高二氧化碳浓度下石灰石的热分解反应动力学

用热重分析仪,在升温速率5～20K/min范围内,研究CO2浓度对石灰石热分解反应动力学参数的影响及高CO2浓度气氛下两种化学成分与矿物组成不同的石灰石的热分解反应动力学。采用改进的双外推法计算这两种石灰石的热分解反应动力学参数。结果表明:石灰石热分解反应的活化能与气氛中的CO2浓度呈指数增加关系;在高CO2浓度气氛条件下石灰石的热分解过程机理模型为随机成核和随后生长模型,得到了反应机理函数,CO2浓度不同,反应级数不同,反应级数的变化范围为2/5～2/3;CO2浓度越高,石灰石热分解的活化能越高,反应级数越大;在相同CO2浓度气氛条件下,石灰石中含有一定量白云石有助于其分解反应的进行。     

石灰石在二氧化碳与空气混合气氛下的分解动力学

采用热重-差式扫描量热分析（TG-DSC）,分别在空气气氛和81%空气-19%二氧化碳混合气氛下,对 4种不同品质的石灰石进行热分解特性研究。结果表明,在空气气氛中,石灰石分解遵循相边界一维反应模型,即 G（α）=α;在81%空气-19%二氧化碳气氛中,石灰石分解遵循随机成核和随后生长模型,即G（α）=-ln（1-α）。在81%空气-19%二氧化碳气氛中,较高的二氧化碳分压延迟了碳酸钙的分解,使得石灰石分解的开始温度比空气气氛中高200 ℃左右,分解活化能约为空气气氛的3倍,且粒径大到一定程度后活化能变小。碳酸镁的存在可以促进碳酸钙的分解。在81%空气-19%二氧化碳气氛下,适宜的石灰石粒度为小于0.105 mm,适宜的分解控制温度为890 ℃。     

石灰石的煅烧分解及其吸收二氧化碳机理

在天然气或合成气制氢过程中,借助于石灰石煅烧分解与石灰吸收二氧化碳的化学循环反应,去除反应产物,破坏化学平衡,可以连续地驱动化学反应进行,从而提高氢气的产率,同时控制温室气体二氧化碳的排放．在多功能热重反应器（TGR）内就化学循环反应过程中的颗粒尺寸、温度煅烧分解率等对吸附剂煅烧分解和吸收特性的影响进行了比较充分的实验研究．当吸收反应温度在500℃～620℃范围内时,CaO吸收二氧化碳的反应速率与石灰石中钙的利用率都维持在比较高的水平,石灰石分解后产生的氧化钙的利用率增长比石灰石的分解率增长慢,分解率高,吸热量也高,因此,简单地提高石灰石的分解率并不是提高石灰石钙利用率的最佳选择。     

石灰石煅烧对纳米碳酸钙的影响

石灰石是制备纳米碳酸钙的主要原材料,石灰石品质和煅烧质量的好坏,严重影响着纳米碳酸钙的质量.为了深入分析石灰石煅烧温度对纳米碳酸钙生产过程的影响,通过对石灰石在不同温度下进行的煅烧试验,分析其对消化反应及碳化反应各项技术指标的影响.结果表明:1)石灰石煅烧温度过高或煅烧时间过长,对石灰的活性度影响较大,而且对氢氧化钙乳液黏度及碳化反应粒子生成等都产生不同程度的影响;2)石灰石煅烧温度过低,则石灰生烧,石灰石利用率较低,对企业经济效益非常不利.     

原料粒径对石灰石热分解反应动力学影响

利用热同步分析仪,在纯二氧化碳气氛、升温速率为10~30 K/min的条件下,对4种不同粒径的石灰石进行热分解特性研究,并采用改进的双外推法求解石灰石的热分解反应动力学参数。数据分析结果表明：石灰石粒径与其分解所需的活化能成正比例关系,粒径越小所需要的活化能越小,反之越大;升温速率越快,对应的分解反应温度越高,达到同一转化率所需要的时间越短,说明反应进程越快;纯二氧化碳气氛下,4种不同粒径的石灰石热分解均遵循随机成核和随后生长模型,不同粒径的石灰石对应不同的反应级数,反应级数变化范围为1/2~2;不同升温速率下石灰石热分解反应速率不同,粒径范围为38~250 μm的石灰石热分解反应速率受界面化学反应控制。     

