N2/CO2气氛下工业危废污泥热解气化的TG-FTIR分析

采用热重-红外联用技术（Thermogravimetric analysis-Fourier transform infrared spectroscopy, TG-FTIR）对CO₂和N₂气氛下工业危废污泥的热化学转化特性展开研究,重点考察不同气氛对污泥热解气化过程的影响。主要分析不同气氛下污泥的热转化失重、产物析出规律及不同反应阶段的反应动力学特性。热重分析表明,CO₂对污泥热转化的影响主要在700℃以上温度范围;CO₂参与焦炭的气化反应,失重速率大幅提升,促进了CO,CH₄,NH₃在高温下的析出。红外分析显示,CO₂和N₂气氛下,反应温度在1 000℃左右时均有大量甲基化合物析出,且CO₂气氛下强度更高。各反应阶段活化能随温度升高逐渐增加,污泥与CO₂气化反应速率高于相同反应阶段N₂下的热解反应速率。     

CaS氧化反应特性的热重研究

为了了解喷钙过程中硫元素赋存形态，研究了820～1 400 ℃下CaS的氧化反应机理.采用热重实验研究了CaS质量变化特性，利用红外光谱仪定量分析反应析出气体.研究表明，在820～970 ℃，CaS氧化反应呈增重趋势；在1 000～1 150 ℃，反应呈先失重后增重趋势；在1 200～1 400 ℃，反应呈先失重后增重再失重的趋势.随温度升高，SO2析出速率及析出量也增大.在890 ℃以下，以SO2形式析出硫分不到全硫分的2％，CaS与CaSO4的固-固反应基本可以忽略.而在930 ℃～1 150 ℃内，CaS与CaSO4的固 固反应加剧，SO2析出量占全硫分的10.16％～67.90％.当温度高于1 175 ℃，CaSO4的高温分解也造成SO2的析出.     

煤(焦)气化活性指数H_(CG)的解析与应用

在煤(焦)样程序升温热重分析的基础上,提出了一个可以简单、定量、准确表征煤(焦)气化反应活性的气化活性指数HCG,对我国典型煤(焦)样进行了程序升温热重实验,通过HCG与其他解析方法的对比验证了HCG的表征效果.结果表明:R0.5,Rmax和Tmax在表征煤(焦)的气化反应活性时存在一定的误差;而T0.5和HCG两个指标均可以准确、可靠地表征煤(焦)气化反应活性,但是难气化的煤(焦)T0.5均大于1 000℃,超出了普通热重分析仪的温度范围,应用受到限制;而HCG可以通过温度上限较低的热重分析仪测量计算得出,应用范围更加广泛,适于评价煤(焦)的气化反应性.     

秸秆气化焦油蒸馏产物GC-MS与TG-DTA测定分析

为了利用秸秆气化焦油,测定了秸秆气化焦油112～150℃蒸馏产物上层液的pH、凝点、闪点、恩氏黏度、密度、高位发热量,利用气相色谱-质谱联用仪和综合热分析仪进行秸秆气化焦油112～150℃蒸馏产物上层液GC-MS分析试验和TG-DTA试验,得到试样的化学组成、热重曲线、差热曲线,并从化合物、元素方面与柴油进行对比分析。从挥发分的析出和燃烧特性,升温速率的影响,动力学3方面进行了热分析。结果表明:试样芳香烃质量分数接近柴油,试样成分中不含硫、氮,燃烧污染小;试样易挥发,挥发分质量分数高,挥发分吸热后不断析出,析出较为集中,灰分低、易于燃尽,具备液体燃料喷雾燃烧的特性,具有作为车用燃料的可能性与价值。     

氢气的生成及对瓦斯爆炸的影响

利用痕量氢气测定方法,对煤氧化过程产生的氢气进行测定,借助20L球形爆炸实验装置,研究氢气对瓦斯爆炸特性的影响．实验结果表明当煤温升高到200～250℃时就可以检测到氢气,之后随温度升高氢气浓度呈指数上升,当煤温升至280℃,φ（H2）最高可达0．479／5．煤样粒径对氢气的生成影响不大,而煤种对氢气的产生却有较大的影响．煤变质程度越低,析出氢气的温度也越低,析出氢气量越多．氢气的存在会大幅度降低甲烷的爆炸下限,并增加甲烷的爆炸威力．φ（H2）为0．5％时,φ（CH4）为2．4％的混合气体就会发生爆炸．     

