KOH催化煤-CO_2气化反应的特性研究

在STA449 F3型热天平上,采用等温热重法,对不同比例的KOH催化剂和不同粒度的煤样在反应温度650℃~800℃下的气化反应特性进行了研究。实验结果表明:KOH对煤-CO2气化反应有明显的催化作用,在催化剂质量分数10%,反应进行到20 min时,随着温度由650℃升高至800℃,碳的转化率由11%增至70%;在反应前段和后段,催化剂含量对碳的转化率影响不同;随着煤粒度由50μm~70μm增加到100μm~200μm,煤气化反应指数由0.075降低至0.013。在温度为650℃~800℃、催化剂质量分数5%~20%条件下实验,测得催化剂质量分数在10%、温度在750℃时,催化效果最好。     

国外生物质催化气化催化剂的研究进展

生物质气化技术已在国内外得到了广泛的开发和运用,但由于合成气中焦油含量较高,影响了合成气的品质,限制了生物质气化技术的应用。在生物质气化过程中应用催化剂可以有效的降低焦油的含量,调整合成气组成。对国外生物质催化气化催化剂的研究进展进行了综述,并提出了我国生物质催化气化技术的研究方向。     

碱金属Na对黑液水煤浆焦-CO2气化特性的影响

黑液中富含大量的碱金属Na及其化合物,这些碱金属将在黑液水煤浆焦气化过程中起到催化气化的作用.为了研究黑液水煤浆焦-CO2催化气化反应特性,采用XRD、SEM和热重分析技术对黑液水煤浆焦和普通水煤浆焦CO2催化气化实验进行分析,得到了焦炭表面孔隙分布情况、煤浆焦样和气化后残渣XRD分析结果,以及等温条件下气化反应时碳转化率数据.试验结果表明:黑液水煤浆焦表面密集分布很多"斑点"和微孔,说明碱金属Na盐在焦碳表面形成了活化中心点,它们在气化过程中起到催化作用;碱金属Na使焦样表面具有更强的反应位,削弱C-C键的强度,使气化反应更容易进行;同时由于碱金属催化剂在高温气化时将与煤中矿物质反应生成惰性物质,从而可能削弱催化效果.从黑液水煤浆与普通水煤浆XRD晶相分析中可以看出碱金属Na盐主要以氯化钠、硅酸钠形式存在,气化反应后生成的晶相组成主要是霞石和微斜长石.     

添加剂对煤焦催化气化特性的影响

在自行搭建的热重分析仪上进行恒温下煤焦的催化气化实验。通过添加剂对催化剂进行预处理,可能使得催化剂有着更好的催化效果。研究了氨水和冰乙酸两种添加剂催焦样催化气化的影响,催化剂分别为CaO和Fe(NO_3)_3。分别在780、810、850、900℃进行了气化实验。研究结果表明:两种添加剂对原煤焦的气化过程影响很小;对于CaO的催化气化,氨水能起到促进气化过程的作用,冰乙酸使得催化气化反应性降低;对于Fe(NO_3)_3的催化气化,冰乙酸能促进催化气化过程,氨水则使得催化气化反应性降低。     

生物质催化气化研究进展

本文从介绍影响气化反应的主要因素入手,分析了各类催化剂的特点及其对生物质气化结果的影响:白云石和橄榄绿等催化剂来源广,价格低,但是机械强度较差;碱金属类催化剂能降低气化过程中焦油量以及催化甲烷气体进一步转化为CO和H2,高温下易熔融而导致失活;镍基催化剂和复合催化剂催化焦油裂解效果好,H2产率高,存在的问题是价格昂贵,气化工艺复杂和催化剂回收困难。最后,本文对生物质催化气化研究方向进行了展望。     

高温水蒸气生物质催化气化研究进展

综述了近些年提出的高温水蒸气气化技术(HTSG),该技术不仅有利于抑制焦油生成,提高气化效率和碳的转化率,而且能够有效提高气化气中氢气含量(40%~60%),具有很好的研究意义和技术应用前景。此外,催化剂作为该技术的重要组成部分,通过介绍催化剂对生物质气化在产气量、气化效率、催化机理等方面的影响,重点综述其作用原理、实用性、优缺点及催化气化亟待解决的关键问题,最后给出高温水蒸气气化技术和合成类催化剂建议及其应用展望。     

