不同影响因素对煤焦气化特性的影响

为了消除内、外扩散对煤焦气化反应的影响,通过热重分析仪进行了3种煤焦的气化反应实验,气化剂为CO2.研究了焦样粒径大小、焦样质量和气化剂流量对气化反应的影响,最终确定消除内、外扩散时的实验条件.此外还研究了气化温度对煤焦气化过程的影响.根据实验结果选取了3种动力学模型进行拟合,选取最适合描述气化反应的模型.结果表明:煤焦粒径对气化反应没有影响;随着煤焦质量减少,煤焦气化活性增加,但煤焦质量降低至一定值后气化活性不再变化;随着CO2流量增加,煤焦气化活性增加,但CO2流量增加至一定值后气化活性不再变化.混合反应模型最适合描述煤焦的气化反应过程.     

单颗粒煤焦燃烧反应动力学研究方法

采用热天平研究了福建龙岩和加福的两种煤焦的单颗粒燃烧过程。探讨其燃烧过程中的气体扩散、灰层以及反应阻力的影响,建立了单颗粒煤焦燃烧过程分析方法,并由此建立了单颗粒煤焦热天平测定化学反应本征动力学常数的新方法。研究发现,随着单颗粒煤焦燃烧的进行,燃烧总阻力逐渐减小,当反应趋于结束时,燃烧阻力不再随反应时间变化,而是趋于稳定,此时燃烧阻力即为化学反应本征动力学的阻力,由此测定化学反应本征动力学常数。通过对不同温度、不同粒径煤焦以及不同空气流量下的实验与分析,表明该测定方法稳定性好,且测得的煤焦燃烧本征动力学常数和活化能与文献报道一致。     

包含反应阶数变化的分形煤焦颗粒燃烧模型的建立与实验验证

为了深入研究煤焦燃烧的机理并提高对煤焦燃烧过程的预测精度,建立了一个综合的煤焦燃烧模型。该模型考虑了煤焦颗粒孔隙内二次反应与扩散的耦合作用、煤焦燃烧反应阶数的变化和反应过程中CO/CO₂比例等问题。使用热天平(TGA)对11种煤焦的燃烧特性进行分析,测得各种煤焦的表观活化能与指前因子,以确定模型中的待定参数。在沉降炉(DTF)中对这11种煤焦做燃烧实验,用TGA基于灰分守恒测得DTF炉管出口处的煤焦样品的转化率。运用建立的模型模拟这些煤焦的燃烧过程,预测的转化率与实验结果有较好的吻合度,相比传统的本征动力学模型,该模型预测的精度有了较大提高,证明了该模型能适用于从褐煤到无烟煤的较广煤焦范围。研究还发现,煤焦燃烧的表观反应阶数在燃烧过程中不断减小并最终趋于稳定。     

内在矿物质对煤焦燃烧特性影响的动力学研究（Ⅰ）等温热重研究

选择宁夏地区2种烟煤和2种无烟煤作为实验煤样,用浮沉法得到灰分在30％左右的煤粉在马弗炉上900℃制焦,然后用化学脱灰法处理煤焦样,得到超低灰煤焦样。在WCT-2型热重分析仪上,在消除内、外扩散影响的条件下对高灰煤焦和脱灰煤焦进行等温热重实验。动力学分析的结果表明：2种烟煤焦脱灰后的活化能降低,2种无烟煤焦脱灰后的活化能升高;烟煤中的矿物质对烟煤的燃烧有阻碍作用,无烟煤中的矿物质对烟煤的燃烧有促进作用。     

煤炭流化床燃烧与热天平燃烧动力学关系研究

通过对不同煤种在热天平中的单颗粒燃烧过程的分析发现:煤种、颗粒大小、氧气浓度对颗粒燃烧完全所需要的时间影响特别显著;而在一般流化床生产运行温度范围内,温度对颗粒燃烧完全所需要时间的影响有限;同一煤种不同颗粒煤焦孔隙率的影响很小.通过对单颗粒热天平燃烧实验,考查不同煤种及颗粒大小等各因素对颗粒燃烧过程的影响,可方便地指导流化床的设计以及生产运行过程中工艺的调整.     

