煤热解研究进展及其发展历程

在应对“碳中和”的挑战中,我国学者提出了“工程热化学”这一新兴学科。煤热解是一种重要的热化学反应,是工程热化学领域的重要研究内容。面对日益增长的能源需求以及不断恶化的世界环境,煤炭清洁高效利用成为我国的重大战略需求。全面了解煤热解过程,完善煤热解理论,准确描述煤热解动力学机理,是开发煤的高效热解的基础。本文首先介绍了煤热解的概念、分类及热解过程,进而总结了煤热解机理的研究进展,针对煤热解的ReaxFF MD分子动力学以及热分析动力学进行了详细的分析。阐述了热解过程发生的主要反应、反应的影响因素以及热作用过程中矿物质及杂原子对反应的影响。最后对煤热解工艺发展历程和示范应用进行了总结。

生物质热解制备碳纳米管的研究进展

生物质是世界上唯一的可再生碳源,可通过热解制备碳纳米管,实现生物质的高值化利用,有利于“双碳”目标的实现。介绍了生物质原位和非原位热解制备碳纳米管的相关研究,归纳制备碳纳米管的热解技术和应用现状,分析生物质原料、热解温度和催化剂种类等主要影响因素在碳纳米管制备过程中的作用,探讨碳纳米管制备过程中的反应机理和生长机理。生物质作为原料热解制备碳纳米管,还需要针对高效催化剂的开发、新型加热技术及碳纳米管制备过程中的反应机理等进行深入系统的研究。

脂质热解形成的挥发性成分及途径研究进展

介绍了脂质的基本类别和结构组成,分析了脂质热解的基本原理、挥发性成分形成的具体途径以及影响脂质热解产物种类和速度的因素,如温度、氧气、金属离子等,总结并展望了脂质热解形成挥发性成分途径的研究,旨在为进一步研究脂质热解提供参考和启示。

微波热解油砂的影响因素研究进展

油砂作为非常规石油资源具有储量巨大、分布集中等优点,油砂的开发利用可有效缓解油气资源的压力。一种有别于传统电加热的新型加热方式——微波热解技术,具有选择性加热、方便快捷、消耗能量较小、对环境无污染等优点。通过对微波热解过程中油砂产物分布的简要分析,总结了近年来影响油砂油产品产量的主要因素:原料特性、热解温度、热解时间、微波功率、真空度、微波吸收剂和惰性气体氛围等;最后,对利用微波进行油砂热解制油过程中尚需解决的问题及今后的发展方向进行了展望。

煤热解影响因素分析研究

对煤热解的影响因素进行了分析,说明了各影响因素的内容与具体作用后对煤热解作用的机理与作用的结果,为煤热解技术的发展以及将来的煤炭地下热解工业性试验提供一定的理论基础指导。

生物质热解炭化的关键影响因素分析

随着能源消耗需求的增加,气候变化对环境的不利影响等问题的出现,生物质热解炭化技术作为发展可再生能源的重要措施,得到世界范围内越来越多的关注。文章综合分析了生物质原料(种类、粒径、全水分)、热解反应参数(热解温度、升温速率、热解压力、反应气氛、反应时间)以及催化剂等因素对热解炭化过程及产物生物炭的影响,认为目前的热解炭化技术在合理选择工艺参数、能源消耗等方面的研究还不够深入,并提出了相关建议,以期为热解炭化技术的产业化发展提供思路。

微波技术在煤热解工艺中的应用现状

中国能源的分布主要呈现"富煤、贫油、少气"的特点。作为储量最丰富的一次能源,煤炭资源在我国能源结构中占据举足轻重的地位。我国煤炭资源的主要利用方式为直接燃烧后供热和发电,然而直接燃烧是一种最粗放的利用方式,将造成严重的环境污染。因此,大力发展煤炭清洁生产,将煤炭转化为能效更高、更环保的二次能源,是未来长时间内煤炭资源利用可持续发展的主要方向。将微波技术与煤热解技术结合而成的煤微波热解技术是基于微波辐照过程中煤炭中的极性官能团、固定碳和灰分等的介电损耗和磁损耗,使微波能被快速吸收,转化为热能,生成固、气和液三种形态产物的一种新型煤热解技术,具有反应时间短、化学反应速率快、热解液体产物收率高以及产品质量好等显著优点。同时,煤微波热解技术由于与传统煤热解工艺不同,可极大地降低环境污染,大幅提高煤炭资源利用率,为煤的清洁高效利用和分级提质利用提供了一种有效的新思路。国内外该领域的研究主要集中在煤微波热解工艺条件、热解环境和热解混合物等对热解产品分布规律及组分逸出机制的影响等方面,旨在更进一步提高煤热解效率、煤焦油收率和产品质量。大量研究发现,煤样的形状和大小、煤样中的水分、热解反应温度、微波输出功率等因素都会对煤微波热解产物分布、产物收率以及产物质量产生影响。此外,在煤微波热解过程中,添加活性炭、焦炭等碳材料或Fe3O4、CuO等金属材料作为吸波剂,可提高整体吸波性能,使煤样升温更快、温度分布更均匀,从而显著提高煤焦油收率和质量;通入甲烷或氢气,或其他工业"富氢"尾气,或采用煤与废塑料、生物质、油页岩和液化残渣等"富氢"物质的共热解均能为煤微波热解反应提供充足的氢,使加氢反应更充分。微波场中的加氢协同作用可有效提高煤的热解效率和煤焦油收率,提升煤焦油中轻质组分的含量。本文主要归纳了微波技术在煤热解工艺中的应用现状,分析总结了煤微波热解工艺的主要影响因素以及煤强化微波热解、煤加氢热解、煤与其他"富氢"物质微波共热解三种现有工艺的研究进展,并以煤微波热解技术应用过程中急需解决的关键问题为落脚点,提出了未来煤微波热解技术的研究方向,为加速煤微波热解技术的工业化应用奠定坚实的基础。

