无烟煤与烟煤配煤气化反应特性的研究

利用固定床反应装置,以CO_2为气化剂研究了无烟煤和烟煤配煤气化反应的特性,考察了反应温度(900℃~1 100℃)和掺混量对气体产物及CO_2转化率的影响,采用SEM对煤焦表面进行分析。结果表明:烟煤焦的孔隙结构比无烟煤焦发达,在相同温度下,烟煤焦气化活性高于无烟煤焦。混煤的气化活性近似线性增加,在无烟煤中配入烟煤可以有效地改善煤质,提高气化活性。     

CO2与H2O对煤炭急速气化反应活性的 影响分析

为探讨煤气化反应过程中合成气CO和碳氢化合物(HCs)的产量,以及水对煤气化反应活性的影响,应用自制的CO_2激光束以200℃/s的急速加热系统在CO_2富集环境中(O_2浓度≤10%),通过改变实验的升温速率、氧气浓度及煤样润湿度等条件,进行了煤的气化与燃烧特性实验。实验结果表明:在煤的气化与燃烧过程中,随着加热温度的升高,煤样的质量损失与合成气的产量不断增加,且煤样的质量损失与转化气体环境之间的关系为Air富CO_2富N_2;在富CO_2气体环境中,随着加热温度的升高,O_2浓度5%环境的CO气体和HCs气体的产量相对较大;此外发现CO气体生成量相对降低,而HCs生成量相对增加,这一结果表明煤在CO_2富集气体环境的气化燃烧过程中,CO气体的生成主要依赖于O_2浓度,而HCs的生成则主要依赖于H_2O。     

煤焦的高温高压反应动力学

采用不同压力、温度条件下制得的快速热解煤焦作为样品,使用热重分析仪在常压下进行煤焦-纯CO_2气化反应动力学测试,得到本征反应速率。采用Thiele模数表征反应/扩散相对强弱,并预测煤焦在高温高压反应中内扩散和本征反应对表观反应速率的影响。常压下制得的煤焦,随制焦终温的上升,煤焦的表观气化反应速率减小,而随制焦压力的上升,煤焦表观气化反应速率增大。随反应温度的升高,Thiele模数逐渐增大,表观反应从动力学控制区域逐渐进入内扩散影响过渡区域;增大反应压力(CO_2分压)可以使Thiele模数减小。增大制焦压力能够使煤焦气化反应的Thiele模数减小,使表观反应进入动力学控制区域,而制焦温度对Thiele模数影响较小,无明显规律。煤焦的平均孔径越小,在相同反应温度下,反应更容易进入内扩散影响过渡区域(Thiele模数Φ0.4)。     

CO_2和H_2O混合气氛下碱金属催化剂对神木煤气化性能的影响

为了考察神木煤同时在碱金属催化条件下,以及CO_2和H_2O的混合气氛下的催化气化特性,通过在线测量技术在管式炉内研究了H_2O和CO_2的混合气氛下CaCl_2和K_2CO_3作为催化剂对煤气化气相产物及速率的影响。结果表明:800℃时神木煤在H_2O和CO_2混合气氛下催化气化,H_2O浓度较大或CO_2浓度较大的气氛下有利于H_2或CO的生成,但在50%H_2O+50%CO_2气氛中,气化率和单位煤气化气体热值最低,分别只有88%和20 MJ/kg。CaCl_2和K_2CO_3对神木煤的气化具有非常强的催化作用,能提高神木煤的气化产量、反应速率以及产气热值。其中,K的催化能够延长高反应速率的持续时间,提高气化率约5%。而Ca能较大程度地提高前期气化速率近50%,并提高产气热值46%。     

煤焦加氢气化反应特性实验研究

采用热重-气相色谱对府谷烟煤在Ar/H_2/CO_2气氛下进行连续的热解和气化反应。结果表明:与CO_2气化反应相比,H_2气氛下煤焦中活性位的反应具有重要贡献,使煤焦的加氢气化反应呈现初始活性位的快速加氢气化和随后焦炭的缓慢加氢气化2个过程;煤焦中参与加氢气化反应的活性位会在Ar气氛和高温下失去活性,当失去活性位的煤焦置于H_2气氛时呈现缓慢的焦炭加氢气化过程。     

