煤对焦炭气化反应过程中微观结构的影响

利用焦炭及煤焦混合物在固定床气化炉中与二氧化碳进行气化反应，用BY-4型全自动显微光度计测定焦炭气孔结构参数和光学组织，探讨无烟煤在焦炭气化反应过程中微观结构的影响。结果表明，加入无烟煤，气化过程中焦炭气孔结构受到保护，在高温、气化历时长、焦炭反应性高的情况下，保护效果明显；无烟煤对焦炭的各向同性结构保护作用显著，各向异性单元越大，受到的保护作用越小。     

基于MATLAB的固定床煤气化过程动力学模型的模拟研究

以原煤、半焦和焦炭为原料,二氧化碳、水蒸气为气化剂在固定床气化炉内进行气化,根据3种原料的动力学参数建立数学模型,用MATLAB软件编写模拟程序求解常微分方程组,采用打靶法对固定床气化炉从底部开始的每一个微元体进行模拟计算,根据模拟结果可知原煤、半焦和焦炭3种原料在固定床气化炉内气化反应温度随床层高度的增加先升高后降低,反应活性为原煤的最好,半焦次之,焦炭的反应活性最差。     

无烟煤与烟煤配煤气化反应特性的研究

利用固定床反应装置,以CO_2为气化剂研究了无烟煤和烟煤配煤气化反应的特性,考察了反应温度(900℃~1 100℃)和掺混量对气体产物及CO_2转化率的影响,采用SEM对煤焦表面进行分析。结果表明:烟煤焦的孔隙结构比无烟煤焦发达,在相同温度下,烟煤焦气化活性高于无烟煤焦。混煤的气化活性近似线性增加,在无烟煤中配入烟煤可以有效地改善煤质,提高气化活性。     

张庄天然焦固定床气化特性研究

天然焦具有焦炭或无烟煤的一般性质，如无粘结性、挥发分低等。张庄天然焦的特点是抗碎强度高，灰熔融性高，活性低，硫分低，成分较不稳定，露天搁置一段时间后，受剧烈热冲击有热爆裂现象发生等。Φ１００ｍｍ及Φ１６ｍ固定床气化炉试烧结果表明，张庄天然焦气化运行过程稳定，煤气质量好，产气量高，初步认为可以代替焦炭或无烟煤作固定床气化炉的气化原料生产民用燃气或化工合成气。     

3种煤的气化反应动力学研究

采用热重分析仪,考察了3种典型煤种的气化反应特性;利用缩核芯模型,模拟了3种煤的气化过程,并对拟合结果进行了分析。结果表明:随气化温度的升高,3种煤的气化反应性均增加;3种煤的气化反应性大小次序为无烟煤<烟煤<褐煤;3种煤的气化反应活化能分别为褐煤124.9 k J/mol、烟煤154.3 k J/mol、无烟煤100.7 k J/mol;缩核芯模型适用于褐煤和烟煤的气化,但不适用于无烟煤。     

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。     

煤焦在加压条件下的气化反应性研究

在高压管式炉试验装置上,进行了煤焦在加压条件下的气化反应动力学研究,采用缩芯模型对试验数据进行处理,得到煤焦与二氧化碳及水蒸气气化反应的动力学参数.试验结果表明,温度和压力越高,煤焦的气化反应性越好;煤焦在水蒸气气氛下反应活性高于二氧化碳气氛下煤焦反应活性;缩芯模型适用于煤焦在加压情况下气化反应动力学计算研究;煤焦在加压气化时活化能与指前因子之间存在补偿效应.     

无烟煤配煤炼焦试验与可行性

配煤中加入无烟煤炼焦，可提高焦炭质量和降低配煤成本，本文论述了无烟煤在配煤中的作用机理；介绍了利用40kg试验焦炉进行无烟煤配煤炼焦试验的过程，优化出莱钢焦化厂当前配煤比下无烟煤的最佳配量与最佳粒度，对无烟煤配煤的工艺方案进行了探讨，并对其经济效益作了预测。     