CO_2作煤粉输送载气对GSP气化过程影响的模拟研究

基于Gibbs自由能最小化原理,将GSP气化过程分解为热解单元和气化单元建模,使用灵敏度工具进行分析,探究CO2和N2分别作为煤粉输送载气时对气化温度、CO和H2以及有效气(CO+H2)产率的影响.结果表明:采用Aspen Plus软件建立的气化模型模拟计算结果与生产数据吻合;与N2相比,以CO2为煤粉输送载气时,气化温度降低约70℃,CO摩尔分数提高约4%、而H2摩尔分数降低约1%,但有效气摩尔分数提高约3%.当CO2流量从12 000Nm3/h升至15 000Nm3/h,气化温度降低约11℃,CO摩尔分数提高约0.15%,H2摩尔分数降低约0.85%,有效气摩尔分数降低约0.7%;当N2流量从12 000Nm3/h升至15 000Nm3/h,气化温度降低约6℃,CO摩尔分数降低约0.33%,H2摩尔分数提高约0.14%,有效气摩尔分数降低约0.19%.CO2作为煤粉输送载气在可减少CO2排放量的同时能够提高气化炉的生产能力和经济效益.     

炼焦过程中温室气体的析出规律研究

运用热重-质谱(TG-MS)方法对5种不同变质程度的炼焦用煤进行模拟实验.结果表明,甲烷的析出主要有3种类型——煤中吸附的甲烷分子的析出,烷基侧链热解脱落形成的甲烷及热缩聚反应所致的甲烷.二氧化碳的析出分为主热解和缩聚两个阶段,前者峰温大致在460℃,而后者在650℃,水的析出与煤中羟基分布及氢键类型密切相关,弱氢键的羟基能较早脱除,而强氢键则需要较高的温度.     

炼焦过程中温室气体的析出规律研究

运用热重-质谱（TG-MS）方法对5种不同变质程度的炼焦用煤进行模拟实验,结果表明,甲烷的析出主要有3种类型——煤中吸附的甲烷分子的析出,烷基侧链热解脱落形成的甲烷及热缩聚反应所致的甲烷,二氧化碳的析出分为主热解和缩聚两个阶段,前者峰温大致在460℃,而后者在650℃,水的析出与煤中羟基分布及氢键类型密切相关,弱氢键的羟基能较早脱除,而强氢键则需要较高的温度。     

CaO与K_2HPO_4·3H_2O协同作用下纤维素的热解研究

利用热重-质谱(TG-MS)技术研究CaO与K_2HPO_4·3H_2O单独及协同作用下纤维素的热解过程,着重研究纤维素热解过程中H_2、CH_4等产物在不同条件作用下的变化。结果表明:加入CaO,纤维素热解过程中H_2、CO析出量增多,CH_4、CO_2等气体析出量降低;CaO会固定纤维素热解过程中产生的酸类产物及其前驱物等,从而降低271～465℃区间CO_2的析出量,并使CO_2在560～721℃区间继续析出;加入K_2HPO_4·3H_2O,H_2、CO析出量降低,CH_4、CO_2等气体析出量增加,K_2HPO_4.3H_2O可显著改变热解反应历程,如促进苯环形成反应发生;混合加入CaO与K_2HPO_4·3H_2O,相对于单独添加K_2HPO_4·3H_2O,其热解起始失重过程较为缓和,多数气体生成量增加,CaO与K_2HPO_4·3H_2O在热解过程中产生较强的协同作用。     

天津市政污泥热解及燃烧动力学特性的分析

利用热重分析仪,在氮气和空气气氛下分别对天津市政污泥进行热分析实验,并采用热重、微分热重、差示扫描量热等方法分析了市政污泥的热解特性及燃烧特性．实验结果表明城市污泥燃烧热反应可分为4个阶段：水分蒸发析出、污泥有机挥发成分析出燃烧、污泥有机质及固定碳燃烧、燃烧残余物及难分解物的分解．在实验条件下,污泥样品着火温度为277．5℃,燃尽温度为540℃．建立了天津市政污泥燃烧动力学模型,采用连续两方程拟合的方式,得到了上述主要阶段的表观活化能Ea和指前因子A．     

