化合物主要以HCN的形式析出。NOx转化率主要取决于NH3/HCN析出浓度比,煤粉的燃尽程度主要与HCN的析出特性有关。高浓度煤粉燃烧非常有利于抑制含氮化合物向NOx的转化。

以模型化合物吡啶研究煤中氮转化成HCN和NH_3的机理

以吡啶作为煤的含氮模型化合物,在石英管常压平推流反应器中进行了600～1300℃范围内的热分解和水蒸气汽化实验,使用气相色谱质谱联用仪对反应中的液体产物进行了分析和表征。探讨了煤中氮转化为HCN和NH3的机理,在吡啶热解与水蒸气汽化的液体产物中发现了2,4戊二烯腈,并在汽化产物中检出了2甲氧基吡啶。结果表明:HCN来源于吡啶环的热裂解,NH3则来源于氰基的水解。

离子色谱法测定煤氮转化为NH_3和HCN的行为

NH3和HCN是煤热解过程中释放的主要含氮物,其生成特性与氮氧化物的释放关系密切,因此NH3和HCN的准确测定是该研究方向的关键因素。实验用反应气氛分别为氩、甲烷、15%水蒸气/氩和15%水蒸气/甲烷,经溶液吸收的气相产物用Dionex公司DX-500型离子色谱仪分析测定,考察了热解过程中产生的NOx主要前驱物NH3和HCN的释放规律及其影响因素。在设定的实验条件和测试条件下,得到了较好的实验结果,并推断出一些有意义的结论。

不同温度时煤热解中HCN/NH_3的析出与CFB锅炉中NO_x生成的关联性研究

为研究快速热解时煤中HCN/NH3的析出规律与燃用此煤的循环流化床锅炉NOx生成趋势的关联性,一方面在高温沉降炉上,定速率给煤粉在830,880和930℃的温度下热解,分析产物中HCN/NH3的析出规律;另一方面在CFB锅炉上,稳定煤量时调整床温在830,880和930℃下运行,分析烟气中NOx的生成趋势,研究两方面的关联性。研究表明:随着温度的增加,HCN的热解析出量先略微减小后增加,NH3是先增加后减少,煤中不同的氮大量热分解产生HCN/NH3的温度区间不同。随着温度的增加,热解中析出的NOx前驱物与锅炉中生成的NOx均增加。煤样中NOx前驱物的热解析出规律随温度增加的变化会引起CFB锅炉生成NOx的增加,认为燃煤CFB锅炉存在一个NOx转化临界温度。

铬革屑热解NO、NH_3和HCN的释放特性

采用傅里叶变换红外光谱仪对铬革屑热解过程中NO、NH_3以及HCN的释放特性规律进行研究,探讨了随着时间的变化,热解温度对这3种含氮气体释放特性的影响。结果表明,热解过程中NO、NH_3以及HCN的释放随温度的升高呈现不同的规律。在热解温度较低的情况下含N气体的释放较少,其中NH_3的释放占主导。随着温度的升高,NO、HCN的释放量上升,尤其在550℃,HCN的释放率反超NH_3,释放的浓度达到500 ml·m^(-3)以上,NH_3的释放率维持在10%~15%。高温区HCN的释放存在迅速升高的过程,NO的释放量相对较少。NH_3的释放主要与胶原蛋白中氨基结构的破坏有关,如酰胺及酰胺带结构,而HCN主要来自于焦含氮结构的二次裂解,以及热解液体中含氮杂环物质的分解。NO的释放主要与C=O,C-O/C-O-C等含氧基团的变化以及原料中的N/O比例有关。

CO_2与HCN、NH_3、H_2O分子络合物的从头计算研究

用ab initio能量梯度法(3-21G基组)分别优化CO_2与HCN、NH_3、H_2O_3个分子络合物的平衡几何构型。结果表明HCN、NH_3和H_2O中的N或O原子与CO_2中的C原子之间形成较弱的范德华键,三者的范德华键键长分别为0.2865、0.2775、0.2543nm,稳定化能分别为14.8、27.0、31.2kJ·mol^(-1),3个分子络合物的构型都呈T型,对3个分子络合物的稳定化能的能量分解研究表明它们的形成主要靠静电作用能。