含油污泥低温热解的影响因素及产物性质

利用外热式固定床反应系统对含油污泥进行了热解实验，研究了污泥性质、热解终温及加热方式对热解产物分布的影响，并对产物性质进行了探讨．结果表明，热解液体与气体的产率随挥发分含量的升高而增大；升高热解终温可促进一次分解与二次分解反应的进行，直到500℃时液体产率达到最大值；而快速加热方式会降低固体与液体的产率；热解的液体产物是组成复杂的宽沸点油，C5～C27的烷烃含量高；热解气体与固体残渣分别以烃类和灰分为主．

聚四氟乙烯废料的热解实验

在自制的管式热解反应器中进行填充PTFE废料(含45%不锈钢粉)热分解实验,考察了废料的热解过程及主要因素的影响。结果表明,热解终温、终温持续时间、升温速率、粒径大小和氮气(热解气氛)气速对废料热解过程有影响,其中前3个因素的影响最为显著。对此影响显著的因素进行正交实验设计,得出最佳实验操作条件:热解终温550℃、热解终温持续时间20 min、升温速率15 K/min。在该操作条件下聚四氟乙烯废料热解产物有四氟乙烯、六氟丙烯和八氟环丁烷。产物可直接用于六氟丙烯的生产应用。

原油密度、黏度的地化热解评价方法

地化热解资料不同组分所受影响因素不同,这些影响因素外在表现和机理不同,从影响机理入手,在对各组分进行样重、孔隙与体积校正的基础上,分别建立原油密度约束的轻、中及重质组分校正模型。对不同来源的地化热解资料进行校正后,在考虑残余烃含量的同时,提取与原油密度、黏度相关性较大的评价参数,建立原油密度、黏度的多参数相关性定量化评价模型。并形成了一套较为完善的资料校正与原油密度、黏度评价方法,对不同储集层、层位、原油性质的37口井共48层的原油密度、黏度进行评价,评价结果与原油样品分析结果对比可知,其精度有了明显提高。图2表2参2（侯连华摘）

氟磷灰石高温热分解特性与机理

煤中含氟矿物热分解行为的研究是燃煤氟析出机理的重要比照研究方法.在固定床反应器上采用气态氟化物直接吸收方法首次系统研究煤中主要含氟矿物氟磷灰石热分解特性与动力学机理.结果表明,高温条件下氟磷灰石热分解率随加热温度、加热时间的增加而增加,空气中水蒸气含量对分解率有显著影响.动力学计算表明,在800～1200℃温度范围内,氟磷灰石热分解反应为一级反应,反应活化能E＝77±1kJ/mol,频率因子A＝7.4±0.5min-1.研究结果对燃煤氟析出特性与机理研究具有指导意义,对磷肥工业氟析出机理与控制也具参考价值.

催化裂解过程及其裂解产物分布的影响因素分析

与传统的蒸汽裂解技术相比 ,催化裂解拓宽了裂解原料范围 ,能够提高低碳烯烃的产率和选择性 ,大幅度降低能耗 ,并可灵活调整产品结构。综述了裂解装置、原料性质、催化剂类型和操作条件等方面对催化裂解过程和裂解产物分布的影响 。

农林废弃物热解液化机理及其主要影响因素

本文综合论述了农林废弃物热解液化的机理 。

污泥热解气化技术的研究进展

通过热解气化等热化学转化方式将污泥转变为液体或气体燃料是极具前景的污泥利用方式之一。从污泥的资源化利用方面着手,阐述了污泥热解气化技术的研究进展,分析了现有污泥热解气化工艺的优缺点和主要影响因素,并对该技术的发展趋势进行了展望。指出:高湿污泥与生物质混合进行共热解可以提高原料的转化率和整个系统的热效率;高效污泥热解气化装置的研发是目前污泥热解气化技术领域亟待解决的问题。

