神木煤焦与CO 2和水蒸气反应后期动力学特性

采用等温热重法对比神木煤焦在900～1 050 ℃分别与CO 2和水蒸气气化的反应活性。为研究气化残炭反应性,分别采用均相模型、缩核模型、混合模型和修正体积模型对煤焦气化后期反应速率与碳转化率的关系进行拟合。结果表明：混合模型和修正体积模型对实验数据有很好的拟合效果;均相模型和缩核模型的拟合效果随气化温度和反应气氛而变化;不同模型预测煤焦分别与CO 2和水蒸气反应后期的活化能范围分别为200.65～231.00 kJ/mol和105.48～169.10 kJ/mol;修正体积模型预测神木煤焦在这两种气氛中反应后期的活化能都比前中期高36 kJ/mol左右;在实验温度范围内,神木煤焦气化后期以化学反应控制为主。     

高温下神府煤焦/CO2气化反应动力学

在950~1 400 ℃,以神府煤为原料制备了各种慢速和快速热解焦,并对各种热解焦的CO2气化反应动力学进行了研究。研究结果表明：在高温范围内,修正体积模型对神府煤焦/CO2气化反应的模拟明显优于收缩未反应芯模型和随机孔模型;神府煤焦气化反应动力学从低温到高温存在一个偏折点,即低温区(950~1 150 ℃)属化学动力学控制,高温区(1 150~1 400 ℃)属扩散动力学控制。在950~1 150 ℃,神府慢速和快速热解煤焦的表观活化能范围分别为109.21~205.30 kJ/mol和86.88~116.90 kJ/mol;在1 150~1 400 ℃,分别为16.58~52.16 kJ/mol和14.00~32.91 kJ/mol;神府煤焦/CO2气化反应过程也存在动力学补偿效应。     

拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应特性

基于拜耳法赤泥的综合利用和煤焦-CO2气化反应,提出利用拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应,在固定床热重分析仪上进行了拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应的研究。考察了拜耳法赤泥的添加方式、添加量及反应温度对煤焦-CO2的催化气化反应特性;并将拜耳法赤泥与K2CO3催化活性进行了对比;分析了拜耳法赤泥催化反应机理,采用了缩核模型、混合模型及修正的体积模型对拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应动力学进行了分析,结果表明：湿法添加拜耳法赤泥对煤焦-CO2具有很好的催化活性,而干法混合会抑制煤焦-CO2反应,因此选择湿法添加赤泥;得出拜耳法赤泥的最佳添加量为8%;随着温度的升高,煤焦-CO2催化气化反应性指数不断增加;在1 373.15 K时,8%拜耳法赤泥催化活性与该温度下10%含量的K2CO3催化性能相当;修正体积模型相比缩核模型、混合模型能够更好的解释催化气化动力学过程。因此,拜耳法赤泥对煤焦-CO2反应具有很好的催化作用,并且拜耳法赤泥还可以得到有效的利用。     

神府煤焦气化反应动力学研究

尝试从非等温热失重曲线推断煤焦-CO2气化反应模型，研究表明，非等温动力学研究法与等温热失重法有一定可比性；考察了煤焦气化温度、气化剂分压、煤焦粒度各因素对煤焦气化的影响，由等温热重法得出煤焦-CO2气化反应可用颗粒缩小的缩芯模型描述，并提出反应处于化学反应控制时的速率模型方程．     

3种煤焦的CO2气化反应特性及动力学模型

为探索不同煤种的气化反应特性及其动力学,以神木煤、新疆准东煤和印尼加里曼丹岛煤3种煤质差异较大的低阶煤为原料,在水平管式炉上制备了3种煤样的900 ℃快速热解煤焦,并采用热重分析仪考察了3种煤焦的非等温和等温气化特性,用分布活化能模型和随机孔模型拟合了煤焦的CO2气化反应速率与碳转化率间的关系。研究结果表明：煤焦的非等温气化反应活性和等温气化反应活性存在一定的差异,气化温度、煤种及煤灰分中的碱金属均影响气化反应活性,煤焦的等温气化反应活性为印尼加里曼丹岛煤焦的最高,神木煤焦最低,气化温度对神木煤焦的影响更显著。分布活化能模型和随机孔模型计算的活化能存在一定的关联;随机孔模型能较好地拟合煤焦气化实验数据。     