褐煤热解过程HCN和NH_3的析出规律

利用多功能热解气化实验平台对大雁褐煤进行了热解实验,对热解过程中HCN和NH3的释放规律随温度的变化进行了研究。结果发现,在挥发分二次热裂解反应中形成的主要是HCN,而NH3的形成不仅和挥发分的二次反应密切相关,还与半焦的进一步热解相关。

NH_3-H_2O_2气雾对氰化氢气体的消毒

采用NH_3-H_2O_2气雾对1 m3密闭试验舱内氰化氢气体进行消毒,采用单因素试验研究H_2O_2和NH_3质量浓度对消毒率和消毒反应速率的影响规律。结果表明,NH_3-H_2O_2气雾对HCN的消毒符合一级反应动力学特征,NH_3质量浓度对消毒反应速率有一定影响,但当NH_3质量浓度增加至20 mg/m3以上时,对反应速率几乎没有影响; H_2O_2质量浓度对消毒反应速率有显著影响,反应速率随H_2O_2质量浓度的提高明显增大。NH_3-H_2O_2气雾消毒剂的最佳配方为H_2O_2的质量浓度为120 mg/m3、NH_3的质量浓度为20 mg/m3,在此条件下对HCN进行消毒,在28 min时HCN的残余质量浓度为0. 92 mg/m3,可以达到GBZ 2. 1—2007《工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素》中有关HCN最高容许质量浓度MAC值(1 mg/m3)的规定。分析消毒机理为H_2O_2首先将HCN氧化为氰酸(HCNO),氰酸不稳定,在NH_3和水的作用下可以水解成碳酸铵,也可以进一步被氧化形成CO2和N2。

煤热解过程中FeCl_3对氮分布规律的影响

通过水平管式炉中对贵州六枝煤的实验,研究了在不同热解气氛下FeCl3的添加对煤粉热解过程中氮分布规律的影响。FeCl3添加方式包含两种,一种是物理混合,另一种是煤样与FeCl3的水溶液混合。热解气氛有N2,CO2和Ar。用CO2作为热解气体是为了研究在富氧条件下高浓度CO2对热解过程中氮分布的影响。实验结果发现,在1273K温度下,Ar为热解气氛下,酸洗煤添加FeCl3会抑制HCN的生成。但是在N2气氛下,HCN生成量却增加,这是由于高浓度的N2抑制了FeCl3的催化作用。在CO2气氛下,HCN的量明显降低,这是由于在CO2气氛下FeCl3不仅促进挥发分的二次分解,还促进了焦氮的转化。在Ar和N2气氛下热解时,两种FeCl3的添加方式均能大幅度地降低NH3的生成,在CO2气氛下没有测到NH3的量。

Fe_2O_3控制再燃脱硝中间产物HCN

再燃脱硝过程的中间产物HCN在燃尽过程的二次氧化对最终NO的脱除效率影响很大,有效控制HCN的转化对提高再燃脱硝的效率具有重要意义.以天然气和150目废轮胎粉为再燃燃料,利用模拟烟气在陶瓷管反应器中对典型条件下的再燃脱硝特性和中间产物HCN/NH3的生成特性进行了实验研究.结果表明在典型的再燃条件下,随着再燃区空气系数的增大(再燃燃料的给料量减少),HCN的生成量逐渐下降,再燃过程生成的HCN的浓度远大于NH3,表明HCN是主要的中间产物.进一步对HCN在不同温度下的分解特性以及在Fe2O3的催化作用下的还原特性进行了实验测试,发现Fe2O3能够有效地减少再燃过程HCN的生成,水蒸气和温度对Fe2O3的催化作用具有一定的影响.在再燃温度为1250℃,燃尽温度为1150℃,进口NO体积浓度为0.05%,烟气中水蒸气体积比为6.35%以及再燃段和燃尽段的空气系数分别为0.9和1.2条件下,当Fe的摩尔浓度为4000×10-6时,废轮胎的再燃+燃尽脱硝效率达到88%.