配加沥青对气煤焦气化特性的影响及动力学分析

为考察煤中配加沥青制得焦炭的气化反应特性,采用程序控温炉研究不同沥青配比条件下气煤焦在1 050、1 100、1 150℃温度下与CO2的等温气化反应特性,同时采用体积模型(VM)、收缩核模型(SCM)和随机孔模型(RPM)对气煤焦气化反应动力学进行分析。结果表明:随着反应温度的升高,焦炭的气化反应性逐渐增加,而随着沥青配加比例的增加,其反应性逐渐降低,当沥青配比从3%增加至6%时,气化反应指数R大幅度降低。随机孔模型表征气化反应动力学行为效果最好,利用随机孔模型计算得沥青添加量为3%、6%、15%时,气煤焦气化反应活化能分别为50.15、57.16、75.61k J/mol,随着沥青配加量的增加,气煤焦反应性降低。     

不同干馏温度下高炉喷吹煤粉的反应性比较

采用热重法对几家钢厂煤粉在不同干馏温度下二氧化碳(CO2)气化反应性进行研究。实验结果表明:喷吹煤粉的碳转化率在相同反应温度下随干馏温度的升高而减小,最大气化反应速率随干馏温度的升高逐渐增大。动力学计算表明各钢厂喷吹煤粉的气化反应级数为2/3,活化能以及指前因子随干馏温度的升高而增大。     

煤焦气化反应及硫的析出特性分析

对来自河津、伊泰及灵石的3种煤焦与CO2和水蒸气在气化反应中的反应特性及硫的析出特性进行了研究,并对气化硫析出的2种主要产物H2S和COS进行监测分析。结果表明:在CO2气氛和水蒸气气氛中3种煤焦的气化反应性由大到小依次为伊泰煤焦、灵石煤焦、河津煤焦,且随着气化温度的升高煤焦的气化反应性增加,同时由于水蒸气要比CO2气化反应产生活性位的数量多,使得煤焦的水蒸气气化反应性高于CO2气化反应性。在CO2气化过程中,由于生成的CO气体量多,煤焦中的硫大部分以COS的形式逸出到气相中,几乎没有H2S生成;而在水蒸气气化过程中,煤焦中的硫以H2S形式逸出到气相中,没有检测到COS的生成,这主要是因为在还原剂存在的条件下煤焦中各种形态的硫都可被还原为H2S。     

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。     

锌-锡液态金属碳气化反应的实验研究

液态金属气化技术是一种清洁的气化技术。因其原料适应性广,反应系统架构简单,适用于以固体碳为基础的分布式能源供给。反应过程中空气中的氧元素与熔融态的金属床料反应生成金属氧化物,再由碳原料还原氧化物生产含CO的产品气。为提高产品气中CO的比例,系统中引入了氧化锌(ZnO)以促进CO的生成。程序控温气化反应测试结果表明,氧元素由氧化锌向碳的迁移过程是气化反应的控制步骤,拓展熔池内部氧元素迁移路径,强化氧元素由氧化锌向碳的迁移过程是提高液态金属气化速率的重要途径。碱金属碳酸盐(Na_2CO_3,K_2CO_3)在高温下形成熔融态的氧传导路径,使得由氧化锌到碳原料的氧传导得到增强,改善了煤气化的反应特性。对不同碱金属碳酸盐的实验结果表明,具有较高氧离子传导率的碳酸盐能够使得熔体具有更好的煤气化特性。采用两种碳酸盐混合物制成的低熔点碳酸盐体系能够在较低温度(约720℃)时发挥氧离子传导的作用,促进气化反应在低温状态下的发生。     

3种煤焦的CO2气化反应特性及动力学模型

为探索不同煤种的气化反应特性及其动力学,以神木煤、新疆准东煤和印尼加里曼丹岛煤3种煤质差异较大的低阶煤为原料,在水平管式炉上制备了3种煤样的900 ℃快速热解煤焦,并采用热重分析仪考察了3种煤焦的非等温和等温气化特性,用分布活化能模型和随机孔模型拟合了煤焦的CO2气化反应速率与碳转化率间的关系。研究结果表明：煤焦的非等温气化反应活性和等温气化反应活性存在一定的差异,气化温度、煤种及煤灰分中的碱金属均影响气化反应活性,煤焦的等温气化反应活性为印尼加里曼丹岛煤焦的最高,神木煤焦最低,气化温度对神木煤焦的影响更显著。分布活化能模型和随机孔模型计算的活化能存在一定的关联;随机孔模型能较好地拟合煤焦气化实验数据。     

拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应特性

基于拜耳法赤泥的综合利用和煤焦-CO2气化反应,提出利用拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应,在固定床热重分析仪上进行了拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应的研究。考察了拜耳法赤泥的添加方式、添加量及反应温度对煤焦-CO2的催化气化反应特性;并将拜耳法赤泥与K2CO3催化活性进行了对比;分析了拜耳法赤泥催化反应机理,采用了缩核模型、混合模型及修正的体积模型对拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应动力学进行了分析,结果表明：湿法添加拜耳法赤泥对煤焦-CO2具有很好的催化活性,而干法混合会抑制煤焦-CO2反应,因此选择湿法添加赤泥;得出拜耳法赤泥的最佳添加量为8%;随着温度的升高,煤焦-CO2催化气化反应性指数不断增加;在1 373.15 K时,8%拜耳法赤泥催化活性与该温度下10%含量的K2CO3催化性能相当;修正体积模型相比缩核模型、混合模型能够更好的解释催化气化动力学过程。因此,拜耳法赤泥对煤焦-CO2反应具有很好的催化作用,并且拜耳法赤泥还可以得到有效的利用。     

煤在高浓度CO2环境下的燃烧、气化及吸附实验

利用热重-差热分析（TG-DTA）探讨了大同煤样在20～1 400 ℃,在不同O2浓度（≤5%）的CO2气体环境、不同升温速率及气体流量条件下的燃烧及气化反应特征。同时,对50～200 ℃条件下煤对二氧化碳（CO2）气体的吸附特性进行了研究。随后,应用能谱分析仪对残余灰分进行了碳含量分析。实验结果表明,煤在高浓度CO2氛围中的燃烧是在360～1 100 ℃;煤在高浓度CO2氛围中的气化是在1 100～1 300 ℃。常压下当环境温度低于200 ℃时,煤对于100%CO2气体主要表现为物理吸附,且吸附量随温度的降低遵循阿伦尼乌斯方程。当温度低于1 000 ℃时O2浓度对残余灰分中碳含量有着较大的影响;但是当温度高于1 000 ℃发生气化反应后,残余灰分中碳含量的结果没有显示出过多地依赖O2的浓度。     

煤与不同原料重整气化制甲醇对CO2排放的影响

通过介绍煤制甲醇对整个煤化工行业CO2排放的影响,选择以煤制甲醇工艺CO2排放为研究对象,分别叙述了煤气化制合成气,煤与天然气、煤与焦炉气以及煤与重质油重整气化制合成气联合生产甲醇过程中,吨甲醇产品工艺CO2排放情况,探讨不同煤气化形式对工艺CO2排放的影响因素,为如何通过气化工艺选型,降低煤制甲醇生产过程中工艺CO2排放量提供理论判断依据。     

煤焦与水蒸气气化反应热力学分析

为研究煤气化反应的热力学过程,以煤气化反应中最重要的煤焦与水蒸气反应过程为研究对象,对反应热效应、吉布斯自由能、平衡常数、平衡转化率进行了分析,得出温度、压力、水碳比(物质的量之比)3个参数对气化反应的影响规律。结果表明:随着气化温度的提高,平衡转化率增加,供给气化反应体系的总热量增加,原料显热大量增加;而压力的提高使平衡转化率降低,供给气化反应体系的总热量增加,说明压力增加对提高煤的转化率不利;水碳比增大导致平衡转化率提高,供给气化反应体系的总热量增加,其原因是水碳比增大使化学反应热、原料显热大量增加,虽然转化率随着水碳比增大得以提高,但热损失增加。     

一种褐煤煤焦水蒸气和CO2气化活性的对比研究

面向循环流化床褐煤热解-部分气化-残炭燃烧分级转化工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700～950 ℃,以快速热解和慢速热解方式制备煤焦,考察煤焦表面形貌和结构随制焦条件的变化。利用热分析技术研究气化温度、热解温度和热解速率对煤焦水蒸气和CO2气化反应活性的影响。结果表明：煤焦气化反应速率主要受气化温度影响,受热解温度的影响相对较小;煤焦分别与水蒸气和CO2气化的活性有较大差异,差异随着气化温度的升高而减小;与煤焦的水蒸气气化相比,热解条件对煤焦的CO2气化活性影响更大;煤焦水蒸气气化和CO2气化的反应性指数之间的关系可用二次曲线进行描述,在10%～80%碳转化率范围内分布活化能存在良好的线性关系。