一种褐煤热解煤焦的CO2气化反应特性

针对褐煤的热解-部分气化-残炭燃烧梯级利用工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700℃～950℃温度范围内分别制备快速和慢速热解煤焦,考察了煤焦微晶结构和比表面积随制焦条件的变化.利用热重-质谱联用技术研究煤焦CO2气化反应特性,并采用不同评价指标对煤焦气化活性进行了表征.结果表明:气化温度每升高50℃,煤焦CO2气化反应速率增加50％以上;热解温度升高,虽然煤焦微晶结构的有序化程度加深,比表面积减小,但煤焦CO2气化反应活性主要受气化温度影响;快速热解煤焦的CO2气化反应活性高于慢速热解煤焦,二者的差异随着气化温度升高而增大;表征煤焦CO2气化活性的平均比气化速率和反应性指数存在线性关系.     

低灰熔点无烟煤煤焦与CO_2催化气化特性研究

利用碱金属碳酸盐作催化剂,对低灰熔点无烟煤煤焦与CO2的催化气化反应活性进行研究.结果表明,反应活性主要受温度、催化剂种类及担载量的影响,催化活性顺序为:K2CO3Na2CO3Li2CO3,煤焦的反应活性随着催化剂担载量的增加而提高;在反应过程中,催化剂与煤焦中的物质会发生一定程度的反应,生成不溶性盐;煤焦的比表面积会随着催化剂担载量的增大而减小,但催化活性反而增强,其主要受到催化剂提供的反应活性中心的影响.     

高灰煤焦气化活性及其动力学模型

在等温条件下进行了贺西煤焦的CO2气化实验,考察了灰分对煤焦气化特性的影响,分析了煤焦的碳微晶结构.结果表明,相同制焦条件下,原煤焦(RC)、精煤焦(CC)、尾煤焦(TC)及脱灰煤焦(DC)的石墨化度顺序为DC>CC>RC>TC,对应的气化活性为TC>RC>CC,说明灰分抑制煤焦石墨化,并在一定程度上提高了煤焦的气化反应活性;在反应初始阶段,高灰煤焦(灰分含量≥48.47%)的气化活性较高,气化活性指数Rs(TC)=1.304Rs(RC)=2.421Rs(CC),反应后期随灰层阻力增加,气化活性逐渐降低;受扩散控制的三维扩散模型能较好地反映高灰煤焦的气化过程,而低灰煤焦的气化过程则可通过受化学反应控制的收缩核模型描述.     

不同影响因素对煤焦气化特性的影响

为了消除内、外扩散对煤焦气化反应的影响,通过热重分析仪进行了3种煤焦的气化反应实验,气化剂为CO2.研究了焦样粒径大小、焦样质量和气化剂流量对气化反应的影响,最终确定消除内、外扩散时的实验条件.此外还研究了气化温度对煤焦气化过程的影响.根据实验结果选取了3种动力学模型进行拟合,选取最适合描述气化反应的模型.结果表明:煤焦粒径对气化反应没有影响;随着煤焦质量减少,煤焦气化活性增加,但煤焦质量降低至一定值后气化活性不再变化;随着CO2流量增加,煤焦气化活性增加,但CO2流量增加至一定值后气化活性不再变化.混合反应模型最适合描述煤焦的气化反应过程.     

酒糟与煤焦在CO2气氛下的共气化特性

利用固定床反应器研究了酒糟和煤焦在CO2气氛下的共气化特性,考察了实验样品的孔隙结构、表面元素组成及灰分矿物组成. 结果表明,酒糟和煤焦在CO2气氛下共气化过程中存在协同作用,产气中除CO2外,主要产生CO, H2和CH4气体,且在酒糟掺混比例为80%时浓度最高. 气化反应温度和酒糟掺混比例是影响共气化反应的主要因素,酒糟掺混比例相同时,900?1100℃范围内随温度升高,共气化反应活性提高;温度相同时,20%?80%范围内随酒糟掺混比例增加,共气化反应活性增大. 酒糟含69.47%挥发分,且在气化过程中产生大量孔隙及酒糟和煤焦中分别含K和Ca元素对共气化反应起催化作用,是共气化反应活性提高的主要原因.     

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.     

煤焦加压化学链气化反应特性和机理

采用机械混合法制备的Fe₂O₃/膨润土为载氧体,在加压固定床中进行煤焦化学链气化试验和动力学研究,借助拉曼和N₂吸附等温线表征手段,分析压力对煤焦反应活性及煤焦碳结构和孔结构的影响,讨论煤焦加压化学链气化反应机理。结果表明：系统总压从0.46MPa增加至0.80MPa时,煤焦化学链气化反应速率从0.0159min^-1提高至0.0309min^-1;水蒸气分压增加75%,H₂/CO摩尔比值增加74%。煤焦加压化学链气化过程可以用随机孔模型（RPM）描述,系统总压增加有利于内部扩散。系统总压增大煤焦的比表面积增加,水蒸气分压增大煤焦的反应活性提高,因而提高了煤焦化学链气化反应速率。     