超细化煤粉在热解条件下氮的迁移特性试验研究

采用DTG（热重，差热分析仪）和GC-MS（气相色谱质谱联用仪）对鹤岗、铁法、准噶尔煤超细化煤粉进行热解试验，研究试验条件对氮氧化物的前驱物NH3、HCN和NO的影响。结果表明粒径小于20μm的超细煤粉含氮气体的释放量最少，而中等粒径的煤粉（30-40μm）氮化物的排放总量最大，50μm以上粒径煤粉居中；同一煤种不同粒径的煤样在热解过程中HCN的释放规律较为接近，分别在300-600℃温度范围和1000—1200℃温度范围内出现最大析出峰；随升温速率增加含氮气体的产物分布产生滞后现象；煤种对不同粒径范围的煤样含氮气体释放的影响不同，当粒径在0-10μm范围内，热解过程含氮气体释放量不与煤中含氮量成正相关，而在中等粒径范围（30-40μm范围内）则相反。

煤热解过程中含氮气相产物转化规律的实验研究

为了研究煤在热解过程中含氮气相产物的生成规律,在滴管炉反应系统中对四种原煤以及两种脱除矿物质煤样分别在500℃、700℃、900℃和1100℃进行了实验研究。结果表明,随着温度的升高,作为NO前驱物的HCN和NH3的收率随之增加,N2的收率也增加。煤种对含氮气相产物的生成规律也有着较大的影响,煤化程度比较低的煤在热解过程中,燃料氮向气相含氮产物的转化率较高;煤化程度比较高的煤转化率则偏低,大部分的氮缩聚在多环芳香结构中,成为焦炭氮。煤中的矿物质对燃料氮向N2的转化起到了促进作用,而对燃料氮向HCN和NH3的转化起到了抑制作用。

辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分释放量的影响

为考察辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分释放量的影响,采用单因素影响设计法制备了40种试验卷烟,考察了卷烟纸透气度、卷烟纸定量、滤棒吸阻、接装纸透气度、成型纸透气度和滤嘴通风度对这些卷烟主流烟气CO、氢氰酸、NNK、氨、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛释放量的影响。结果表明:①卷烟纸定量对苯酚和CO的释放量有显著的影响,随着卷烟纸定量的增加,苯酚释放量下降,CO量增加;②卷烟纸透气度与HCN,NH3,BaP,CO和苯酚释放量有显著的负相关关系,影响大小依次为HCN>NH3>BaP≈CO>苯酚;③滤棒吸阻与NNK,NH3,HCN,苯酚,BaP和CO释放量有显著的负相关关系,影响大小依次为苯酚>NH3>NNK>HCN>BaP>CO;④滤棒成型纸透气度和接装纸透气度对CO,NNK,NH3,HCN,巴豆醛,苯酚和BaP释放量均有一定的影响,但成型纸透气度的影响较小,接装纸透气度的影响较明显。随着接装纸透气度的增大,成型纸透气度对有害成分释放量的影响程度增大;⑤滤嘴通风度与CO,NH3,HCN,巴豆醛,苯酚和BaP有显著的负相关关系,其影响大小依次为HCN>CO>巴豆醛>NH3>苯酚>BaP。辅助材料设计参数对卷烟7种烟气有害成分有一定的影响。

