煤焦加压气化反应性研究

利用加压热分析仪,测定了义马煤焦的CO2气化反应性。结果表明:随温度的提高,义马煤焦的反应性和反应速度呈增加趋势,与前期研究常压下的情况一致;压力对气化反应的促进作用不明显,且温度对气化过程的影响大于压力;反应速率在初始阶段最大,随后逐渐减小。经过动力学计算表明:反应速率与温度的关系符合Arrhen ius定律;反应级数随温度增加而减小,近似于线性关系;煤焦活化能大约为60.02 kJ/mol。     

秸秆灰对煤焦气化反应性的影响研究

通过热红外技术研究了秸秆灰对煤焦气化反应性的影响.结果表明,在实验条件下,添加秸秆灰煤焦达到最大气化反应速率所需时间缩短了近10min,完成气化反应所需时间缩短了近17min;同时秸秆灰对煤焦气化反应性的影响与秸秆灰添加量密切相关,添加量为30%时效果最佳.红外光谱分析结果表明,秸秆灰的加入,对煤焦表面的官能团结构产生重要影响.秸秆灰对煤焦气化反应性的影响是通过改善煤焦的表面物理化学性质实现的.     

秸秆灰对煤焦气化反应性的影响

钾、钙对煤焦气化反应性具有重要影响,秸秆灰中含有丰富的钾、钙。以神木煤为制焦原料,通过STA409PC同步热分析仪研究了秸秆灰对煤焦气化反应性的影响,并通过测定煤焦的碘吸附值对其比表面积及孔隙结构进行了分析。结果表明：煤与玉米秸秆共焦化所得煤焦的气化反应性明显优于单独煤焦,且与玉米秸秆的添加比例有关;采用脱灰玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦的气化反应性与单纯煤焦相近;将与玉米秸秆等效的秸秆灰添加到煤焦中,煤焦的气化效果明显优于等效玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦。煤焦碘吸附值测定结果表明,脱灰秸秆与煤共焦化所得煤焦的碘吸附值最大,单纯煤焦的碘吸附值最小,说明玉米秸秆及秸秆灰对煤焦的比表面积及孔隙结构具有重要的影响,与煤焦的气化反应性评价结果基本一致。     

义马煤焦CO_2气化反应性研究

运用等温热重技术,以CO2为气化剂,在常压和1 000 ℃～1 300 ℃温度范围内,考察了义马煤焦的气化反应性.结果表明,随着气化温度的提高,义马煤焦的反应性和反应速度呈现出增加的趋势,但在灰熔融温度附近出现不同的情况.碳还原率为50%时,1 000 ℃～1 100 ℃和1 100 ℃～1 300 ℃的气化反应活化能分别为140.97 kJ/mol与20.84 kJ/mol.     

煤焦氧化对其结构和气化行为的影响

采用固定床反应器对煤焦进行部分氧化处理,然后测定氧化后煤焦在水蒸气和CO2中的气化行为,并用SEM,XRD和N2/CO2吸附对煤焦结构进行表征.结果表明,煤焦低温氧化处理可以显著改善煤焦的孔隙结构,大幅增加比表面积,降低煤焦的有序化和石墨化程度,从而提高其气化活性;并且随氧化程度( burnout)增加,煤焦气化活性不断增加.随氧化温度升高(＞600℃),氧化过程逐渐过渡到扩散控制,O2主要在煤焦外表面反应,因而氧化几乎不会改变煤焦的结构,表面积略有增加,对其后续气化活性无明显影响.     

不同煤焦微观表征及其对燃烧反应性的影响

从时间尺度和放热量来看,焦炭的反应在煤的整个燃烧过程中占有主导地位,而煤焦的微观结构与燃烧反应性有很大的关系,因此有必要进一步研究其影响因素和关系.本次研究选取了22种样品(涵盖了无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、煤泥和气化细渣)进行实验,用XRD对煤焦的微观晶体结构进行测量,用TGA对煤焦的燃烧反应性进行测量,从统计上研究不...     