微波加热下几种金属对褐煤焦气化的影响

煤气化是重要的洁净煤技术之一,可将固体燃料转变为便于运输的气体燃料,同时减少煤焦直接燃烧带来的环境污染。以硝酸钾、硝酸钠、硝酸铁、硝酸钙为催化剂,褐煤半焦为气化原料,微波为能量输入源,研究了微波条件下不同金属离子对煤焦气化特性的影响。     

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。     

影响煤气化反应性的关键因素

简述了煤气化技术在煤化工领域中的地位及其发展趋势;详细分析了影响煤气化反应性的关键因素,包括煤本身性质、热解条件和气化条件。结果表明:煤阶越高、孔隙结构越不发达、热解条件越苛刻,煤的气化反应性越低;煤中的K、Ca、Mg和Fe等组分对气化反应具有催化作用;高温、加压和水蒸气利于煤气化反应的进行。从现有研究来看,对多种煤在高温、高压下的水蒸气和CO2气化反应性仍缺乏深入的认识,值得进一步研究。     

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。     

热重法研究煤焦H2O气化反应动力学

利用热天平实验装置对霍林河、义马、兖州、平朔、神华、大同6种煤焦进行了水蒸气气化反应性实验，实验温度为850～1050℃．通过对实验数据处理，取得了6种煤焦的反应动力学参数等，利用这些参数对煤焦水蒸气气化的反应活性进行分析比较后得出，温度是影响煤焦气化活性的因素之一，对同一煤焦而言，其碳转化率、反应速度常数、反应性指数和平均比气化速率等这些表征煤焦的气化反应性的参数，均随温度的升高而增加；6种煤焦的反应活性顺序为：霍林河、义马、神华、兖州、大同、平朔．     

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.     

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%。     

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。     

水蒸气对O2/CO2气氛下煤焦燃烧特性的影响

在热重分析仪上进行O2/CO2/H2O气氛下淮北烟煤煤焦与内蒙古褐煤煤焦的燃烧实验,分析水蒸气浓度、氧气浓度等参数对煤焦燃烧特性的影响,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,在相同氧浓度下,水蒸气的存在使煤焦的DTG曲线峰值向低温区偏移,着火温度、燃烬温度降低。褐煤煤焦综合燃烧特性指数升高,但烟煤焦综合燃烧特性指数先降低后升高,这主要是由水蒸气的低摩尔比热容及水蒸气与煤焦的气化反应共同决定的。在相同水蒸气浓度下,烟煤焦与褐煤焦综合燃烧指数随氧浓度的升高而增大,着火温度、燃烬温度均降低,表明提高氧浓度可改善O2/CO2/H2O气氛下煤焦的燃烧特性。     

煤加氢热解及热解焦气化特性试验研究

为给输运床气化试验提供基础数据,采用加压滴管炉反应装置,以次烟煤为研究对象,研究了不同温度、不同压力、不同反应气氛下煤的热解产物特性,并分析了不同热解条件对煤焦结构、基础物化性质及其CO_2气化反应性的影响。结果表明:氢气气氛热解产物中CH_4、C_2H_4的产率超过氮气气氛条件下的3倍,且对煤焦剩余挥发分的影响不大,反应气氛对于失重率的影响因温度而异,600~800℃下常压加氢工况煤的热解失重率相比惰性气氛下更小,总压0.5 MPa含氢气氛则比惰性气氛下的失重率更大。对于热解焦的气化活性,常压加氢工况制得的热解焦,其气化活性高于氮气气氛热解焦,而加压工况的气氛是否含氢对气化活性的影响不显著,氢气与煤的反应主要表现为甲烷化反应,加氢工况提高了热解焦的孔比表面积和孔体积,但对煤焦的化学结构影响很小。     

