多种原煤焦的CO_2气化特性研究

研究煤气化对煤炭资源高效洁净利用、防治大气污染方面有重要意义。为了研究煤焦粒径、CO2流量、煤焦质量、热解温度、热解恒温时间、气化温度对3种原煤焦气化反应的影响,在自行搭建的热重分析仪上进行煤焦气化实验。研究结果表明,当煤焦粒径≤70μm,CO2流量为600 mL/min,煤焦质量为0.1 g时,可以消除内外扩散对气化反应的影响。热解温度和热解恒温时间对准东煤焦的气化反应影响比较明显,对贵州煤焦影响则较小,浑源煤存在最佳热解恒温时间。研究结果通过大量实验数据得出,对工程实际应用有一定指导意义。     

伊宁煤焦水蒸气气化影响因素及动力学分析

研究了煤焦粒径、煤焦质量、N2流量、气化温度对伊宁煤焦水蒸气气化的影响。结果表明,随着煤焦变细、煤焦质量减小、N2流量增加、气化温度升高,煤焦的气化反应速率升高。对比了不同的气化模型,发现收缩核模型可以更好地描述气化反应,根据收缩核模型求取的伊宁煤焦活化能为163.11kJ/mol。     

黑液水煤浆焦C-H2O气化反应特性研究

煤焦表面的活性点、煤焦内在的催化剂以及反应气在煤焦孔隙之间的扩散能力是影响煤焦气化反应活性的重要因素。通过不同粒径的黑液煤焦C-H2O气化反应，发现粒径为0.3mm的煤焦气化反应活性较高；氮吸附试验结果显示，随着煤焦粒径减小，煤焦表面总的孔体积和总表面积增大，煤焦表面孔结构的平均直径减小。煤焦孔结构的大小影响到反应气在煤焦表面的扩散能力，从而影响到反应气与煤焦矩阵中活性点的有效接触。黑液水煤浆焦、普通水煤浆焦和新汶煤焦的C-H2O气化反应结果表明，由于黑液中碱金属Na的催化作用，黑液煤焦气化反应活性要高于普通煤焦和新汶煤焦。     

神木烟煤煤焦的CO_2气化反应动力学模型

针对煤的气化问题,在固定床800～950℃气化温度下,研究了煤焦与CO2气化反应的特性,采用正态分布模型进行了计算,反映出不同温度下煤焦的气化速率随转化率的变化规律。结果表明:在气化开始时刻,气化速率最大,并随着煤焦转化率的提高而逐渐降低;模型中的最大反应速率rm与温度的关系符合Ar-rhenius定律,由此求出煤焦的活化能为192.305 4 kJ/mol。     

钾盐添加量及煤焦粒度对两段组合式气化工艺的影响

高效能两段组合式煤气化工艺能有效利用高温煤气显热,以提高现有气流床气化技术的冷煤气效率。在两段组合式煤气化炉热态实验装置上,考察了二段床层不同粒径范围煤焦的气化反应性,实验得出,最优粒径范围为10~15mm。该粒径范围下,二氧化碳累积转化率达10%,其反应速率在反应30 min时达到峰值,床层平均温降最高,达到402.4℃。文中还研究了钾盐添加量对二段煤焦气化反应性能的影响,钾的添加量应大于5%才能明显体现其良好催化效果。碳酸钾用量在8%下的催化效果显著,二段出口有效气体浓度和碳转化率等参数提高明显,二氧化碳累积转化率为19%。此工艺有效实现CO2减排和资源化利用,环境效益良好。     

神府煤焦与CO2的气化反应动力学分析

利用加压热天平在1 173~1 323 K、0.1~3 MPa范围内,对神府煤焦与CO2的气化反应进行动力学分析。考察温度、压力对神府煤焦与CO2气化反应动力学特性的影响及气化反应速率和反应时间之间的关系,发现气化反应速率随反应时间的变化近似呈正态分布,建立了气化反应速率与反应时间的正态分布动力学模型。与随机孔模型对比,发现正态分布时间模型能较好地描述煤焦的气化动力学规律。由正态分布模型求得的反应速率常数r0、rm遵循Arrenius定律,lnr0、lnrm对1/T呈良好的线性关系;在0.1~3 MPa范围,求得的反应活化能为150~185 kJ/mol,与相关文献报道的结果基本一致。     

热解条件及煤种对煤焦气化活性的影响

该文对煤焦的常压CO2气化活性与热解制焦条件及煤种的关联耦合进行了分析研究。采用加压热重分析仪与常压热重分析仪联用对不同煤种在不同热解压力与热解终温制得煤焦的CO2气化活性进行对比分析,并提出最大比气化速率和平均气化速率用于表征煤焦的气化活性。最大比气化速率能准确表征煤焦的最大气化活性,其随热解压力的升高先减小后增大,而随热解终温的升高先增加后减小。小龙潭褐煤具有较高的最大气化活性,而神府烟煤和平寨无烟煤的最大气化活性较低。平均气化速率可很好地描述煤焦的气化过程和气化完全信息,两者结合可全面、有效地反映煤焦的气化特性,为气化炉的设计提供科学依据。     