水泥生料分解动力学的研究

应用高精度热重仪对水泥生料及其石灰石在氮气气氛、不同升温速率下的分解动力学进行了研究，采用普适积分法、微分方程法以及多重速率扫描Kissinger法相结合的方式确定分解机理，求解动力学参数。研究结果表明：水泥生料及其石灰石分解符合相边界反应的收缩圆柱体反应机理，并且还发现活化能E和指前因子A随试验条件的改变呈规律性的变化。     

石灰石分解过程中的动力学参数测定

采用热重分析仪对池州地区的石灰岩资源进行了分解动力学试验分析。分析结果表明:在氮气气氛下,采用双外推方法对平均粒径为34μm的石灰石活化能进行了计算,并且得到了石灰石分解的活化能随转化率变化的规律。将升温速率外推为零,得到了理论上系统处于热平衡状态下的动力学参数=210 kJ/mol。     

石灰石对文石沉积碳酸钙生产工艺的影响

韩国有非常丰富的石灰石资源,而高Ca2+石灰石含有超过52%氧化钙,使石灰石得以有效利用。最好的方法是制备沉积碳酸钙(PCC)。使用高Ca2+石灰石合成PCC有几个优势,包括资源的有效利用和减少进口。首先要选择合适的石灰石。本研究中,形成年代被作为首要条件,研究了其对煅烧、水合和文石合成的影响。结果显示,使用新近的石灰石,增加了文石的形成量。同时,要建立一个适宜的方法来测定石灰石的活性度。     

石灰石与SO2反应动力学的研究

石灰石与ＳＯ２的高温短时的硫酸化反在夹带流反应器中被实验研究，硫酸化反应是一个两阶段反应：初始是一个非常快的零级表面反应且活化能的２１．０ｋＪ／ｍｏｌ，接着是活化能为８０．１ｋＪ／ｍｏｌ的产物层扩散控制反应，初始阶段约０．３ｓ．吸收剂的种类、Ｃａ／Ｓ比、停留时间、反应温度和ＳＯ２分压影响着脱硫反应速率，脱硫反应过程能用缩芯模型来模拟。在Ｃａ／Ｓ＝２、１０００℃Ｔ ２Ｓ的实验条件下，喷射Ｆ－石灰石能     

弱酸性介质中钙离子与CO2反应制备碳酸钙

研究了弱酸性介质中钙离子与CO2反应生成沉淀碳酸钙的工艺过程,探讨了乙酸钙浓度、反应温度、CO2压力、反应时间及陈化时间等因素对制备碳酸钙的影响。结果表明,在乙酸钙质量分数17%,CO2分压2.5 MPa,反应温度95℃时,反应30 min,陈化5 h的条件下,碳酸钙的收率为20.6%,制备出分散性良好的平均粒径为1.4μm的沉淀碳酸钙。     

O2/H2O燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性

利用水平管式炉和热重实验台架,对O₂/H₂O、O₂/N₂和O₂/CO₂ 3种不同燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性进行了研究。重点探究了燃烧方式、水蒸气浓度对石灰石间接硫化反应的影响规律与机理。同时,对硫化产物进行了X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）、孔结构特性和扫描电镜（SEM）分析。结果表明,O₂/H₂O燃烧方式相比于相同氧浓度下的O₂/N₂和O₂/CO₂燃烧方式,石灰石间接硫化反应的钙转化率在化学反应控制阶段基本相同,在扩散控制阶段O₂/H₂O燃烧方式下的钙转化率有显著的提高。主要原因是水蒸气促进了硫化反应后期产物层内的固态离子扩散。此外,O₂/H₂O燃烧方式下,不同的水蒸气浓度对石灰石的钙转化率基本没有影响。     

O_2/CO_2气氛下醋酸调质石灰石煅烧/硫化特性

研究了醋酸溶液调质对石灰石在O2/CO2气氛下煅烧/硫化特性的影响,并结合氮吸附法、压汞法和XRD技术进行了分析。结果表明,与原石灰石相比,调质石灰石在煅烧/硫化过程中表现出更高的钙转化率,XRD图谱及其相定量分析证明了这一点;随温度升高,调质石灰石具有最佳的硫化温度,此温度下其钙转化率最高;随SO2浓度增大,初始阶段煅烧/硫化反应速率升高,调质石灰石钙转化率增大;随醋酸浓度增大,调质石灰石的钙转化率提高,提高幅度因石灰石种类而异;氮吸附及压汞分析表明调质石灰石较未调质石灰石具有发达的孔结构,促进了硫化反应的进行。     