煤焦结构及其气化反应影响因素的研究进展

简述了国内外研究中煤焦结构的研究方法,对煤焦结构研究现状进行了综述,讨论了煤焦气化剂、灰分、温度、压力、升温速率、制焦时间、变质程度和显微组分含量等这些气化反应的影响因素。因此,在气化过程中,煤焦的气化反应活性不但要考虑原煤的性质,还要综合考虑气化剂、温度、压力、升温速率、制焦时间,尤其是温度和压力在气化过程中的影响。掌握了煤焦结构的研究方法和影响气化反应的因素可以更好的对煤进行清洁利用和转化。     

CaO对神木烟煤煤焦-CO_2催化气化反应性及动力学影响研究

在常压、850℃-1 000℃气化温度、固定床上,研究了催化剂CaO含量对神木烟煤煤焦-CO2气化反应的影响,通过改进随机核化模型来计算煤焦气化动力学参数。实验表明:CaO的存在对煤焦-CO2气化反应有明显的催化作用。在850℃-950℃气化温度下,CaO质量分数在15%左右催化效果最好;在1 000℃气化温度下,CaO质量分数在20%左右催化效果最好;添加了催化剂的煤焦样品,指前因子和活化能之间存在一定的补偿效应。     

热解条件对煤焦结构及气化反应活性的影响

在不同热解条件下制得5种煤焦,考察了热解温度、升温速率对煤焦结构性质及CO2气化反应活性的影响.其中4组煤焦由神木煤和华亭煤在1 100℃和1 500℃常压沉降炉中快速热解制得,还有1组煤焦在固定床中以10℃/min加热到900℃,并停留30 min得到.慢速热解煤焦孔隙结构不发达,BET比表面积仅为1.58 m2/g,而快速热解煤焦存在大量的微孔和中孔结构,得到的比表面积要大得多,但随热解温度的增大而减小.煤焦与CO2在0.1 MPa和3.1 MPa系统压力下的反应速率均随热解终温的升高而减小,但与慢速热解煤焦的结构性质无法直接关联.热解温度对煤焦炭微观结构及矿物质催化性能的影响导致了反应活性的下降.     

脱矿物质对铁镍催化煤焦—CO2气化反应性的影响

在先锋褐煤的原煤、脱矿物质煤中掺加一定量的金属Fe、Ni、Ca的硝酸盐,在固定床管式碳化炉上,600℃制焦。XRD技术测试了煤焦中金属元素的存在形态,程序升温法测定了上述煤焦的CO_2气化反应活性。结果表明,Si对Fe催化煤焦—CO_2气化反应没有影响,而Ca对Fe、Ni的催化行为有促进作用,原因在于Ca元素有助于Fe物种的还原和Ni物种在煤焦表面的分散,而Si元素以SiO_2的形式分散在煤焦中,未与Fe形成不溶体,因而不影响Fe的催化作用。     

高温下煤焦气化反应特性(Ⅱ)细孔构造对煤焦气化反应的影响

在常压下,1000～1500℃温度范围内,测定了大同等地的3种煤焦的孔构造和煤焦与二氧化碳的气化反应速率;研究了反应过程中,煤焦的孔结构和内表面积的变化及它们与气化速率间的关系。结果表明,高温下煤焦气化反应在细孔内表面上进行,细孔对气化反应速率起主要作用。     

热解条件对煤焦气化活性影响的研究进展

简述了原煤性质与温度、压力和热解气氛等热解条件对煤焦结构和气化反应活性的影响;参考该领域的国内外研究成果,分析了热解条件影响煤焦气化反应活性的机理.由于实验设备和研究方法的差异,对温度和压力等热解条件对煤焦气化反应活性影响的评价不尽相同,但总体来讲,热解终温越高、停留时间越长、升温速率越快、热解压力越大,煤焦的气化反应活性越低;热解过程中,原煤性质的差异也会影响煤焦的结构和气化反应活性.煤焦的石墨化应该是导致煤焦气化反应活性下降的主要原因,因此,热解条件的改变,特别是温度和压力的改变对煤焦石墨化进程的影响值得进一步研究.     

高温下煤焦气化反应特性(Ⅰ)灰分熔融对煤焦气化反应的影响

在900～1500℃灰分的熔融温度范围内和常压下,研究了煤焦与二氧化碳的气化反应。实验研究发现,活化能随气化过程而变化,除反应初期外,气化反应严重受内扩散过程的影响。高温下的煤焦气化存在一个特性温度,在该温度下,反应中、后期气化速率显著降低,其影响范围在特性温度上下约200～300℃。特性温度与煤种及灰分性质等因素有关,一般低于其相应灰分的软化点温度。     

制焦温度和停留时间对煤焦气化反应性的影响

煤焦的制备对煤焦的气化反应性有着明显的影响．研究了新汶煤在温度分别为800℃，700℃，600℃和停留时间分别为60min，30min，20min，10min下制得的焦样与C02进行（在终温为1200℃下）不等温气化反应性．通过比较发现，在终温为800℃，700℃，600℃下停留时间为60min时煤焦的气化转化率都是最高的，分别为0．982，0．977和0．998，可见停留时间为60min，制焦温度分别为800℃，700℃，600℃对于新汶煤焦的气化转化率的影响并不是很明显．同时也发现半焦的气化反应性呈现先增后减的趋势，在停留时间为60min时到达最大，并且在800℃时气化反应性是最高的，可见在800℃下停留时间为60min制焦是合适的．用扫描电镜实验手段观察了新汶煤焦形貌结构，发现有较多的“斑点”和微孔，这些“斑点”和微孔在气化中起着活化中心的作用．     