煤焦气化反应及硫的析出特性分析

对来自河津、伊泰及灵石的3种煤焦与CO2和水蒸气在气化反应中的反应特性及硫的析出特性进行了研究,并对气化硫析出的2种主要产物H2S和COS进行监测分析。结果表明:在CO2气氛和水蒸气气氛中3种煤焦的气化反应性由大到小依次为伊泰煤焦、灵石煤焦、河津煤焦,且随着气化温度的升高煤焦的气化反应性增加,同时由于水蒸气要比CO2气化反应产生活性位的数量多,使得煤焦的水蒸气气化反应性高于CO2气化反应性。在CO2气化过程中,由于生成的CO气体量多,煤焦中的硫大部分以COS的形式逸出到气相中,几乎没有H2S生成;而在水蒸气气化过程中,煤焦中的硫以H2S形式逸出到气相中,没有检测到COS的生成,这主要是因为在还原剂存在的条件下煤焦中各种形态的硫都可被还原为H2S。     

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．     

水蒸气对煤焦低氧体积分数燃烧砷释放的影响

煤燃烧过程中痕量元素排放的研究已成为燃煤污染中的一个新兴前沿领域。特别是一些易挥发元素或化合物,它们排放进入大气,成为环境污染的一个重要来源。其中最易挥发的痕量元素砷引起人们的广泛关注。选取清水沟煤焦,利用自制的恒温燃烧实验台,研究了5%氧体积分数下煤焦在800,1 000和1 200℃燃烧过程中水蒸气对砷释放的影响。通过改变不同停留时间,并进一步探究水蒸气在不同温度、不同粒径下对砷释放特性的影响,得出煤焦燃烧过程中砷释放比例随时间的变化曲线。实验结果表明:水蒸气对煤和煤焦中砷释放的影响是同步的,水蒸气主要是与焦炭发生气化反应促进了煤焦中砷释放进而影响了煤中砷释放;燃烧气氛中水蒸气对煤焦燃烧砷释放具有一定的促进作用,原因是低氧下水蒸气与煤焦发生了气化反应,提高了砷的释放速率并增加最终的释放比例,但促进作用随着水蒸气体积分数的增加逐渐减弱;不同温度下,水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进存在差异,1 000℃下水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进作用较800℃和1 200℃下更明显;在同一条件(温度和气氛)下,煤焦粒径越小,砷的最终释放比例越大,且砷释放峰值对应的温度随着粒径的减小向低温区移动;气氛中含20%水蒸气时,煤焦燃烧砷释放的表观活化能和频率因子均大于气氛中不含水蒸气。     

二氧化炭气氛下贵州高灰熔融性半焦气化特性研究

高灰熔融性半焦在中低温度及二氧化炭(CO_2)气氛下的气化特性及动力学参数研究,可为探索其在固定床和流化床气化炉的利用提供基础数据支撑。采用常压热天平,研究了气化温度、CO_2含量及煤种对贵州典型高灰熔融性半焦与CO_2气化反应性的影响,采用混合反应模型对实验数据进行处理,求取动力学参数。结果表明:气化温度的提高可加快半焦的气化反应速率,明显缩短气化反应时间;提高气化剂中CO_2的含量,可提升半焦的反应性,但当CO_2含量大于50%后效果不明显;不同半焦的反应性差别较大,3种半焦的反应性顺序由高到低依次为:MJ1MJ3MJ2;同一CO_2含量下,贵州典型高灰熔融性半焦(MJ1)的反应性指数均随温度的升高而显著增大,同一温度下,CO_2浓度在30%～50%时其反应性指数基本随CO_2含量的增加而增大,CO_2浓度由50%增至60%时其反应性指数稍有降低;在气化温度1 123 K-1 373 K,贵州典型高灰熔融性半焦(MJ1)与CO_2反应的反应级数介于0.160 7～1.606 2,活化能介于262.76 k J/mol～283.58 kJ/mol。     

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。