新疆和丰煤分段热解过程中产物组成的演变规律

采用热重分析仪和固定床反应器,对典型新疆煤(和丰煤)的单段热解(定义为过程1)和不同温度停留的分段热解过程进行了较详细研究。结果发现不同热解过程的煤样总失重率差异较小。不同温度段停留时均导致焦油产率下降和气体产率增加。与仅在350℃停留30 min(过程2)相比,继续于450℃(过程3)停留使得焦油产率进一步下降15.42%,且此温度区间的H_2生成量仅为1.94 mL/g,较过程2降低94.47%,而450~600℃的气体产率占过程3总产率的60.87%,其中H_2,CH_4和C_2-C_4产率分别占各自总产率的95.02%,77.27%和66.08%,说明450~600℃以产气为主。不同温度段获得的半焦的红外分析发现350℃的半焦中官能团变化较小;而450℃的半焦中大部分官能团的振动峰几乎消失。模拟蒸馏和核磁结果表明,不同温度段停留均使得焦油中沥青质分率下降,焦油品质提升,焦油的芳香度降低,且两段停留段停留所得焦油的芳香度最低。通过上述研究,可以对新疆低阶煤的分级分质转化利用提供理论基础。

准东高铁煤中伴生矿物对水煤浆成浆性能影响

准东黑山矿区将军庙二矿的准东高铁煤储量丰富,是优质动力煤产区,以该煤样为原料煤,考察煤中主要伴生矿物对水煤浆性能影响。用煤炭浮沉分离方法获得不同矿物含量、种类和分布规律的不同密度等级煤样,并对煤样进行成浆性影响评价。经能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光仪(XRF)确定煤样中元素含量及矿物组成。最后利用SPSS软件计算不同矿物元素含量与成浆性能相关性。发现准东高铁煤密度主要集中于1.40~1.50 g/cm^(3),占整体的55.88%,而密度>1.50 g/cm^(3)煤样约占4.88%;黄铁矿、硫酸铁、高岭土和石英石含量随煤样密度增大而增加,密度>1.50 g/cm^(3)煤样中伴生矿物含量高,Al、Si、S和Fe元素含量均达到最大,其中Fe元素质量分数从<0.5%增至5.97%;水煤浆样品黏度和稳定性也随制备煤样密度增加而下降,使用密度<1.40 g/cm^(3)的ZD1煤样制备的水煤浆黏度960 mPa·s,析水率1.37%,而采用密度>1.50 g/cm^(3)煤样制备的浆体样品整体过于稀薄,成浆黏度降至320 mPa·s,析水率达9.09%;相关性分析显示,煤中伴生Na、Mg和Ca元素在各个密度等级煤样中分布相对均匀,与成浆性能无明显相关性,而Al、Si、S和Fe元素的含量与成浆黏度和稳定性分别呈现显著和极其显著的负相关,即黄铁矿、硫酸铁、高岭土和石英石质量分数越高,水煤浆黏度、稳定性下降趋势越显著。

提氦技术发展现状分析

氦(He)作为高科技稀有气体是一种重要的战略物质,我国是氦贫乏国家,其资源战略意义日趋突出。阐述了世界氦资源分布、我国氦资源利用和提氦技术现状,详细介绍了天然气提氦技术中的吸收法、吸附法、水合物法、膜分离法、低温法和联合法等,并指出这些方法的优缺点和应用水平,为今后提氦技术发展提供参考。

新疆某地土壤中钛的形态分析方法研究

以新疆某地污水库周边农田土为供试土壤,采用CaCl_2、EDTA、HOAC、柠檬酸四种浸提剂提取土壤中钛的有效态,并用Tessier和BCR两种连续提取法分析钛在土壤中的形态分布.结果显示:Tessier法和BCR法分步提取的钛的各个形态与四种浸提剂提取的有效钛量显著相关,与土壤中Ti的全量显著相关.两种连续提取法所得到各形态Ti含量都随着外源Ti浓度增加而增加,Ti在土壤中主要以稳定的残渣态存在,有效态含量较低,与单独提取法结果一致.Tessier法和BCR法都适用于该地区土壤中Ti的各形态分步提取.通过盆栽紫花苜蓿实验初步考察了土壤中Ti的各形态对苜蓿生理特性的影响.

