混合气氛下褐煤热解特性的实验研究

在模拟煤地下气化过程中气化剂参与状态的条件下,采用卧式干馏炉进行褐煤恒温热解,对乌兰察布褐煤在单一气氛(N_2、CO_2及H_2O)及混合气氛(CO_2/N_2、H_2O(g)/N_2)下的原煤热解特性进行研究,综合分析了温度和气氛对原煤热解特性的影响。研究结果表明:在单一和混合气氛下,热解气氛对半焦产率的影响较小,其变化趋势基本相似;热解气氛中的H_2O有利于焦油的生成;混合气氛下水产率一般要大于单气氛;对于煤气组分,当热解终温升高时,H_2浓度随着H_2O与C的还原反应速率的增大而不断升高,高达60%;升温有利于混合气氛下CH_4的析出和CO浓度的提高,分别达到22%和45%;对于烃类组分,单气氛下的烃类气体浓度大于混合气氛,这是由于混合气氛与热解产物进行化学反应,破坏了烃类分子结构。     

CO_2/H_2O气化反应作用下煤恒温富氧燃烧特性

利用自制恒温热分析系统研究了不同气氛中(O_2/N2,O_2/CO_2和O_2/H2O_/CO_2)煤粉在温度(800~1 200℃)和氧气体积分数(2%~21%)范围内的燃烧行为,主要关注CO_2/H2O_气化反应作用下的燃烧特性。结果表明:在800℃时,大同烟煤在O_2/N_2中相对O_2/CO_2较快的燃烧速率主要源于N_2和CO_2物性的差异。温度升高到1 000℃进而到1 200℃,CO_2气化反应影响增强,大同煤在O_2/CO_2中整体反应速率逐步接近并超过O_2/N_2中的燃烧速率。但是当氧气体积分数超过10%后,气化反应影响减弱,大同煤在O_2/CO_2中的反应速率又逐渐落后于O_2/N_2中。因为H_2O比热和氧扩散能力介于N_2和CO_2之间,在气化反应作用之前,大同煤在O_2/CO_2/H_2O中的燃烧速率低于O_2/N_2而高于O_2/CO_2。在2%氧气体积分数下,温度的升高强化了CO_2/H_2O协同气化的影响,使得大同煤在O_2/H_2O/CO_2中的整体反应速率始终要高于O_2/CO_2中;但是氧气体积分数增加到10%后,协同气化作用减弱,导致大同煤在3种气氛中的反应过程较为接近。与大同烟煤相比,阳泉无烟煤在气化反应作用下的整体反应速率增幅更加明显,说明气化对高阶煤反应过程改善可能更为显著。     

准东煤水蒸气/氢气常压混合气化研究

为探索准东煤的煤气化反应特性,采用固定床反应器对准东煤在水蒸气/氢气气氛下进行气化实验研究,得到准东煤在850～950 ℃下的混合气氛气化反应特性与气体释放规律。结果表明,水蒸气的引入能明显提高气化反应前期的反应速率和碳转化率,同时会抑制CH4的生成。煤的气体释放过程可以分为2个阶段:第1阶段的反应速率较快,而第2阶段的反应速率受气氛影响明显。采用拉曼光谱分析对残焦结构进行了分析,结果表明,水蒸气的引入会更彻底地将反应官能团消耗掉,同时也会加快煤焦的缩聚反应和惰性化,使气化反应性在第2阶段降低的更快。这主要是由于混合气氛导致气化反应平衡和孔内反应界面发生变化。通过调整反应气氛中不同组分的比例,可以在一定范围内调整合成气的成分。     

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。     

不同催化剂对准东煤的催化气化特性对比研究

为掌握低温750℃条件下准东煤的催化气化特性规律,采用差示扫描量热与热重分析仪,通过确定适宜的CO_2气体流量、煤焦质量和颗粒直径,研究分析了准东煤在低温、微量催化剂及其不同加载方式下的催化气化特性。结果表明:低温下,准东煤在微量催化剂条件下完成催化气化过程,催化剂添加量增加,反应速率加快,催化效果更强;催化剂加载方式不同,催化效果不同,对Ca(OH)_2而言,催化效果高温高压法浸渍法研磨法;对K_2CO_3而言,催化效果研磨法高温高压法浸渍法;相同加载方式条件下,当催化剂添加量小于1.70%(质量分数)时,Ca(OH)_2催化效果优于K_2CO_3;当催化剂添加量大于3.20%时,Ca(OH)_2催化效果弱于K_2CO_3,这很可能与煤中的活性位点等因素有关。     

