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。     

O2/CO2煤炭地下气化模型试

利用O2/CO2作为气化剂进行煤炭地下气化,不仅能够提高煤气中有效组分的含量和CO/H2比例,而且煤气脱碳后适合用于合成甲醇或液化天然气（LNG）。为考察O2/CO2地下气化的可行性,通过模型试验在模拟煤层中进行不同O2/CO2比的气化试验,考察不同CO2浓度气化下的煤气组分特征、温度场分布、燃空区立体形状以及污染物析出情况。试验表明：CO2体积分数为40%~50%时,煤气中的CO和H2的含量均在25%左右,CO2的含量小于50%。与已有的富氧空气地下气化模型试验结果相比,在气化剂中的CO2能够抑制地下气化过程中CO2的生成,O2/CO2气化下的温度场相对较低,气化过程中煤层的最高温度也只有1 200 ℃,对煤气有效组分的生成比较有利。最终的燃空区3D形状符合一般燃烧扩展规律,试验过程中还监测了硫化氢、氨气和焦油等污染物的析出量。     

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。     

CO_2和H_2O混合气氛下碱金属催化剂对神木煤气化性能的影响

为了考察神木煤同时在碱金属催化条件下,以及CO_2和H_2O的混合气氛下的催化气化特性,通过在线测量技术在管式炉内研究了H_2O和CO_2的混合气氛下CaCl_2和K_2CO_3作为催化剂对煤气化气相产物及速率的影响。结果表明:800℃时神木煤在H_2O和CO_2混合气氛下催化气化,H_2O浓度较大或CO_2浓度较大的气氛下有利于H_2或CO的生成,但在50%H_2O+50%CO_2气氛中,气化率和单位煤气化气体热值最低,分别只有88%和20 MJ/kg。CaCl_2和K_2CO_3对神木煤的气化具有非常强的催化作用,能提高神木煤的气化产量、反应速率以及产气热值。其中,K的催化能够延长高反应速率的持续时间,提高气化率约5%。而Ca能较大程度地提高前期气化速率近50%,并提高产气热值46%。     

鄂庄薄煤层富氧地下气化模型试验

研究了不同富氧浓度下，出口煤气有效组分含量、热值、产气率及热效率的变化规律.试验结果表明：随着氧气浓度的增加，煤气中H₂,CO含量及热值增加，但当O₂浓度大于84%时，煤气中有效气体组分含量及热值上升幅度减小；随着富氧浓度的提高煤气产率下降，气化效率在44.47%～64.91%之间；薄煤层富氧-水蒸汽气化能够连续生产有效气体组分（H₂+CO+CH₄）大于59.56%、热值在8.2 MJ/m3以上的煤气，并能有效地控制气化炉温度，保持煤气组分和热值的稳定.      

煤尘爆炸残留物特征影响因素研究

为了研究煤尘浓度、煤尘粒径以及点火能量对煤尘爆炸后气、固态残留物组分特征的影响,利用20L球形爆炸装置测试系统进行了煤尘爆炸实验,并对爆炸残留物进行了收集与分析。研究结果表明:随着煤尘浓度的增加,气态残留物中CO、H_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6及C_3H_8的体积分数逐渐增大,而CO_2先增大后减小,固态残留物挥发分与固定碳含量逐渐增加,灰分含量逐渐减少;煤尘浓度为100g/m~3时,粒径48~75μm的煤尘爆炸残留气体中CO、CO_2、H_2、CH_4等气体的体积分数达到最大值,煤尘浓度为400g/m~3时,CO、CO_2、H_2、CH_4等气体的体积分数随着煤尘粒径的减小而增大,固态残留物挥发分含量随煤尘粒径减小而逐渐减小,灰分含量逐渐增大;随着点火能量增大,气态残留物中CO、H_2、CH_4、C_2H_6、C_3H_8逐渐升高,固态残留物挥发分与固定碳含量逐渐减小,而灰分含量不断增大。     

天津南部煤层富氧-海水地下气化模拟试验研究

为了获取天津南部地区煤层地下气化最佳工艺参数,利用O2-CO2-海(清)水作为气化剂开展了煤炭地下气化模拟试验,研究了不同富氧浓度(40%～纯氧)气化参数的函数变化规律以及海水的催化作用,并根据质量守恒定律对最佳富氧浓度下煤炭地下气化模拟试验数据进行矫正,推算出现场生产出口煤气的参数。试验结果表明:天津南部地区煤层利用海水进行地下气化的最佳富氧浓度为80%,煤气组分H2体积分数为31.38%、CO为34.4%、CH4为5.03%、热值为9.6 MJ/Nm3;富氧浓度低于80%时,生产煤气中有效组分含量及热值与富氧浓度呈正相关;富氧浓度大于80%时,随着富氧浓度增加,有效组分含量及热值均呈缓慢下降趋势;海水气化有助于提高煤气热值和有效组分的含量,与清水气化相比分别提高18.62%和6.88%。     

胜利褐煤外热式气流床温和气化建模研究:模型的求解及应用

针对建立的一维气流床温和气化模型,研究了其求解过程、对实验结果预测的准确性、对不同条件下气化结果的预测及对参数敏感性的分析。结果发现,92%预测值误差小于20%,75%预测值误差小于10%。模型预测不同条件下的气化结果,与前人的理论研究和实验/工业化实践吻合。预测结果显示,随停留时间延长,褐煤转化率、H_2和CO_2含量先快速增加后缓慢增加,CO先增加后减小,尤其在较高水蒸气浓度和温度下;在1%O_2气氛下,褐煤燃尽时间小于0.5 s,明显小于气化反应时间;大粒径褐煤气化煤气中CO+H_2含量较高,可能与不同粒径半焦的孔隙结构和反应性有关。氧化反应CO和CO_2分配系数α,单位反应体积内褐煤颗粒的初始含碳质量Γ及气固相有效接触(碰撞)面积Λ,3个参数的物理意义可以很好地解释参数变化时褐煤转化率和煤气组成的变化,褐煤转化率对参数Γ,Λ,α的的敏感性相同,CO+H_2含量对α的敏感性最强,Λ次之,Γ最弱。     

煤炭地下气化过程产气特征数值模拟研究

为了提高煤炭地下气化产气效率,采用数值模拟方法,建立了煤炭地下气化通道数值模型,研究了气化通道内产气组分的时空分布和可燃气体的热值特征。结果表明：气化产气过程可分为初始产气、中期产气和稳定产气三阶段,CO₂浓度在气化初期快速达到峰值,CO和H₂浓度则在气化中期快速增加,气化20d后通道内气体组分浓度分布和热值均趋于稳定;气化剂中氧含量对通道内CO₂和CO的浓度分布影响明显,对H₂影响相对较小;C的氧化反应、CO₂和水蒸气的还原反应同时存在于氧化区和还原区,随着气化剂中氧含量的提高,还原区范围逐渐扩大,CO和H₂的浓度逐渐升高;氧含量每增加20%,通道出口可燃气体热值增加约10%。模拟结果与工业性试验结果具有较好的一致性。     

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。