一种褐煤煤焦水蒸气和CO2气化活性的对比研究

面向循环流化床褐煤热解-部分气化-残炭燃烧分级转化工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700～950 ℃,以快速热解和慢速热解方式制备煤焦,考察煤焦表面形貌和结构随制焦条件的变化。利用热分析技术研究气化温度、热解温度和热解速率对煤焦水蒸气和CO2气化反应活性的影响。结果表明：煤焦气化反应速率主要受气化温度影响,受热解温度的影响相对较小;煤焦分别与水蒸气和CO2气化的活性有较大差异,差异随着气化温度的升高而减小;与煤焦的水蒸气气化相比,热解条件对煤焦的CO2气化活性影响更大;煤焦水蒸气气化和CO2气化的反应性指数之间的关系可用二次曲线进行描述,在10%～80%碳转化率范围内分布活化能存在良好的线性关系。     

无烟煤焦的气化反应特性研究

采用热重仪,考察了高平无烟煤焦的气化反应特性;考察了氧化钙和氧化铁对煤焦的催化作用。结果表明:在800℃~1 000℃内,高平煤焦的气化反应性偏低,随温度的升高,煤焦的气化反应性呈增加趋势;添加氧化钙和氧化铁后,煤焦的气化反应性有明显增加,催化作用十分显著。     

右玉元堡煤煤焦-水蒸气气化规律研究

煤焦-水蒸气气化是鲁奇加压气化的重要工艺过程,水蒸气气化特性对于确定气氧比及预测水蒸气分解率具有重要意义。以右玉元堡长焰煤为研究对象,采用自制立式管式炉在800~1 100℃范围内进行了块煤煤焦水蒸气气化实验,比较了不同热解终温煤焦样品的比表面积及孔径分布特征,并利用气相色谱对不同时刻的煤气组分进行了检测。研究结果表明,煤焦内孔隙主要为2~10 nm的中孔,随热解终温的升高煤焦的比表面积降低。依据煤焦的二氧化碳反应性,以不同温度下水蒸气的还原率β作为评价煤焦-水蒸气气化反应性的指标,低温时温度对水蒸气反应性影响较大,温度由800℃升至900℃,β增大22.74%。     

褐煤的高温气化反应特性研究

采用下落式固定床,在1 000℃～1 500℃内,详细探究了褐煤的高温气化反应性,对比分析了原煤和煤焦的气化反应性差异。实验结果表明:褐煤的气化反应性随气化温度的升高而增加,在高温下增加的幅度有所减小;煤的气化反应速率随碳转化率的增加,呈先增大后减小的趋势,在碳转化率10%～30%时达到最大值;在相同气化条件下,原煤的气化速率最大是煤焦的近5倍。     

煤焦在加压条件下的气化反应性研究

在高压管式炉试验装置上,进行了煤焦在加压条件下的气化反应动力学研究,采用缩芯模型对试验数据进行处理,得到煤焦与二氧化碳及水蒸气气化反应的动力学参数.试验结果表明,温度和压力越高,煤焦的气化反应性越好;煤焦在水蒸气气氛下反应活性高于二氧化碳气氛下煤焦反应活性;缩芯模型适用于煤焦在加压情况下气化反应动力学计算研究;煤焦在加压气化时活化能与指前因子之间存在补偿效应.     

粗铅精炼除铜反应的热分析动力学

加硫除铜是粗铅火法精炼除铜的主要方法,根据硫化铅和铜的反应温度和动力学条件,分别对硫化铅和铜摩尔比1∶1和1∶2的固相反应进行差热分析,利用Kissinger方程和FWO方程求得反应活化能。结果表明,反应开始温度在350℃左右,升温速率越大,峰形越宽,峰值温度越高,反应峰向高温方向移动,出现反应滞后现象。通过动力学方程计算,硫化铅和铜摩尔比为1∶1混合的反应活化能为233.32 kJ/mol,按1∶2混合的反应活化能为257.66 kJ/mol。硫化铅过量,反应活化能随反应温度降低而降低,有利于提高除铜效率。研究结果可为改进粗铅除铜工艺提供理论指导。     

CO2气化反应对O2/CO2气氛中煤焦燃烧特性影响

为探讨CO2气化反应在低氧气体积分数下对煤焦燃烧及燃烬过程的影响,利用热天平对比研究了大同煤焦在O2/N2/和O2/CO2气氛中的燃烧行为,主要探讨CO2气化反应对煤焦富氧燃烧特性的影响。实验结果表明,在5%氧气体积分数下,煤焦在O2/CO2气氛下的燃烧速率要低于O2/N2气氛下。当氧气体积分数降低到2%,且温度高于900 ℃时,在CO2气化反应的作用下,煤焦在O2/CO2气氛中的整体反应速率逐渐高于O2/N2气氛中的燃烧速率,使得燃烬提前。随着环境温度的升高,煤焦在O2/CO2和O2/N2气氛下的反应速率均有所增加,但在O2/CO2中增幅更显著。动力学分析显示,在5%氧气体积分数时,大同煤焦在O2/N2中的活化能要低于O2/CO2中。当氧体积分数减少到2%时,由于高温下煤焦的燃烧和气化反应同时进行,较高的气化反应活化能使得煤焦在O2/CO2中的整体反应活化能有明显增加。     