不同载气气氛下煤样热解特性及其动力学参数研究

为了向固定床热解烟煤制备高值燃料的工业放大提供基础数据,采用热重分析仪(TG)和热重质谱联用分析仪(TG-MS)对比研究了N_2、CH_4、CO_2、H_2以及CO_2+CH_4混合气氛下陕西榆林烟煤热解特性及动力学参数变化规律。在此基础上,采用TG-MS研究了不同热解气氛下气体产物的释放规律。实验结果表明:煤样的热解大致可分为三个阶段,第一阶段温度区间为室温～388℃;第二阶段为388～605℃,第三阶段为605～1000℃。N_2、CO_2+CH_4混合气氛下达到最大释放强度在505℃左右,而在H_2、CH_4和CO_2气氛下CH_4最大析出强度峰向高温段推移,且CO_2气氛下CH_4最大析出温度推移最多。由于在CO_2气氛下煤样与CO_2发生气化反应过程中涉及的反应较多,因此热解反应第二阶段和第三阶段,采用二级反应(n=2)和三级反应(n=3)可以更好的描述煤的热解过程。     

提高小氮肥造气能力的有效途径

催化气化属于第三代煤气化技术,它的主要优点是能够明显加快气化反应速率,从而大大提高气化炉的生产能力。所以,近百年来许多学者对其进行了大量的试验室内的研究工作,评价了许多催化剂,一般认为K_2CO_3是活性最高的催化剂。因此,美国EXXON公司在气化过程开发装置上,以K_2CO_3为催化剂进行了放大试验。然而,到目前为止还没有人进行过催化气化的工业性试验。     

不同煤气化时硫酸钾和硫酸亚铁复合催化剂的研究

在加压固定床微分反应器中,以四种气煤为原料,在氧化和还原气氛条件下研究了硫酸钾和硫酸亚铁复合催化剂。该催化剂在氧化条件下催化活性优于单独使用硫酸钾或硫酸亚铁,对于高灰、高硫煤均得到了好的催化效果。在还原气氛条件下,不仅活性超过了硫酸钾和硫酸亚铁,而且甲烷选择性超过了碳酸钾,对于低灰和低灰高硫煤催化效果显著,但高灰分煤使催化剂钝化。在以水蒸气作气化剂时,产品气的主要成分为CO_2和CO(H_2),而以H_2或H_2/H_2O作气化剂时,产品气主要组分为CO和CH_4。     

京西无烟煤蒸汽催化气化

本文介绍了在800℃常压条件下的固定床反应器中,用KOH和K_2CO_3作催化剂,对京西无烟煤进行了蒸汽催化气化研究,碳的气化速率最多增加20—30倍。其次,催化剂的活性是按NaOH、CaCO_3和Na_2CO_3的顺序降低的。催化气化的产品气大约有62％H_2、32％CO_2、5％CO以及小于1％的CH_4。除去CO_2之后,能够生成富氢还原气,适合于煤炭液化和冶金工业使用,是一种很好的工业燃料气。     

黏结性烟煤的催化破黏与气化研究

以平顶山瘦煤和兖州气煤为研究对象,利用等体积浸渍法考察了NaCl、KCl、Na_2CO_3和K_2CO_34种碱金属盐类对黏结性烟煤的破黏和催化气化效果。结果发现碱金属对黏结性烟煤具有显著的破黏作用,实验所用4种催化剂对煤样的破黏效果依次为K_2CO_3Na_2CO_3KCl≥NaCl;当每克平顶山瘦煤添加0.001mol的K_2CO_3时,与原料煤相比其气化活性指数可以提高10倍以上。     

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。     

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。     

煤田火区氧化煤分阶催化气化及作用机理

煤田火区热量较大，火区高温会对周围煤体造成影响，在火区受到有效控制或蔓延至其他区域后，往往在火区边缘或邻近煤层形成数量较大的氧化煤。与原始煤炭相比，氧化煤热值低、灰分高，难以作为常规燃煤利用，目前多与优质煤混合利用，导致混煤整体燃烧热值降低且炉渣量增加，严重影响电厂锅炉运行效率。为了更好地利用氧化煤，实现资源利用最大化，提出了氧化煤的分阶催化气化思路，并提出使用价格低廉的膨润土作为高温阶段的催化芯材，通过分阶式催化剂分别实现氧化煤气化过程的初期快速活化和后期催化气化，从而实现氧化煤高效气化利用。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和孔隙分析表征氧化煤催化气化过程中关键结构演变特征，并利用热重质谱联用开展气化实验，通过特征参数分析气化前期和后期反应特点。结果表明：分阶式催化剂由外层K₂CO₃和内层膨润土构成，其表层K₂CO₃能明显促进氧化煤初期热解过程中孔隙结构的形成，在气化初期产生大量微孔结构，增加氧化煤与气化剂CO₂的接触面积，提高氧化煤反应活性；含Na⁺阳离...     