压力对煤焦CO_2气化反应动力学参数的影响

采用自制的加压固定床微分反应器对加压下(达到2.0 MPa)的煤焦CO2气化动力学进行了研究分析。研究了总压和CO2分压及煤种对煤焦CO2气化反应速率的影响,分析讨论了压力对n级速率方程和L-H速率方程应用于煤焦气化反应动力学的影响。研究结果表明:均相动力学模型更适合HLH褐煤焦CO2气化反应过程,而随机孔模型更适合SM烟煤焦CO2气化反应过程;总压一定时2种煤焦CO2气化反应速率随CO2分压增大而增大,CO2分压一定时,煤焦CO2气化反应速率随总压增大而减小;对于n级速率方程,CO2分压指数随总压增大而减小,对于L-H速率方程,速率常数k1随总压增大而减小,同时速率常数k3随总压增加而增大。为了便于预测加压下煤焦CO2气化速率,文中提出了一种简单实用的经验速率方程式。     

不同粒径褐煤的热解特性及煤焦结构

以内蒙褐煤为研究对象,于固定床反应器上,考察了粒径对褐煤热解过程中的产气率以及各气体组分含量的影响,通过XRD以及物理吸附等手段研究了热解后各煤焦的微观结构特性,并采用热天平探讨了不同粒径煤焦水蒸气气化反应活性的差异.研究表明,当原煤粒径增大,原煤热解产气率有所下降;对于各组分,CO,H_2,CH_4含量均随原煤粒径增大而减小,但CO_2呈相反趋势.对于粒径越大的原煤,由于挥发分脱除不够完全,生成的煤焦碳化程度较低,使得煤焦石墨化程度越低,比表面积也越小;另外,不同粒径煤焦的水蒸气气化反应活性随着粒径的增大而明显降低.     

CaCO_3对无烟煤煤焦气化反应活性的影响

以贵州无烟煤为研究对象,利用固定床反应装置研究了CaCO_3对煤焦-CO2气化反应活性的影响,对煤焦结构和CaCO_3在反应过程中的物相变化及煤焦的表面形貌进行了分析,考察了制焦方式、气化反应温度、CaCO_3添加量等因素对气化活性的影响.结果表明,先制焦再添加CaCO_3所得煤焦比先添加CaCO_3再制焦所得煤焦的气化活性高,无烟煤的气化活性随CaCO_3添加量增加而增大,但添加量大于3.5%(w)后气化活性变化不大;制焦和气化反应过程中,CaCO_3与煤中的其它物质反应转变为Ca S和Ca Al2Si2O8.     

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.     

Volatilisation and catalytic effects of alkali and alkaline earth metallic species during the pyrolysis and gasification of Victorian brown coal. Part VIII. Catalysis and changes in char structure during gasification in steam

The purpose of this study is to investigate the major factors influencing the Na-catalysed and non-catalysed gasification reactivity of a Victorian brown coal in steam. An acid-washed (H-form) sample and a Na-exchanged (Na-form) sample prepared from the same Loy Yang brown coal were gasified in 15% steam in a novel two-stage fluidised-bed/fixed-bed reactor. All C-containing species in the gasification product gas were converted into CO₂ that was monitored with a mass spectrometer continuously to determine the in situ gasification reactivity. While the volatile-char interactions were responsible for the volatilisation of Na when the coal was continuously fed into the reactor, the physical entrainment by gas of agglomerated Na-containing crystalline species (likely to be Na₂CO₃ or Na₂O) from char surface was the main mechanism for the loss of Na during char gasification. The Raman spectroscopy of char showed the preferential release of smaller aromatic ring system to be more significant during the non-catalysed char gasification than the Na-catalysed gasification. The dispersion of Na in char appeared to deteriorate with the enrichment of large aromatic ring systems in char, greatly affecting the char gasification reactivity. The char gasification reactivity showed a maximum with increasing conversion with the maximum to shift towards lower conversion with increasing temperature. Increasing temperature does not always lead to increases in the in situ char gasification reactivity.     

Influence of coal preoxidation and the relation between char structure and gasification potential

A study was carried out to ascertain the effects of coal preoxidation and carbonization conditions on the structure and relative gasification potential of a series of bituminous coal chars. Chars were prepared from two freshly mined bituminous coals and preoxidized samples derived from them. Carbonization conditions included a wide range of heating rate (0.2–10000K s^?1), temperature (1073–1273 K) and time (0.25–3600 s). Char properties were characterized in terms of analysis of char morphology, surface area, elemental composition, and gasification reactivity in air. Over the range of conditions used, preoxidation substantially reduced coal fluid behaviour and influenced macroscopic char properties (char morphology). Following slow heating (0.2 K s^?1), preoxidized coals yielded chars having higher total surface areas and higher reactivities toward gasification in air than did similar chars prepared from fresh coal. Following rapid heating (10000 K s^?1) and short residence times (0.25 s), chars prepared from preoxidized and fresh coals exhibited similar microstructural and chemical properties (surface area, $\text{C}\text{H}$ ratios, gasification rates). Carbonization time and temperature were found to be the critical parameters influencing char structure and gasification potential.     