典型高阶煤的催化气化特性研究

以碱金属盐（KNO 3 ）、碱土金属盐（Ca(NO 3 ) 2 ）以及过度金属盐（Fe(NO 3 ) 3 ）为典型的催化剂,研究了我国典型高阶煤--奉节煤的催化气化行为。催化剂与煤样通过浸渍方法混合,而后在1 000 ℃进行热解制焦,然后对所得焦样采用热重分析仪进行非等温CO 2 气化,并采用收缩核模型对气化机理进行了探讨。研究发现：奉节无烟煤焦本身很难气化,最大气化速率出现在1 100 ℃,然而随着催化剂的加入,其气化温度显著降低（100 ℃左右）,最大气化速率明显增大,催化作用随催化剂添加量的增加而加强,KNO 3 的低温催化作用较强,而Ca(NO 3 ) 2 和 Fe(NO 3 ) 3 在高温下有较强的催化作用;煤焦的催化气化过程分为过渡区和动力区,且随着催化剂的加入,动力区的起始温度大幅度降低;催化系数不仅与温度有密切的关系,与煤种类型以及催化剂的添加量都有着紧密的联系。     

煤焦-水蒸气气化过程中多环芳烃生成与分布规律

为对煤层气化过程中生成的典型污染物多环芳烃(PAHs)进行有效控制,采用模拟固定床气化炉研究了内蒙古乌兰察布褐煤在煤焦-水蒸气气化条件下PAHs的生成及分布规律。结果表明,煤焦-水蒸气气化低温煤气中的PAHs以3环芳烃为主,含量最高的为苊和二氢苊。气化温度由900℃上升至1 000℃,PAHs生成总量由73.19 mg/kg降至9.40 mg/kg,降幅达90%;进一步升高温度至1 100℃,PAHs生成总量有所上升。水蒸气流量由0.17 mol/min增至0.61 mol/min,PAHs的生成总量整体呈现先升高后降低的趋势。水蒸气流量为0.39 mol/min时,PAHs生成量最大,为73.19mg/kg,为最小生成量的1.5倍。维持气化温度在1 000~1 100℃,可有效降低PAHs的生成。增加水蒸气用量,低温煤气中的PAHs含量降低,此时须加强对煤气冷凝水中PAHs的处理。     

煤焦与水蒸气及CO2共气化反应性研究

采用常压热天平实验装置,在温度为1 173～1 323 K条件下,研究了3种煤焦与水蒸气、CO₂及二者不同配比混合气体的气化特性.结果表明：气化反应温度越高,煤焦的气化反应性越好;气化剂配比中水蒸气的含量越高,煤焦的反应性越好.3种煤焦与水蒸气及CO₂共气化反应性顺序为：神东>宝一>王坡;同一气化剂配比下,3种煤焦的平均比气化速率随温度的升高而增大,同一气化温度下,3种煤焦的平均比气化速率随气化剂中水蒸气含量的增加而增大;3种煤焦在与水蒸气及CO₂混合气体共气化过程中表现出的交互作用不同.     

高磷鲕状赤铁矿气化脱磷动力学研究

为探索烧结过程中高磷鲕状赤铁矿的脱磷机理, 采用综合热分析仪, 在升温速率分别为10、15、20 ℃/min的条件下, 通过与Fe₂O₃的对比试验, 对高磷铁矿进行了气化脱磷动力学研究。结果表明: 气化脱磷反应在第2失重阶段发生, 且温度为850 ℃时, Ca₅(PO₄)₃F和脱磷剂反应开始, 1 050 ℃左右, 脱磷反应最剧烈。采用Ozawa法计算了高磷铁矿反应的第1、2阶段和Fe₂O₃反应的第2阶段活化能, 分别为104.71, 250.55和168.80 kJ/mol, 脱磷反应过程中克服能垒需要更高能量; 气化脱磷反应机理函数符合二维扩散Valensi方程。     