玉米芯热重分析及气化反应动力学研究

利用热重分析实验得出玉米芯气化可大致分为3个阶段：水分蒸发、挥发分析出和焦炭阶段．研究表明,当升温速率为20℃／min时,物料的最大失重率只有85．75％,在所有的升温速率中最小;当升温速率为10℃／min时,物料的最大失重率可达到97．94％．以升温速率为5℃／min的热重曲线研究玉米芯气化过程中的挥发分析状况,当温度在250℃-330℃时,气化反应属于2级反应,其拟合方程Y=-2332．3x-7．9534,活化能E和指前因子A分别为19．4kJ／mol和3．4×10^4min;温度在330℃～530℃时,气化反应属于1级反应,其拟合方程Y=-1960．5x-9．7076,活化能E和指前因子A分别为16．3kJ／mol和5．0×10^1min^-1．     

浑源煤焦的CO2气化特性研究

在750～950℃范围内,用等温气化的方法研究了热解温度、热解时间、CO2分压、气化温度等对浑源煤焦气化反应特性的影响.结果表明,浑源煤焦在850℃时的气化活性较好;随着制焦温度的提高,气化活性下降;30 main焦与50 main焦的气化活性无明显差异,而2h焦则表现出了随保温时间延长,气化活性降低的趋势;0.05～...     

微型流化床中煤焦水蒸气气化反应动力学研究

利用微型流化床反应分析仪研究最小化扩散影响条件下的半焦与水蒸气等温气化反应特性及动力学.在实验温度为750~1 100℃内,缩核模型能很好地描述半焦的气化行为,但低温段(750~950℃)和高温段(950~1 100℃)具有明显不同的反应速率-转化率曲线形状和动力学数据.前者受反应控制,其反应速率在初始反应段有最大值,活化能为172 kJ/mol;后者受反应和扩散共同控制,反应速率在转化率为0.15时达最大值,活化能为82 kJ/mol.实验还考察了水蒸气分压对气化反应的影响,并通过n级速率方程求取水蒸气分压的平均反应级数为0.28.在此基础上,进一步得到低温区和高温区的气化反应速率方程.     

Reaction Kinetic Equation for Char Combustion of Underground Coal Gasification

1 Introduction Underground coal gasification (UCG) is a proc- ess in which underground coals react with oxygen (or air) and steam to produce combustible gases with low/ medium calorific value, which is a basic energy conversion process from coal to gas[1]. The basic configuration for UCG is shown in Fig. 1[2], which has two boreholes, one for the injection of the oxidant (oxygen or air) or steam, and the other for removal of the product gases. The UCG process can be approximately divided i…     

催化剂添加方式及微波干燥对煤催化气化的影响

煤催化气化过程中催化剂的添加方法主要有机械混合和浸渍法混合。以CaO为催化剂,利用自建固定床实验台研究了不同添加方法在不同的恒温条件下对煤气化转化率的影响。实验结果表明:机械混合添加CaO几乎没有催化作用,而浸渍法添加CaO催化活性高,不仅初始反应速率大,且在恒温700℃和800℃工况下气化反应110 min后煤焦转化率分别高出原煤直接气化30%和25%左右。另外,本实验尝试将微波干燥应用在煤催化气化过程中来改进常规浸渍法,经验证:与鼓风干燥箱干燥相比,气化反应110min后在恒温800℃工况下煤焦转化率基本接近一致,在低温700℃和高温850℃时转化率略微高1%～2%左右。     