克拉玛依风城油田稠油低温氧化过程

风城油田稠油胶质含量高,随着开采的不断深入,部分油井出现吞吐效果变差、含水率升高的现象。为提高克拉玛依风城区稠油油藏注空气采油过程的安全性,进行了低温氧化实验。实验模拟了克拉玛依风城稠油油藏压力(8 MPa),分别考察油样在不同温度(80～250℃)条件下的低温氧化过程,对火烧油层初始低温氧化阶段的油样物性变化、组分变化规律、气体变化进行研究。结果表明,低温氧化反应使稠油密度增加了2%,黏度增加0.72倍;IR分析表明,稠油与空气发生的低温氧化反应使含氧类官能团(-C=O、脂肪醚)的吸收强度明显增强;SARA组分活性强弱为:芳香分>饱和分>胶质,250℃反应后,沥青质增加较多;气体中N2含量基本没变,O_2含量由21%降至5%,CO、CH_4和CO_2气体含量升高,由键能法计算结果可知,每消耗1 moL的O_2平均放热量391.54～420.58 kJ。该研究为现场试验设计和应用提供了理论基础数据和技术指导。

准东煤加压气化过程中Na迁移规律的热力学研究

准东煤中高含量的碱金属会在燃烧过程中引发严重的结渣与沾污问题,但准东煤气化过程中,在加压条件下碱金属的迁移转化规律仍不明确。为探究准东煤中NaCl在加压条件下的迁移转化机制,根据系统吉布斯自由能最小原则的热力学计算方法,采用HSC Chemistry的化学热力学平衡计算模块,对纯NaCl和准东煤中NaCl在加压过程中Na基化合物的物质的量进行计算。研究结果表明,压力显著影响纯NaCl的气化温度,在常压下,开始气化温度和气化完成温度分别为800℃和1 400℃;压力升至4 MPa时,气化开始温度和气化完成温度分别升至1 500℃和2 200℃。准东煤中Si、Al、H和O参与反应时,在0. 1 MPa条件下,300℃开始,NaCl逐渐与煤灰中的SiO_2、Al_2O_3和H_2O反应生成大量的NaAlSi_3O_8、NaAlSiO_4和Na_2SiO_3等Na基化合物。在1 500℃时,生成的气相NaCl仅占Na物质的量的25%左右。系统反应压力越高,生成低熔点且具有助熔作用的NaAlSi_3O_8、NaAlSiO_4、Na_2SiO_3就越多,导致炉内产生结渣的风险越高。

新疆西沟煤超临界醇解及对其液化性能的影响

以新疆阜康西沟煤为研究对象,考察了甲醇(MET)和洗油(WO)混合溶剂下的醇解条件,醇-碱体系下的醇解行为及醇解残渣的液化性能,并与煤样直接液化结果进行对比.结果表明:θ=320℃,t=60min,m(solvent)∶m(coal)=10∶1,mMET∶mWO=8∶2为适宜的醇解条件,此条件下,醇解率为21.8%.进一步加入NaOH或CaO作为醇解催化剂,当碱煤比=0.8∶1时,醇解率分别为51.3%和27.4%.以洗油为供氢溶剂,对醇解残渣进行直接液化,并与原煤样直接液化的结果进行对比,煤样直接液化的总液体产率为62.3%,而无碱醇解、CaO醇解和NaOH醇解产物的总液体产率依次为71.0%,72.7%,83.2%,分别提高了8.7%,10.4%和20.9%.同时,对醇解产物进行了FTIR,TG-DTG和SEM表征,对催化醇解与煤样直接液化的气体产物进行了GC分析.