配加沥青对气煤焦气化特性的影响及动力学分析

为考察煤中配加沥青制得焦炭的气化反应特性,采用程序控温炉研究不同沥青配比条件下气煤焦在1 050、1 100、1 150℃温度下与CO2的等温气化反应特性,同时采用体积模型(VM)、收缩核模型(SCM)和随机孔模型(RPM)对气煤焦气化反应动力学进行分析。结果表明:随着反应温度的升高,焦炭的气化反应性逐渐增加,而随着沥青配加比例的增加,其反应性逐渐降低,当沥青配比从3%增加至6%时,气化反应指数R大幅度降低。随机孔模型表征气化反应动力学行为效果最好,利用随机孔模型计算得沥青添加量为3%、6%、15%时,气煤焦气化反应活化能分别为50.15、57.16、75.61k J/mol,随着沥青配加量的增加,气煤焦反应性降低。     

转炉高温煤气中煤粉的气化行为

为了有效提高转炉高温煤气中可燃气体品质,降低CO2含量。文中提出了一种向转炉高温煤气中喷吹煤粉制备高品质气体的方法。本试验方法采用FactSage 6.1计算各组分之间反应的可能性,利用热重分析仪对煤焦的热解、气化、复合添加剂下的催化气化行为进行理论分析,通过沉降炉实验研究了900~1 200 ℃气体产物的动态析出特性,并计算出可燃气体上升率α,CO2下降率β作为评价指标,最后通过工业试验进一步验证。试验结果表明,煤焦质量损失是由于CO2气化行为造成的,加入添加剂后,气化反应开始温度降低了62 ℃,气化反应结束的温度降低了117 ℃,煤气中H2和CO的含量显著升高,CO2和CH4的含量显著降低。无添加剂条件下,α值由900 ℃时的7.63%增加到1 200 ℃时的17.27%,β值由900 ℃时的4.42%增加到1 200 ℃时的27.52%。含添加剂条件下,α值由900 ℃时的11.51%增加到1 200 ℃的37.64%,β值由900 ℃时的11.48%增加到1 200 ℃时的54.72%。在900~1 200 ℃,α值随温度的升高,逐渐增大,β值随温度的升高,逐渐减小。在1 200 ℃时,含添加剂与未加入添加剂相比α值增加20.37%,β下降27.20％,这是由于添加剂对煤粉的气化起到催化作用。与沉降炉实验结果相比,工业试验得到的α,β值分别增加5.29%,4.96％,工业试验值略大于沉降炉实验值。通过试验结果分析验证了向转炉高温煤气中喷吹煤粉制备高品质气体的方法的可行性。该试验方法的设计应用,可为转炉高温煤气中可燃气体品质优化提供参考。     

非等温热重法对潞安煤焦-H2O气化反应动力学的研究

用非等温热重法考察了潞安煤焦的水蒸气气化反应,分析了升温速率及水蒸气分压改变对煤焦气化反应性的影响。动力学计算结果表明：潞安煤焦气化行为可用体积反应模型来描述;通过求取的动力学参数可以发现,活化能与指前因子存在明显的动力学补偿效应,补偿效应可由过渡态理论给予解释。     

哈密煤液化残渣焦气化反应活性

液化残渣是煤炭液化过程的重要副产物,将其作为气化原料进行利用有助于提高煤炭综合利用效率。基于高频炉开展不同温度条件下(1 000,1 300℃)快速热解实验制取哈密淖毛湖长焰煤焦及其液化残渣焦,采用热重分析仪考察不同气化温度(1 000,1 100,1 200,1 300℃)下煤焦和液化残渣焦的气化反应活性,并借助扫描电子显微镜、物理吸附仪和激光拉曼光谱仪对样品的理化特性(孔隙结构与碳结构)进行系统表征以关联解释焦样气化反应活性。结果表明,哈密煤焦及其液化残渣焦的气化反应活性受气化温度、孔隙结构和碳结构的共同影响。相同热解和气化温度下煤焦气化反应活性高于液化残渣焦,主要由于煤焦和液化残渣焦孔隙结构和碳结构的差异:前者孔隙结构较后者更为发达,且碳结构有序度低于后者、无定形碳结构数量高于后者;气化温度从1 000℃升至1 300℃时,煤焦与液化残渣焦的反应性指数分别从0.43和0.38提高到0.81和0.79,反应指数比值从0.88提高到0.98,表明提高气化温度可以促进气化反应进行,但孔隙结构与碳结构对气化反应活性的影响减弱;气化温度为1 300℃时,温度成为影响气化反应活性的主要因素,液化残渣焦的气化反应活性接近煤焦,这表明从气化反应活性角度而言,液化残渣可以作为气流床气化原料加以利用。