不同煤种地下气化特性研究

在地下气化模型试验及理论分析的基础上，研究了不同煤种的地下气化特性．比较了空气连续气化及纯氧．水蒸汽气化条件下的煤气组成，并从气化煤层升温速率、气化速率、煤气产率、气化效率等方面比较了不同煤种的地下气化特性．试验结果表明，煤种的不同组成决定了空气煤气中CO，H2，CH4含量的不同，鼓风量影响着空气煤气的组成．在适宜的汽氧比条件下，不同煤种纯氧，水蒸汽地下气化均可以获得中热值煤气。对于试验煤种，褐煤具有高的气化活性、气化速率及低的煤气产率，其纯氧-水蒸汽气化效率达87％，最适于地下气化；瘦煤地下气化，气化煤层温度上升缓慢，其气化活性较低，气化速率变化平缓，纯氧-水蒸汽气化效率为74％，但气化过程稳定，且具有高的煤气产率，可以进行地下气化；气肥煤煤层升温速率最快，煤气产率仅次于瘦煤，但在煤挥发分析出后，气化速率减小，气化稳定性变差。     

煤焦固定床等温CO2气化反应动力学研究

利用自建固定床实验台研究了常压下神华煤煤焦等温CO2气化反应特性,实验分析了CO2流量、煤焦质量、气化温度和CO2分压对煤焦固定碳转化率的影响.在建立的化学反应动力学控制实验条件下,根据等转化率法计算得到煤焦气化反应活化能E为155 kJ/mol、CO2分压反应级数n为0.58;通过比对常用42种反应机理函数相关系数大...     

Gasification kinetic modelling of Victorian brown coal chars and validity for entrained flow gasification in CO_2

The gasification kinetic modelling of two Victorian brown coal(Yallourn and Maddingley) chars and the validity for entrained flow gasification were investigated in this study. The study was conducted in a thermogravimetric analyzer(TGA) at 750–1100 ℃, 30%–90% CO_2 concentration using different char particle sizes within 20–106 mm. It was found that random pore model and modified volumetric model are applicable for TGA results, but volumetric model and grain model are not. The effect of particle size under106 mm on gasification rate is very limited. Activation energies of Maddingley char and Yallourn char in CO_2 gasification are 219–220 and 197–208 k J/mol, respectively. The pre-exponential factors are in the same order of magnitude, and they increased as particle size decreased. A mathematical model was developed to predict carbon conversion over time for entrained flow gasification of Victorian brown coal chars at 1000–1400 ℃.     

Method of oxygen-enriched two-stage underground coal gasification

Two-stage underground coal gasification was studied to improve the caloric value of the syngas and to extend gas production times. A model test using the oxygen-enriched two-stage coal gasification method was carried out. The composition of the gas produced, the time ratio of the two stages, and the role of the temperature field were analysed. The results show that oxygen-enriched two-stage gasification shortens the time of the first stage and prolongs the time of the second stage. Feed oxygen concentrations of 30%,35%, 40%, 45%, 60%, or 80% gave time ratios (first stage to second stage) of 1:0.12, 1:0.21, 1:0.51, 1:0.64,1:0.90, and 1:4.0 respectively. Cooling rates of the temperature field after steam injection decreased with time from about 19.1-27.4 ℃/min to 2.3-6.8 ℃/min. But this rate increased with increasing oxygen concentrations in the first stage. The caloric value of the syngas improves with increased oxygen concentration in the first stage. Injection of 80% oxygen-enriched air gave gas with the highest caloric value and also gave the longest production time. The caloric value of the gas obtained from the oxygenenriched two-stage gasification method lies in the range from 5.31 MJ/Nm3 to 10.54 MJ/Nm3.     

神华煤有机显微组分富集物热重研究

利用热天平与红外光谱仪联机，研究了神华煤有机显微组分富集物的热解和气化反应性．结果表明，神华镜质组分富集物在氩气环境下热解在380～590℃之间有一个明显的失重峰，而惰质组分富集物在410～590℃之间有一个明显的失重峰；神华镜质组分富集物在二氧化碳环境下在350～550℃之间、惰质组分富集物在450～550℃之间各有一个失重峰，分析表明此温度段为热解过程；镜质组分富集物在850～1050℃之间、惰质组分富集物在900～1040℃之间又各有一个气化反应的明显失重峰．动力学计算结果表明神华煤显微组分富集物气化行为可用未反应收缩核模型来描述．通过比较反应速度和活化能可知，镜质组分富集物热解反应性大于惰质组分富集物，而惰质组分富集物气化反应性大于镜质组分富集物．