258.15 K下五元体系Li+,Na+,Mg^(2+)//SO_(4)^(2-),Cl^(-)-H_(2)O相平衡研究

中国含锂盐湖大部分位于青藏、新疆等干旱少雨、冬季寒冷且漫长的地区。为指导低温提锂工艺的开发和设计、利用冬季冷能进行目标离子的富集及明确含锂盐湖在低温下的析盐规律,采用等温溶解平衡法对258.15 K、二水氯化钠饱和条件下的交互五元体系Li+,Na+,Mg^(2+)∥SO_(4)^(2-),Cl^(-)-H_(2)O相平衡关系进行研究并构建等温平衡相图。结果表明,相图中有4个共饱点、6个两盐结晶区(NaCl·2H_(2)O+Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O、NaCl·2H_(2)O+MgCl_(2)·8H_(2)O、NaCl·2H_(2)O+MgSO4·7H_(2)O、NaCl·2H_(2)O+Li_(2)SO_(4)·H_(2)O、NaCl·2H_(2)O+LiCl·2H_(2)O、NaCl·2H_(2)O+LiCl·MgCl_(2)·7H_(2)O)、9条单变量溶解度曲线;6个结晶区中,只存在一种复盐为LiCl·MgCl_(2)·7H_(2)O,其结晶区最小,Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O结晶区最大。与该体系在273.15 K下的稳定相图相比,硫酸盐型复盐消失,复盐结晶区减少到1个,共饱点减少至4个,相图结构得以简化。因此,将涩聂湖卤水降温至258.15 K时能有效脱除硫酸根,从而实现富集锂离子的目的。

换热管束壁面颗粒沉积状况的数值模拟

随着计算流体力学的不断发展,许多学者提出了受热面结渣沾污状况的预测模型,然而,由于灰颗粒的沉积过程较为复杂,为了简化计算,很多因素在现有模型中并未考虑。本研究在现有模型的基础上,综合考虑了还原性气氛对灰颗粒黏度的影响以及灰中碱金属对颗粒黏结概率的影响,基于数值模拟研究了不同模型下换热管束颗粒沉积状况,并探究了纵向节距和壁面温度对管束壁面颗粒沉积状况的影响。结果表明:考虑不同的修正模型后,颗粒沉积效率均有一定程度的增加,且同时考虑还原性气氛及碱金属对沉积过程的影响时,其颗粒沉积效率相对于基础模型颗粒沉积效率的变化率为22.24%。颗粒在同列管束壁面上沉积质量的分布并不一致,对于第一排管束,颗粒主要沉积在30°~150°位置上,且90°附近区域颗粒沉积质量最大;而随着管排数的增大,颗粒沉积质量分布越来越均匀。随着纵向节距的增加,第一排管束颗粒沉积质量基本不变,而后排管束的颗粒沉积质量逐渐增加;随着温度的升高,各管束颗粒沉积质量略有增加,但变化并不明显,这是因为沉积过程受到多种机理耦合作用。

SCS法制备Co_(3)O_(4)催化氧化低浓度甲烷

前驱物中氧化剂(硝酸钴)/燃料(柠檬酸)配比对溶液燃烧法制备的Co_(3)O_(4)催化氧化低浓度甲烷性能的影响极大。随着燃料占比的增多,Co_(3)O_(4)的比表面积逐渐增大,氧化还原性能逐渐增强。其中当氧化剂/燃料比为1∶2时所得的Co3O(4命名为Co1CA2)具有最小的晶体尺寸、较高的比表面积。此外,该催化剂不仅具有较好的氧化还原能力,同时表面有更丰富的Co^(2+)以及吸附氧物种,并且此时的Co-O键更容易断裂,意味着可以提供更多的活性氧物种。在低浓度甲烷的催化氧化测试中,Co1CA2表现出了最好的催化活性,其T90值为370℃,相较于直接煅烧硝酸钴得到的Co_(3)O_(4)降低68℃。在经过3次非连续的稳定性测试后,Co1CA2对甲烷的去除率仍旧稳定在90%以上,表现出良好的耐性。

多晶硅气固流化床数值模拟与结构优化

以多晶硅流化床反应器为研究对象,反应器中气固物料分布最均匀为目标,采用CPFD(计算颗粒流体力学)方法耦合曳力模型,对叶栅式挡板流化床反应器内的流场进行冷态模拟和流场分布均匀性分析,探究了叶栅挡板主要结构参数对流化床内颗粒流化速度、颗粒体积分数、床层压降和床层膨胀比的影响规律。结果表明:叶栅挡板的设置有效改善了多晶硅气固流化床内的气固流动状态;挡板叶片数量越多时,颗粒体积分数变化越大;床层压降随安装高度降低而减小;叶片角度过大或过小时,颗粒速度波动明显;当叶栅挡板叶片倾角为45°、叶片数量为3、安装高度为0.168 m时,流化床内气固物料分布最均匀。