高温水蒸气生物质催化气化研究进展

综述了近些年提出的高温水蒸气气化技术(HTSG),该技术不仅有利于抑制焦油生成,提高气化效率和碳的转化率,而且能够有效提高气化气中氢气含量(40%⁶0%),具有很好的研究意义和技术应用前景。此外,催化剂作为该技术的重要组成部分,通过介绍催化剂对生物质气化在产气量、气化效率、催化机理等方面的影响,重点综述其作用原理、实用性、优缺点及催化气化亟待解决的关键问题,最后给出高温水蒸气气化技术和合成类催化剂建议及其应用展望。     

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.     

煤焦CO2气化反应动力学研究

在热天平实验装置上进行了霍林河、义马、兖州、平朔、神华、大同6种煤焦的CO2气化反应性实验，实验温度为900～1050℃。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，利用不同的参数对煤焦CO2气化的反应活性进行了比较。     

酒糟焦与无烟煤焦共气化特性的研究

利用固定床反应器研究了酒糟焦与无烟煤焦在CO_2气氛下的共气化反应性。采用扫描电镜和X射线能谱分析手段,考察了焦样的孔隙结构和表面元素组成。结果表明:酒糟焦与无烟煤焦共气化过程中,除气化剂CO_2外,尾气主要产生H_2和CO;共气化过程中具有明显的协同作用,气化温度和酒糟焦掺混比是影响共气化反应的主要因素,共气化反应活性随气化温度的升高和酒糟焦掺混比的增加而增大;酒糟含有的高挥发分在气化过程中产生大量蜂窝状的孔隙结构,酒糟焦和无烟煤焦中分别含有的K元素和Ca元素对共气化反应起到的催化作用,是共气化反应活性提高的主要原因。     

原料烘焙预处理对生物质气化的影响综述

简述了生物质原料的物理和化学特性,介绍了现有的生物质气化原料预处理方法,着重阐述了生物质烘焙技术研究现状和烘焙预处理对生物质气化的影响。众多研究结果表明：生物质烘焙预处理能够显著改善生物质的磨粉性能,有效提高生物质的能量密度和堆积密度,同时还能降低生物质的O／C比。最后对原料烘焙预处理在生物质气化中的应用做出了展望。     

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。     

部分气化煤焦燃烧特性的研究

针对目前提倡的煤部分气化、燃烧集成方式联合生产煤气和热能的新概念 ,分析了部分气化焦的燃烧特性 ,考察了煤种、气化率、脱灰、不同的气化剂等对部分气化焦燃烧特性的影响 .结果表明 :煤种不同 ,部分气化焦的燃烧特性不同 ;脱灰后的神木焦燃烧峰推后 ,其可燃性比未脱灰焦差 ,这是因为未脱灰焦中的灰分起到了部分催化作用 ;CO2 气氛下气化所得焦的最大燃烧速率随着气化率的增加而减小 ,同时二次峰越来越明显     

神木煤焦与流化床气化带出细粉的CO2气化特性

为了研究煤焦与流化床气化带出细粉的CO_2气化特性,采用热重分析仪考察了不同气化温度和CO_2分压对神木煤焦与细粉气化行为的影响。结果表明,固定CO_2分压提高气化温度或固定气化温度提高CO_2分压都能加快神木煤焦和细粉气化反应的进行,缩短达到一定碳转化率所需时间;神木煤焦和细粉的反应速率随碳转化率的增大均先快速增大到最大值,而后缓慢降低;神木煤焦和细粉的CO_2气化反应活化能均随碳转化率的升高而增大,在相同的碳转化率下,神木煤细粉的反应活化能大于神木煤焦。与神木煤焦相比,神木煤细粉的CO_2气化反应活性较低。     

煤焦与生物质焦在CO2气氛下共气化动力学模型研究

总结了目前常用的煤及生物质的气化动力学模型,运用这些模型处理了2种不同配比的煤焦与生物质焦混合物的气化数据,通过比较各模型的相关性系数发现,未反应收缩核模型更适合于对混合焦的气化行为进行模拟,并求出了相应的活化能。通过比较活化能数据发现,煤与一定比例的木屑混合时,可以相应地提高其反应活性。     

生物质低温气化催化剂的研究发展

物质气化技术已在国内外得到广泛的开发和运用,但由于燃气品位较差,焦油较多,限制了生物质气化气的进一步利用.近年来生物质的低温气化催化裂解已引起了国内外的广泛关注.分析了目前使用的各种催化剂对减少生物质气化焦油的生成和改进燃料气品质的作用结果,提出了进一步的研究方向.     