煤焦气化过程中的分形特征

将分形理论的概念应用到煤焦气化研究中 .煤焦气化过程孔结构参数间的变化规律符合一定的分形关系 ,气化速率越大 ,分形维数也越大 ,但是分形理论并不适用于所有煤焦气化过程研究 ,只有那些孔容积绝大部分由中小孔构成的煤焦才符合分形规律 .     

压力对热解煤焦结构及其燃烧反应性的影响

加压富氧燃烧被认为是一种更加高效清洁的第2代富氧燃烧技术而备受关注。热解作为煤燃烧的第1步,不同的热解条件(压力、气氛、升温速率等)将直接影响煤焦的物理和化学结构,导致其燃烧反应性的差异,目前加压富氧燃烧条件下,煤焦反应性与结构性质之间的关联研究鲜见报道。自主设计并建立了一套加压聚光光热快速升温试验平台,最大升温速率可达80℃/s,选用红沙泉(HSQ)和五彩湾(WCW)2种准东煤,制备了不同压力(常压～1.5 MPa)及热解气氛(N_2、CO_2)下的煤焦,采用比表面积分析仪、拉曼分析仪、热重分析仪等表征手段考察了压力及热解气氛对煤焦的结构特性及其燃烧反应性的影响。结果表明,在惰性N_2气氛下,HSQ和WCW煤在压力1.5 MPa时的煤焦产率较常压下分别增加了3.54%和10.49%;在CO_2气氛下,HSQ煤在压力1.5 MPa时的煤焦产率较常压下降低了16.40%,煤焦产率在2种气氛下随压力的改变呈相反趋势。N_2气氛下,随着压力从常压增至0.4 MPa, HSQ/WCW煤焦的比表面积增加,从24.20/14.85 m~2/g增至26.27/46.19 m~2/g,但压力继续增至1.5 MPa时,HSQ/WCW煤焦的比表面积呈下降趋势,从26.27/46.19 m~2/g降至21.21/39.46 m~2/g;相同压力下,CO_2气氛下制备的煤焦孔隙结构更发达,常压和1.5 MPa压力时,CO_2气氛下制备的HSQ煤焦比表面积分别为N_2气氛制备煤焦的6.46和9.03倍,这也是CO_2气氛下制备的HSQ煤焦燃烧反应性优于N_2气氛煤焦的主要原因。随着压力增加,2种气氛下,2种煤焦拉曼光谱分峰拟合计算得到的I_((GR+VL+VR))/I_D值均逐渐下降,煤焦的化学结构趋于更加稳定,这也使得高压下制备煤焦的燃烧反应性下降。但相同压力下,CO_2气氛下制备的HSQ煤焦I_((GR+VL+VR))/I_D值低于N_2气氛制备的HSQ煤焦,高压下由于CO_2与焦炭的气化反应增强,消耗更多的无定形碳,2种气氛的I_((GR+VL+VR))/I_D差异更明显,但由于物理孔隙结构差异的主导作用,使CO_2气氛下制备的HSQ煤焦燃烧反应性更好。可见,煤焦的燃烧反应性受其物理结构和化学结构的共同影响。     

升温速率及水蒸气分压改变对神华煤焦及其显微组分焦气化反应性的影响

用非等温热重法考察了神华煤焦及其显微组分富集物焦的水蒸气气化反应,分析了升温速率、水蒸气分压改变对煤焦及其显微组分富集物焦气化反应性的影响。利用最大反应速率和半衰期两种方法评价了所选样品的气化反应性。结果表明：对神华煤而言,在相同的气化反应条件下,当升温速率和水蒸气分压发生改变时,其气化反应性顺序均为,镜质组富集物焦〉原煤焦〉惰质组富集物焦。     

CaO及灰分对煤焦CO2气化特性的影响

煤气化是煤炭清洁利用的有效技术之一.通过添加催化剂可以提高气化反应活性.在自行搭建的热重实验台上研究了CaO作为催化剂对原煤热解过程的影响.此外还通过脱灰法研究了煤中灰分对气化过程的影响.结果表明:CaO对煤焦热解过程有影响,热解前添加催化剂所得焦样比热解后添加的气化反应活性更高;煤中灰分对气化过程有影响,不同煤种灰分的影响有区别.