基于灰色预测模型的水煤浆输送管道冲蚀磨损寿命预测

固液两相流广泛出现在煤化工生产过程中,管道输送系统受固液两相流介质冲蚀磨损尤为严重,系统突发性失效风险极高,已成为煤化工装置安全生产与稳定运行的重大隐患。降低生产安全风险,保障管道系统安全可靠运行,开展冲蚀磨损寿命预测研究是煤化工设备完整性研究的关键一环。本文以新疆某煤化工企业水煤浆汽化炉进料管为研究对象,应用ANSYS 2021R1软件进行数值模拟分析,确定弯管冲蚀磨损主要位置与短期内冲蚀磨损减薄量,为预测模型建立提供原始序列,通过灰色预测理论分别建立GM(1,1)模型、无偏GM(1,1)模型以及灰色马尔科夫模型完成对弯管冲蚀速率的预测,并结合SY/T 6151—2009《钢质管道管体腐蚀损伤评价方法》得出该管道服役寿命与检修周期。结果表明:冲蚀磨损减薄主要集中在弯管轴向70°左右,且在工艺条件相同的情况下冲蚀磨损减薄的最大位置不随时间变化发生移动。无偏GM(1,1)模型与灰色马尔科夫模型在中长期预测中优势显著,且灰色马尔科夫模型更适宜长期预测工作。所涉及的水煤浆汽化炉进料输送弯管服役寿命为570天左右,在弯管投入使用450天后冲蚀减薄量增长显著,需要定期开展该弯管重点部位的监测与预防性维护。

水煤浆参数对输送弯管冲蚀磨损影响分析

针对水煤浆气化炉进料弯管面临的固液两相流冲蚀磨损导致的穿孔失效问题,以进料输送弯管为研究对象,水煤浆主要参数(流速v、煤粉直径d_(p)、煤粉质量流量q_(m))为变量,采用CFD-DPM耦合方法开展主要参数对冲蚀磨损速率影响的单变量数值模拟,使用响应曲面法进行多因素交互作用下对弯管冲蚀磨损速率影响显著程度分析并对水煤浆主要参数做出优化。研究表明,弯管的冲蚀磨损现象集中在弯管轴向80°~90°,且一般不随影响因素改变而移动。从单变量模拟结果来看,煤粉直径对冲蚀磨损速率的影响远远小于其他因素的影响;经响应曲面法分析,介质流速对冲蚀磨损速率影响最为显著;在介质流速v为20 m/s,煤粉质量流量q_(m)为0.5 kg/s,煤粉直径dp为0.8 mm条件下,输送弯管冲蚀磨损速率最小。

煤中有机质可溶组分分子特征的聚类分析

煤中有机质组成与分布的认知是煤精细化工产业发展的基础,高分辨率质谱可以获得更丰富的煤中有机质的分子信息,基于化学计量学的数据统计方法可以实现对大量数据的可视化分析,更为全面地揭示数据间的关系。本研究对6种我国典型产煤区的中低阶煤样进行二级分级萃取(正己烷和甲醇),并采用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)和电喷雾-飞行时间质谱仪(ESI-TOF/MS)对12组萃取物进行分析,探究煤可溶物中分子的组成与分布特征。基于R语言的统计学方法对12组萃取物数据进行系统聚类分析,聚类准确率为100%。在12组萃取物中,基于聚类分析的树图显示,正己烷对于烷烃和芳烃有较好的萃取效果,甲醇对含氧化合物具有较好的富集作用。基于聚类分析的热图显示,GC/MS分析得到的芳烃相对含量最高,且主要为多环芳烃类化合物; ESI-TOF/MS检测到ON化合物的相对含量最高,这与ESI正模式易电离含氮的碱性有机化合物有关。

煤热解耦合焦油裂解对焦油品质的影响

在2个串联的固定床反应器内,研究了和什托洛盖煤热解挥发物的二次裂解行为,考察二段固定床内温度及载体对焦油裂解性能的影响。结果表明:当二段管温度从400℃升至600℃时,焦油产率从13.3%降至12.5%,H2产率则由83.5 m L/g增加至111.8 m L/g;当温度低于500℃时,重质焦油产率无明显变化,但较单固定床明显降低,说明低温裂解可提高焦油品质;当温度≥550℃时,焦油裂解程度加剧,致使其重质组分产率较单固定床增加;当二段管温度为550℃时,与不添加催化剂相比,Ni/USY,Ni/HZSM-5(38)和Ni/HZSM-5(50)不同程度提高了焦油中轻质组分分率,其中Ni-USY的提质效果最明显,可使轻质焦油分率提高到71.9%,增幅达28.2%。