Comparison of steam-gasification characteristics of coal char and petroleum coke char in drop tube furnace

The steam-gasification reaction characteristics of coal and petroleum coke (PC) were studied in the drop tube fur-nace (DTF). The effects of various factors such as types of carbonaceous material, gasification temperature (1100–1400 °C) and mass ratio of steam to char (0.4:1, 0.6:1 and 1:1 separately) on gasification gas or solid products were investigated. The results showed that for al carbonaceous materials studied, H2 content exhibited the larg-est part of gasification gaseous products and CH4 had the smal est part. For the two petroleum cokes, CO2 content was higher than CO, which was similar to Zun-yi char. When the steam/char ratio was constant, the carbon con-version of both Shen-fu and PC chars increased with increasing temperature. When the gasification temperature was constant, the carbon conversions of al char samples increased with increasing steam/char ratio. For al the steam/char ratios, compared to water gas shift reaction, char-H2O and char-CO2 reaction were further from the thermodynamic equilibrium due to a much lower char gasification rate than that of water gas shift reaction rate. Therefore, kinetic effects may play a more important role in a char gasification step than thermodynamic ef-fects when the gasification reaction of char was held in DTF. The calculating method for the equilibrium shift in this study wil be a worth reference for analysis of the gaseous components in industrial gasifier. The reactivity of residual cokes decreased and the crystal layer (L002/d002) numbers of residual cokes increased with increasing gasification temperature. Therefore, L002/d002, the carbon crystallite structure parameter, can be used to evaluate the reactivity of residual cokes.     

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。     

Fe/赤泥催化水蒸气气化煤焦的反应性与微结构特性

利用固定床反应器和自制Fe/赤泥（RM）、RM催化剂,进行了900℃煤焦/催化剂不同质量比的水蒸气气化实验,并采用原位红外（FTIR）、物理吸附仪（BET）、拉曼光谱（Raman）等测试手段,分析了催化气化过程中不同阶段煤焦的气化反应性、表面官能团、孔隙结构和碳微晶结构的演变规律。结果表明,Fe1/RM2催化剂可显著提高煤焦-水蒸气的气化反应性。在Fe1/RM2/煤焦-水蒸气反应过程中,煤焦表面形成-CH₂、-COOH、酚羟基等活性官能团并与Fe1/RM2活性组分相互作用,形成新的小分子基团或化合物;煤焦的比表面积先增大后减小（6.98～323.22m²/g）,平均孔径呈现相反的变化趋势（2.91～11.25nm）;碳有序化程度先降低后提高,碳转化率为36%煤焦中无定形碳的相对含量最高（0.371）。在煤焦-Fe1/RM2-水蒸气反应初期（X_C<36%）,煤焦表面活性基团增多、比表面积增大、有序化程度降低,综合提高了煤焦-水蒸气气化反应性;降低36%≤X_C≤62%阶段的碳有序化程度,对煤焦气化反应性的提高具有显著意义。     

平顶山高灰熔融性温度煤的气化反应性研究

介绍了平顶山地区有代表性的7种煤样在800℃～1 200℃下,其脱灰煤焦-CO2气化反应活性的实验,主要考察了煤种、灰含量及粒径对煤焦反应性的影响,实验结果表明:煤种对煤焦-CO2气化反应有明显影响;煤中灰分对煤焦气化反应的影响主要表现在两个方面,一是灰成分对煤焦气化反应的催化作用,二是灰熔融性影响煤焦气化排渣行为。脱灰既可以除去煤焦中具有催化作用的矿物质,又可以增大煤焦的内表面积。     

低阶碎煤有氧热解制备兰炭的工艺条件

以流化石英砂为介质,研究了热解温度、O2浓度、原煤停留时间及粒径等流化条件对由小粒径低阶碎煤所制半焦的理化性质的影响. 结果表明,1~13 mm小粒径低阶煤在热解温度大于850℃及O2浓度、热解时间分别不低于3%(j)和120 s的条件下,可制得固定碳含量高于82%(w)、挥发分含量低于7%(w)的兰炭. 热解温度由650℃升至950℃,碳晶格的微晶晶面间距(d002)由0.383 nm减小至0.372 nm,半焦晶格的有序化程度增加. 氧气浓度为7%(j)时,半焦的比表面积最大,为242.71 m2/g,同时氧化反应活性也最大. 延长有氧气氛下的热解时间,半焦孔隙结构因烧蚀而坍塌,半焦的比表面积和活性降低.     

TPD技术在煤／半焦气化研究中的应用

本文综述了近年来国外用程序升温脱附(TPD)技术在煤／半焦气化研究中的应用，着重讨论了担载金属半焦在含氧气化剂作用下碳-氧-金属之间的相互作用，H2O和CO2脉冲气化后的TPD可以分析担载不同金属盐类后脉冲气化所生成的H2，CO和CO2．一般来说。随担载金属量的增加．其反应掉的H2O和CO2量增加，生成的CO和H2增加。从碳和CO2及H2O的气化反应的氧平衡可以求出在反应过程中吸附在试样表面的氧量，由表面含氧络合物的形态和含量可以分析碳和金属与氧的相互作用，氧迁移机理及催化活性的大小等重要问题。