“三丝”掺兑量对卷烟主流烟气有害成分释放量的影响

为考察膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶(简称"三丝")掺兑量对主流烟气有害成分释放量的影响规律,在控制烟支硬度一致的条件下,制备了15种不同"三丝"掺兑量的卷烟,对其烟丝重量、吸阻、抽吸口数及主流烟气中焦油、烟碱、CO、氢氰酸、NNK、氨、BaP、苯酚、巴豆醛的释放量进行了测定,并建立了"三丝"掺兑量与上述有害成分释放量的回归方程。结果表明:①膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量增加10%,烟丝重量分别减少约1.8%,3.1%和1.3%,卷烟抽吸口数均减少约0.4口;膨胀梗丝或膨胀烟丝掺兑量增加10%,卷烟吸阻均增加约3.0%;②随着膨胀梗丝掺兑量增加,CO和巴豆醛释放量增加,其它7项有害成分释放量降低;随着膨胀烟丝掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、CO、BaP、氨和苯酚释放量降低;随着再造烟叶掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、氢氰酸、BaP、氨和苯酚释放量降低;③通过增加膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量,可以选择性降低卷烟主流烟气中的BaP、氨和苯酚。

煤炭解耦燃烧过程N迁移与转化Ⅰ:热解阶段煤N的释放规律

在固定床装置上进行了三种煤的热解实验,考察了热解温度、热解时间等因素对煤氮迁移转化的影响。热解实验表明,A煤1 073 K热解产生HCN,在热解前3 min释放完毕,早于NH3释放,且当NH3开始逸出后HCN生成量急剧减少;三种煤热解HCN、NH3的累积释放量在不同时刻达到各自最大值后急剧下降;半焦氮随热解温度的升高而增加。在973～1 123 K三种煤热解有50%～60%煤氮转化为焦氮,40%～50%煤氮随挥发分一起释放,挥发分氮有20%～50%的氮物种以NH3和HCN的形式存在,其中,HCN占气相氮的50%～60%、NH3占40%～50%。

神华煤液化残渣热解过程中氮析出的规律

在氩气氛围下,利用固定床反应器,对神华煤液化残渣从600°C到1200°C进行热解试验,研究了燃料中Tar-N、HCH-N、NH3-N、Char-N的析出规律,以及燃料中氮的分布特性。发现NH3的析出量在1000°C左右达到最大值而后略有降低,HCN-N的析出量随热解温度的升高而增加,Char-N的含量呈现反趋势下降。Tar-N的析出量在整个温度范围内都比较少,基本不随温度而变化。同时,通过对3种不同粒径燃料氮析出结果的对比,发现粒径对含氮物质析出影响不大;通过对4个不同热解时间的研究,发现HCN-N的析出比NH3的析出快。

煤的快速热解影响氮氧化物前驱物的生成分析

选用2种中国煤样和2种澳大利亚煤样,研究其煤种、气体流速、温度等因素对煤热解产生氮氧化物的前驱物(氰化氢和氨)生成规律的影响。结果表明,煤的挥发分含量、热解温度是影响氰化氢和氨生成的重要因素,即使煤阶相同,南北半球的煤形成前驱物的趋势也不完全一致,煤热解温度越高,生成的氰化氢和氨越多,氰化氢和氨的生成量还决定于挥发分与煤焦在一定停留时间内的反应。

干煤粉气流床气化炉氮污染物生成模拟

将煤粉折算后,应用K intecus软件对煤粉气流床反应过程进行了模拟,考察了输送气体、氧煤比和汽煤比对煤粉气流床气化炉含氮物生成及转化的影响。结果显示,以N2作为输送介质会影响含氮污染物的生成量,但煤中的N仍是氮污染物的主要来源。氧气量的增加会使大量的HCN及少量的N2被消耗并使NO的生成量增加,而部分氮氢基(NHi)也会被氧化。当汽煤比较低时,水蒸气在高温及氧的作用下会生成大量的OH基,此基团会氧化HCN、NHi和N2而使其生成量减少;当汽煤比较高时,温度的降低及OH基的减少使较少的HCN和NHi被氧化和分解,同时更多的H2与N2反应而生成NHi。