恒温条件下煤焦与生物质焦CO_2共气化特性研究

在自行搭建的热重分析仪上对煤焦、秸秆焦及其混合焦进行了CO2恒温气化试验,在消除外扩散的条件下,研究了各焦样在添加和不添加Ca O条件下的气化反应特性,研究了温度对气化反应的影响。结果表明:秸秆焦的碳转化率曲线高于煤焦,秸秆焦的反应速率快于煤焦;混合焦中秸秆焦所占比例越高,焦样的反应活性越高;在共气化过程中存在协同作用;Ca O对煤焦的催化效果要好于对秸秆焦的;对于添加催化剂条件下混合焦的气化,气化过程中的协同作用消失,当秸秆焦比例较大时,气化过程中还存在一定抑制作用;升高温度可以加快气化反应速度,但削弱了Ca O的催化效果。     

煤焦CO2气化反应中石灰石催化特性研究

研究了新鲜石灰石和经过煅烧/碳酸化反应(CCR)反复循环后的石灰石在烟煤煤焦CO2气化反应中的催化特性.结果表明,固定碳转化率随新鲜石灰石添加比例的增加而增大,石灰石添加比例为5％时其催化特性达到最佳,且催化活性随气化温度的升高而降低;在不同热解温度下添加2.5％新鲜石灰石制得的煤焦的气化特性与气化温度密切相关,当气化温度高于热解温度时,催化活性基本不受热解温度影响;随着CCR循环次数的增加,低温气化时石灰石催化活性比新鲜石灰石略低,但仍可作为煤焦气化反应的有效催化剂.     

热解条件对煤焦孔结构和反应性的影响

使用加压热重分析仪、马弗炉和常压滴管炉装置对褐煤、次烟煤、烟煤进行制焦,应用压汞法、低温N2和常温CO2吸附法测定煤焦孔结构参数,并通过扫描电镜观察煤焦表面形貌,测定了煤焦的CHN元素含量,利用热重分析仪测定焦900℃下的CO2气化反应活性,研究了压力、升温速率、高温停留时间对孔结构和气化反应性的影响。研究表明,慢速升温下提高热解压力会降低孔表面积和气化反应性;提高升温速率,降低高温停留时间,则微孔表面积降低,中孔显著增加,大孔的分形维数降低,化学反应活性提高;煤焦反应活性主要与残余挥发分含量相关,其次受到大、中孔表面积影响,而与微孔无关。     

基于常压TGA的煤焦-CO2加压反应动力学数据求解

采用NETZSCHSTA449F3同步热分析仪进行煤焦－CO2反应热重实验,气体总压保持0．1MPa,CO2分压分别为0．017MPa、0．042MPa、0．058MPa、0．100MPa,通过n级速率方程和Langmuir—Hinshelwood（LH）速率方程拟合实验结果,合理推导至加压工况,获得加压情况下的反应动力学参数,并利用拟合公式进行较大温度和气体分压范围内任意工况下不同煤种的煤焦－CO2气化反应活性比较。LH速率方程可更精确地描述CO2分压的影响。CO2分压对反应速度的影响程度随分压的升高而降低,温度对煤焦－CO2气化反应活性的影响程度大于CO2分压。煤种的化学反应活性在不同的温度和CO2分压下强弱次序不完全一致,不能采用某一特定工况下的结果统一概括。     

水蒸气对煤焦转化的影响

为了探究水蒸气对煤焦转化的影响,利用Ar补偿H2O高比热将水蒸气在煤焦转化时气化反应促进、气化吸热抑制及比热抑制效应分离。借助高温管式沉降炉在1500℃下进行煤焦燃烧实验,并使用热分析仪测定煤焦碳转化率。结果表明,水蒸气的加入导致煤焦着火延迟,但着火以后,水蒸气加快煤焦转化;随着水蒸气浓度增加,煤焦转化率先下降再上升,氧化效应影响权重与水蒸气比热抑制效应影响权重不断下降,水蒸气气化效应影响(气化反应促进与气化吸热抑制的综合效应)权重不断上升。低水蒸气浓度时,气化反应促进效应大于气化吸热抑制效应,小于气化吸热及水蒸气比热抑制效应之和;高水蒸气浓度时,气化促进效应大于气化吸热及水蒸气比热抑制效应之和。     

准东煤在O2/H2O/CO2气氛下脱挥发分过程焦炭结构演化特性研究

富氧燃烧技术不仅是先进的碳捕集技术,且可通过气化吸热反应降低燃烧温度减少碱金属的析出,缓解燃用准东煤产生的积灰结渣等问题,提高准东煤的利用率。但循环烟气代替空气助燃,氧化反应与气化反应相互作用,会影响煤焦反应活性。为保证在有限反应空间内煤焦的燃烧效率,研究煤焦结构演化规律,对合理组织炉内燃烧、改善煤焦燃烧过程至关重要。在固定床上制焦,采用拉曼和傅里叶红外光谱仪研究煤焦微晶结构和官能团的演化过程。结果表明:O2或CO2单独与煤焦反应时,易生成芳香类碳结构,而H2O与煤反应过程中更易生成脂肪类氢结构;无论在何种气氛下反应,煤焦内部均经历大分子结构的分解、无定形碳结构的生成和逐步石墨化的过程,气氛的改变影响的是有机物分解析出的过程;O2与CO2同时存在时,气化剂体积分数增加先促进芳香结构的解体生成易反应的脂肪链结构;而O2与H2O同时存在时,O2体积分数增加会加速芳香结构的生成,H2O体积分数增加,则反应首先消耗脂肪链结构,然后促进芳香结构解体,生成脂肪链结构。     