表面状态对X80管线钢腐蚀行为的影响

采用线性极化测试、电化学阻抗谱和动电位极化等电化学测试技术并结合表面分析方法,研究了表面状态对X80管线钢在模拟土壤溶液(NS4)中的腐蚀行为影响。试验结果表明,随着表面粗糙度下降,其自然腐蚀电位向正向移动,腐蚀电流密度下降,即腐蚀速率减小;不同粗糙度的X80钢试样在NS4溶液中电化学阻抗谱表现为一个时间常数;随表面粗糙度的逐渐减小,电荷转移、电阻逐渐增大。微观形貌显示,试样表面腐蚀产物随着粗糙度的减小而逐渐减少。试样表面效应是引起不同粗糙度钢腐蚀差异的重要因素。

不同粒径准东煤CO_(2)强化水洗脱钠及燃烧特性研究

为探究不同粒径准东煤经过CO_(2)强化水洗后的Na脱除率以及燃烧特性的变化,利用连续式水洗装置,以高纯CO_(2)作为酸源对0.5~1 mm、>1~3 mm、>3~5 mm 3种粒径区间的准东煤样分别进行CO_(2)强化水洗1 h和6 h,使用X射线荧光光谱仪对试验样品的灰样进行分析,通过实验数据计算获得不同粒径准东煤CO_(2)强化水洗后的Na脱除率,并结合X-射线衍射分析结果得出其变化规律;然后采用扫描电镜和热重分析仪研究粒径>3~5 mm的煤样和原煤样的燃烧特性。结果表明:经CO_(2)强化水洗时间越长且粒径越小的准东煤,其Na脱除率就越高;经过CO_(2)强化水洗后煤样的着火温度和燃尽温度均略低于原煤样,燃烧特性有所提高。

不同制备工艺生物质基碳气凝胶油水分离性能的研究进展

综述了采用生物质材质和不同干燥方法与高温热解法相结合获得碳气凝胶的方法;分析讨论了制备工艺、生物质原料对碳气凝胶性能的影响,最后对研究前景和发展方向进行了展望,并提出相关建议。

煤制天然气甲烷化固定床反应器内反应特征参数场分布的数值模拟研究

甲烷化是煤制天然气的关键环节.研究固定床甲烷化反应器中的特征参数场分布,对实现反应器结构优化、确保产率最大化有重要意义.本文以新疆伊犁庆华年产55亿立方煤制天然气固定床甲烷化反应器为对象,借助大型工程分析软件ANSYS-CFX,运用数值模拟计算方法,获得了反应状态下固定床层内温度场、压力场、速度场等关键特征参数的场分布,为甲烷化反应器的结构优化提出合理建议.

−15℃下Na+,K+,Mg2+//Cl-,NO3 -,SO4 2--H2O体系相平衡研究

新疆卤水硝酸盐矿主要含有Na+、K+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-六种离子,属于高元复杂体系,其合理利用和开发需要不同温度下的相平衡研究作为理论支撑。采用等温溶解平衡法,对Na+,K+,Mg2+//Cl-,NO3-,SO42--H2O体系在−15℃、NaCl·2H2O饱和条件下的相平衡进行了研究,并构建了相图。相图中有六个零变量点和八个两盐结晶区,只存在一种复盐KCl·MgCl2·6H2O。八个两盐结晶区,分别对应于NaCl·2H2O+Na2SO4·10H2O、NaCl·2H2O+NaNO3、NaCl·2H2O+KCl、NaCl·2H2O+KNO3、NaCl·2H2O+MgSO4·7H2O、NaCl·2H2O+MgCl2·8H2O、NaCl·2H2O+Mg(NO3)2·6H2O和NaCl·2H2O+KCl·MgCl2·6H2O,其中NaCl·2H2O+Na2SO4·10H2O共晶区最大,在低温时,硫酸钠的溶解度最小,降温过程中较易结晶析出。与该体系在25℃下的相图相比,复盐种类减少5种,零变量点减少19个,相关系得以极大简化。