无机元素对生物质焦炭-CO2气化反应性的催化/抑制作用研究及模型构建

基于简单碰撞理论,建立了含有无机元素影响的焦炭气化反应动力学模型。建模过程中,考虑了七种无机元素含量、催化/抑制能力以及单一无机元素饱和催化倍率对焦炭反应性的影响。实验部分,选取四种生物质样品置于微型流化床反应器中测试了焦炭反应性,并与模型计算值进行了对比,结果表明模型能够较好预测焦炭反应性,同时表现出对不同样品的适应性。该模型能够通过输入样品特性参数和反应工况条件实现焦炭反应性的定量预测。该模型的建立表明固体燃料通用气化反应的规律是存在的,可以为进一步阐明气化反应规律提供理论参考。     

贝壳CaO催化浑源煤焦气化的研究

研究了贝壳经过煅烧/碳酸化后作为催化剂对煤焦气化过程的催化效果。主要分析了贝壳粒径、煅烧时间、煅烧温度、碳酸化温度、循环次数等对催化剂催化性能的影响。主要结论为:较高的煅烧温度和较长的煅烧时间均会降低催化剂的催化性能,较高的碳酸化温度会使催化剂催化性能更好;随着煅烧/碳酸化次数增多,催化剂催化性能下降。由于活化能的求解过程需要经过两次数据转换,误差较大,而用反应速率常数能更为准确地反应出煤焦反应活性。     

非金属氮掺杂活性炭催化剂制备及其催化CH4-CO2重整反应

采用硝酸和尿素联合对活性炭进行改性,制备了富含氮元素的氮掺杂活性炭,考察了孔结构、氮含量和氮种类（吡啶氮、吡咯氮和石墨氮）对CH₄-CO₂重整反应催化性能的影响。采用BET、SEM、EA、FTIR、XPS、CO₂-TPD和TG表征手段对反应前后催化剂的物理化学性质进行了表征,对引入活性炭表面的含氮官能团的种类及其在重整过程中所起的作用进行了分析。相比于未改性的原活性炭,硝酸和尿素同时改性制备的氮掺杂活性炭（AC-U.NA）引入了更多的羟基官能团和含氮官能团。特别是通过两者共同改性后,所制备的氮掺杂活性炭引入的吡啶氮官能团比例明显提高,为CH₄-CO₂重整反应提供了更多的活性位点,初始CH₄和CO₂转化率达到55.94%和66.46%。同时经过两者联合改性后,所制备的AC-U.NA材料表面具有极性,不仅有利于酸性CO₂分子的吸附和活化,而且有利于CO₂消碳反应,减少了积炭的生成,对所制备的非金属重整催化剂的活性和抗积炭性具有重要的意义。     

生物质催化气化实验研究

在常压流化床上进行了生物质在水蒸气条件下的实验研究。实验装置主体由常压流化床反应器和固定床催化裂解反应器组合而成。生物质原料为木屑,焦油裂解催化剂分别选用煅烧白云石和镍基重整催化剂。实验结果表明,H2/CO(H/C)的摩尔比随着气化温度、水蒸气质量/生物质质量（S/B）的升高迅速增加,但催化裂解温度变化对H/C的影响较小。另外,在催化裂解反应器中使用催化剂种类不同,H/C也不同。本文采用两段催化裂解,一段催化剂采用煅烧白云石,二段采用镍基催化剂,焦油裂解率达到96.70％。采用两段催化裂解,不但可以提高焦油的裂解率,增加了H2和CO收率,净化生物质裂解气,而且可以防止镍基重整催化剂失活,延长其使用寿命。