十溴联苯醚的热解及其影响因素研究

在200~300℃的温度范围内研究了十溴联苯醚（BDE-209）的热降解及其影响因素.结果表明,温度、时间以及硝酸铜、三氯化铁、氯化铝和氯化锌等处理线路板过程中产生的金属盐对BDE-209热降解有不同的影响.升高温度或延长热解时间均能促进BDE-209的热解,且温度对BDE-209降解的影响程度大于时间对其降解的影响;硝酸铜、三氯化铁和氯化铝对BDE-209的热解均起促进作用,促进作用的顺序为：硝酸铜〉三氯化铁〉氯化铝;氯化锌对BDE-209的热解有抑制作用;随着温度的升高,氯化铝和氯化锌对BDE-209热降解的影响减弱.该研究结果可为深入探究电子垃圾热处理过程中BDE-209的释放及降解提供科学依据.

木材热解与着火特性试验研究

在自行研制的火灾固体可燃物热解与着火早期特性试验台上，对建筑装潢常用的几种木材以及森林常见的木材进行了热解和着火特性试验研究．试验木材尺寸为100mm×100mm×15mm，试验选择辐射热流强度范围为20～60kW／m^2．分别就不同含水率、不同氧气体积分数、木材的纹理方向、不同的材料、不同厚度以及外加辐射热流强度等6个方面，对木材热解和着火特性的影响进行了研究．结果表明，随着辐射热流的增加，着火时间缩短、着火温度下降；随着木材含水率的增加，着火时间延长；不同环境氧气体积分数对木材热解和着火特性影响很大．预测了木材着火时间，通过试验值和理论计算值比较，两者吻合较好．

落叶松树皮喷动循环流化床快速热解的影响因素

对喷动循环流化床落叶松树皮快速热解过程中反应温度、物料粒径、进料速率及气体流量对热解产物产率的影响以及这4个因素共同作用对生物油产率的影响进行研究。结果表明:反应温度是影响热解产物产率的主要因素,气体流量影响较显著,在试验范围内物料粒径、进料速率影响不显著;喷动循环流化床最佳制备液体产物——生物油快速热解工艺条件为:反应温度550℃,物料粒径0.2～0.3mm,进料速率20r.min-1,气体流量25m3.h-1。

若尔盖地区酸解烃与热释烃影响因素研究

近地表油气化探影响因素众多,不同地区主导因素也不尽相同。若尔盖地区受复杂地表景观及岩性等因素的影响较大,而且没有已知油气田可供试验研究,可供参考对比的资料也很少,仅仅采用一种技术是不能断言油气信息的真实性、有效性,而是有必要采用不同指标相互补充,相互印证。这里从采样季节、采样深度、岩性、碳酸盐和不同地表景观等因素分析,探讨这些因素对化探指标的影响规律,提出酸解烃和热释烃是适合高原草原地形的合适指标。并给出初步的数据校正方法探讨。

水热裂解开采稠油技术

水热裂解降粘开采稠油技术,是在注入蒸汽的条件下,借助于稠油与蒸汽之间发生的化学反应,降低稠油的粘度,从而达到井下降粘开采稠油的目的。从水热裂解反应、催化水热裂解反应、水热裂解反应影响因素、开采技术的可行性以及催化水热裂解反应机理等方面介绍了稠油水热裂解开采技术的研究进展,发现反应时间、反应温度、催化剂、催化剂加量、油层矿物等部影响稠油水热裂解反应;稠油水热裂解开采技术在理论上、油层催化裂化和催化剂选择的广泛性上部是可行的。对该技术的发展进行了探讨,认为水热裂解开采稠油技术具有广泛的发展前景, 是未来开采稠油油藏的主要技术之一,指出当前水热裂解开采稠油技术的主要研究方向是研究高温水的特性及其作用以及合适的催化剂,并且设计合理的现场实施技术和工艺。

生物质多孔燃料层辐射加热热解过程的影响因素分析

在分析辐射加热条件下生物质多孔燃料层热解过程特点的基础上,建立了该过程的传热传质模型,采取隐式和半隐式相结合的有限差分方法进行离散求解。在热解过程中,生物质燃料层未热解区、热解区和炭化区共存。热解过程为传热所控制。数值模拟结果表明,生物质物料层和焦炭层的有效导热系数、物料层初始堆积密度、加热温度和加热时间等因素对燃料层热解过程均有影响。辐射加热温度、有效导热系数的增加有助于生物质燃料层的热解过程。