CO_2对煤焦气化特性影响实验研究

煤气化过程的主要影响因素为气化介质,目前常用的气化介质包括CO_2和H2O。随着煤炭高效利用技术的发展,煤气化介质研究开始受到重视。基于国内外研究现状,选取红沙泉烟煤为实验对象,采用立式固定床反应器对煤焦气化进行实验研究,分析了CO_2浓度和停留时间对煤焦气化特性的影响。研究表明:CO_2浓度越大,停留时间越长,煤焦产率越低。     

不同富氧条件下O_2/CO_2地下气化试验效果研究

为研究O_2/CO_2作为气化剂在褐煤地下气化过程中的气化效果,通过地下气化模型试验系统,分别对比了O_2/CO_2和O_2/Air这2种气化方式的炉内温度场分布、出口煤气组成以及污染物排放效果,并对O_2/CO_2气化方式所产生的CO_2减排量进行了计算。试验结果表明:高浓度CO_2的存在可以延长气化时间,使炉内温度场向垂直方向分布;含氧体积分数60%时,O_2/CO_2和O_2/Air气化速率相近,温度变化相似,并能获得最大的出口煤气热值;含氧体积分数为40%时O_2/CO_2气化可以获得最大的CO_2减排量,比O_2/Air气化减少燃煤量40%左右;在整个气化过程中,O_2/CO_2气化比O_2/Air气化可以显著降低H2S和NH3的排放量。     

小龙潭褐煤的热解特性研究

采用热重分析法,详细探究了小龙潭褐煤在不同条件下的热解特性,考察了热解温度、热解气氛和升温速率对褐煤热解过程的影响。实验结果表明:随热解温度的升高,热解产生的气体和焦油等挥发性组分产量不断增加,相应的半焦收率不断减小;当热解温度低于700℃时,褐煤在N_2和CO_2气氛下的热解特征一致,高于700℃时CO_2气氛下的失重速率明显加剧,焦收率明显偏低,主要由于碳与CO_2发生了气化反应;相比热解温度和热解气氛,升温速率对褐煤热解特征的影响较为有限。     

劣质瘦煤地下气化工艺试验研究

为实现高硫、高灰劣质瘦煤的地下连续气化,在羽状地下气化炉中,研究了空气、富氧、富氧-水蒸气气化剂条件下,出口煤气有效组分含量和热值的变化规律,研究了炉体坍塌高度与气化率的关系。结果表明:富氧体积分数大于80%时,劣质瘦煤地下气化可获得合格的化工合成原料气,φ(CO+H2)稳定在56%~65%,煤气热值9.2~10.9 MJ/m3;富氧-水蒸气气化时,水蒸气与O2体积比为1.5∶1~2.0∶1时可连续稳定气化,热值达9.2 MJ/m3,但煤气组分变化较大,空气气化效果不明显。炉体塌陷最深的地方在点火区,塌陷高度达250 mm,塌陷率50%,而出气口一侧的塌陷高度为0,说明出气口处煤层气化率相当低,为充分利用煤炭资源,需进行反向鼓风气化煤层,以提高煤层气化率。     

蒸汽煤比等因素对循环流化床煤气化过程的影响

以空气和水蒸气为气化剂,在循环流化床煤气化热态试验台上进行了神华、龙口和大同煤的气化试验,研究了蒸汽煤比和煤种对气化过程的影响。试验结果表明:随着蒸汽加入量的增加,床温和煤气热值下降,碳转化率基本保持不变,冷煤气效率基本保持不变或略有下降;龙口煤在加煤速率为10.08kg/h时取得了最高的冷煤气效率值53.96%,而神华煤在加煤速率为6.4kg/h时取得了最高的冷煤气效率值43.98%;煤的活性越高,可以取得的煤气化效率越高,煤气化炉的处理能力也越大。     

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。