高温悬浮态下石灰石与菱镁矿热分解特性比较及动力学研究

利用悬浮态高温炉,对比研究了菱镁矿及石灰石的热分解特性,探讨了其热解模型及动力学参数。结果表明:低温段(650~750℃)时,菱镁矿比石灰石易分解,达到一定高温后其分解速率相差不大;菱镁矿、石灰石在悬浮态下的热解机理均符合收缩核模型,其活化能分别为50 kJ/mol、79 kJ/mol;随着菱镁矿粒度的增大,其分解速率趋缓,分解表观活化能增大。     

大粒径石灰石热分解动力学研究

主要研究大粒径石灰石的煅烧特性,采用热重分析仪研究了5种不同粒径石灰石的煅烧过程。石灰石粒径分布在0.5~10 mm,煅烧温度在900~1 050 ℃。研究结果表明,粒径越小温度越高石灰石分解速率越快,而且粒径和煅烧温度对石灰石热分解机理也有明显的影响。粒径小温度高时反应符合随机成核和随后生长机理模型,粒径大温度低时反应符合相界面反应机理。当粒径为0.5~1 mm时反应活化能很小,随着粒径的增大反应活化能有所增加,粒径在1~5 mm时活化能变化不大,粒径继续增大（5~10 mm）活化能增大了1倍。     

工业炉条件下石灰石分解特性的数值研究

在石灰石悬浮态分解数学模型的基础上,结合水泥工业预分解炉的实际情况,系统分析了温度、CO2 含量、粒径和气流速度等因素对石灰石分解的影响。计算结果表明,对于粒径小于70 μm的颗粒,其反应过程受化学反应控制,随着粒径的进一步增大,传质因素的影响逐渐变得严重。温度是分解的首要影响因素,CO2含量和颗粒粒径的影响随着温度的升高迅速减弱,气流速度对分解的影响则可以忽略。分解反应后期进行缓慢,在低温(T<900℃)下,入窑分解率一般控制在85%左右较为合适。这些结论对工业分解炉的设计和操作有一定的指导意义。本文推导出的公式可以计算各种条件下石灰石的分解时间。     

钙碳比对CaSO4-CaCO3-(NH4)2CO3-H2O体系反应-结晶过程的影响

在CaSO₄-CaCO₃-（NH₄）₂CO₃-H₂O反应体系中,生成碳酸钙与硫酸铵的控速步骤是石膏溶解。溶解表面被新生的碳酸钙结晶覆盖是重要影响因素。基于反应面模型,通过调整钙离子溶出速率与碳酸根加入速率之比（钙碳比）,将反应-结晶面控制在溶解表面的固液扩散边界层临界距离之外从而避免覆盖。实验采用表面积一定的天然纯净块状石膏试样,并向溶解体系滴加碳酸铵溶液,使钙碳比分别为0.125、0.25、0.5、1、2、4和8,观察碳酸钙在石膏表面的包覆现象,并预测反应-结晶面与溶解表面之间的微距离。结果显示,当钙碳比为0.125、0.25、0.5和1时,试样表面出现碳酸钙包覆但包覆量随λ增大而减小;当钙碳比为2、4和8时,试样表面不出现包覆,碳酸钙结晶生成于液相主体。将钙碳比为1视为临界值,该条件下反应-结晶面与溶解表面的微距离大于18 μm。     

煤粉在富氧气氛下燃烧反应动力学的实验研究

在同步热分析仪上分别对年轻褐煤(小龙潭煤)和烟煤(富源煤)进行了不同O2含量下的O2/CO2燃烧特性实验,确定其燃烧特性参数及动力学参数. 结果表明,随氧气浓度从21%增大到80%(j),小龙潭年轻褐煤和富源烟煤的着火温度分别从591.65和756.15 K降到561.55和722.45 K,燃尽温度分别从898.75和984.95 K降到721.05和872.45 K,燃烧时间缩短,综合燃烧特性指数增大,煤粉的频率因子呈上升趋势,小龙潭年轻褐煤的活化能增大,高温段富源烟煤在氧气浓度达30%(j)及以上时活化能变化趋于平缓,后者的反应活化能和频率因子高于前者. 在不同氧气浓度下,两种煤粉的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应.