不同升温速率下煤焦CO_2气化的动力学研究

对阳泉煤焦进行了CO2气氛的气化热重实验,研究了煤焦的气化特性,并用不同的模型对样品进行了动力学分析。研究结果表明,随着升温速率的提高,煤焦的气化反应开始温度逐渐升高,反应的活化能逐渐降低。对于所选用模型,未反应收缩核模型更能描述阳泉煤的气化反应。     

不同升温速率下煤焦CO2气化的动力学研究

对阳泉煤焦进行了CO2气氛的气化热重实验,研究了煤焦的气化特性,并用不同的模型对样品进行了动力学分析.研究结果表明,随着升温速率的提高,煤焦的气化反应开始温度逐渐升高,反应的活化能逐渐降低.对于所选用模型,未反应收缩核模型更能描述阳泉煤的气化反应.     

单颗粒模拟研究化学链氧解耦燃烧中煤焦颗粒转化特性

主要研究在典型的化学链氧解耦燃烧(chemical looping combustion with oxygen uncoupling,CLOU)气氛下水蒸气对煤焦转化特性的影响。通过单因素分析,模拟在不同温度、煤焦颗粒粒径、氧气浓度、水蒸气浓度下开展。研究结果表明,在低O_2浓度(1%)下,水蒸气气化反应可明显增加煤焦转化速率;而在较高的O_2浓度下(5%),水蒸气对煤焦转化速率的贡献则不明显。通过对O2浓度分布以及局部转化率等煤焦转化过程中的参数分析认为,水蒸气气化反应主要发生于颗粒内部,而氧化反应主要发生在颗粒外部。     

添加剂对CaO催化煤焦-CO_2气化特性的影响

在化学反应动力学控制实验条件下,研究了不同反应条件下分析纯氨水对CaO催化锦界煤焦-CO_2气化的影响。实验结果表明:添加氨水后,原煤焦的气化活性因子K和平均气化率R_m均出现不同程度的提高,气化温度越高,提高效果越显著,900℃分别提高了20.3%、9.3%;CaO催化煤焦气化的K值和R_m值在850℃提高幅度最大,分别提高了49.7%、35.9%;添加氨水后,原煤焦和CaO催化煤焦气化活化能出现一定程度增加,增加幅度分别为9.5%、14.8%。该结果为提高煤气化速率和效率提供了一种方法和研究方向。     

伊宁煤焦固定床等温水蒸气气化特性研究

研究了水蒸气分压、热解温度、热解恒温时间和气化温度对伊宁煤焦水蒸气气化反应的影响,并获得了相关动力学参数。结果表明:随着水蒸气分压的提高,煤焦气化活性提高,水蒸气分压大于0.045MPa时,煤焦表面活性位已经达到饱和;提高热解温度、延长恒温时间均会使煤焦气化活性降低,随着气化温度的升高,热解温度、恒温时间对煤焦气化活性的影响减小;气化温度是影响煤焦气化活性的主要因素,升高气化温度能明显提高煤焦气化活性;收缩核模型能够较好地描述伊宁煤水蒸气气化,由该模型求出的活化能范围为148.2~189.6kJ/mol。     

CO_2气氛对烟煤热解过程的影响

采用热重–傅里叶红外联用的方法研究徐州烟煤在Ar、N2和CO2气氛下的热解特性,考察CO2气氛下反应终温和升温速率对其失重和气体析出特性的影响。结果表明,CO2气氛对煤热解的影响主要在高温区,表现为对煤中碳酸盐分解的抑制作用和对煤焦的气化作用。反应终温900℃时,CO2气氛下CH4和C2H6的析出量较Ar和N2气氛下小,而CO析出量较大。CO2气氛下反应终温由700℃上升到1000℃,CH4和C2H6的析出量略有升高,CO析出量显著升高;升温速率提高,CH4、C2H6和CO析出量降低。     

混煤煤焦CO2气化协同效应的研究

在自行搭建的热重分析仪上研究了混煤CO2气化特性,考察了掺混比、煤种、气化温度对混煤气化协同特性的影响。研究表明:三种原煤煤焦气化反应性大小顺序为淮东煤>贵州煤>浑源煤。在气化反应的前期,混煤气化受到一定的抑制作用;气化反应后期,混煤气化受到一定的促进作用。增大混煤中高活性煤种的比例,升高气化温度均能使抑制作用增强,促进作用减弱。混煤中两种单煤的气化活性相差越大,气化反应中存在的促进和抑制作用越明显。