等温热重分析法对煤焦反应动力学特性研究

针对工业气化炉二级旋风分离器的气化后半焦,同时选取京能烟煤在1173K,1273K和1373K三个温度下快速热解焦炭作为比较,在TGA/SDTA851e型热重分析仪上,对四种经历不同热过程的焦炭进行等温热重实验,实验温度范围为773K～1023K,研究煤焦燃烧反应动力学特性及其影响因素.煤焦制取方式和热解温度的不同决定了煤焦反应性的不同,在这四种煤焦中,气化半焦JC的反应性最小,而京能烟煤三种热解煤焦的反应性随着热解温度的升高而减小.随着燃烧温度和氧含量的升高,煤焦的反应速率在增大.同时,用半转化率法确定了煤焦燃烧的转捩温度和各个反应区域的活化能,在化学反应动力区,JC,JN-1,JN-2和JN-3活化能分别为115kJ/mol,57kJ/mol,70kJ/mol和97kJ/mol,与等转化率法所求得的平均活化能相近.随着煤焦转化率的增大,反应越来越困难,活化能也在增大,而且煤焦燃烧反应离开化学反应动力区的转捩温度也在升高.     

煤粉孔隙结构对燃烧过程的影响

提出无形孔模型,建立了控制煤粒燃烧过程的颗粒内部多相燃烧动力学方程、传热和传质方程、流动方程等,对单颗煤粒内部燃烧过程模型进行了数值求解,研究了孔隙率、比表面积、颗粒尺寸、颗粒温度等因素对煤焦反应性和燃烧机理的影响,并与Smith的实验结果进行了比较.     

油页岩半焦燃烧动力学研究

燃烧动力学是研究油页岩半焦颗粒燃烧特性的基础。利用热重分析仪对油页岩半焦进行了恒温燃烧实验研究,在排除外扩散影响的基础上,分析了燃烧温度、氧气浓度对油页岩半焦燃烧过程的影响。在实验范围内,氧气浓度和燃烧温度均能对油页岩半焦燃烧速率产生重要影响,更高的氧气浓度和燃烧温度可以加快油页岩半焦燃烧速率。结合实验结果,建立了考虑氧气浓度影响的油页岩半焦燃烧动力学模型,发现油页岩半焦燃烧速率与氧气浓度的0.97次方呈线性关系。模型计算结果与实验结果符合较好,为进一步研究油页岩半焦大颗粒燃烧特性提供了燃烧动力学基础。     

苯乙烯和四氯化碳加成反应动力学的研究

以负载氯化亚铜为催化剂,研究了苯乙烯和四氯化碳加成反应的动力学,为工业反应过程的开发和操作提供了理论依据.在本实验条件下,催化剂的粒径为10-8～10-7m,内扩散影响可以忽略.当搅拌速度大于210 r·min-1时,外扩散影响基本消除,反应进入动力学控制区.系统地测定了65～75℃下的反应动力学数据.依据自由基加成反应机理和单活性位吸附的假设,建立了动力学模型,-rA=K[CA] [CB]+k1[CB].对实验数据进行非线性拟合,得到反应动力学模型参数.计算得到其控制步骤—解离吸附的反应活化能为1.11×103kJ·mol-1.动力学模型与实验数据吻合较好,在实验范围内可信度较高.     

FX-01催化剂上苯与丙烯烷基化反应过程研究(Ⅱ)反应器工况模拟

通过对FX-01沸石催化剂上苯与丙烯的烷基化反应中试工况进行模拟,判识了合适的外扩散传质关联式,并计算出外扩散传质阻力,得出了反应过程的控制步骤。固定床鼓泡反应器中烷基化反应过程阻力的大小顺序为:气液膜阻力>液固膜阻力>内扩散阻力与化学反应阻力之和。     

Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理的实验研究

利用TG-DTG法和DTA法研究了无烟煤催化燃烧时燃点的变化情况,结果表明Fe2O3可使无烟煤的燃点降低。基于无烟煤燃点的形成原因和催化热解过程,研究了催化热解过程中热解转化率、热解气组成、半焦表面结构的变化情况,结果表明Fe2O3促进了无烟煤的热解,热解转化率、热解气的组成明显变化,热解气热值增加。催化热解产生的半焦表面形貌粗糙,颗粒细碎,比表面积大。由于热解过程直接影响到点燃过程,因此通过催化热解的研究,可知催化燃烧过程中均相燃烧（热解气燃烧）提供给异相燃烧（半焦燃烧）的热量高于非催化燃烧。同时催化热解所得半焦的吸附氧气能力强,在低温时吸附氧气的速率较快,缩短了达到点燃时所需氧气浓度的时间,进而降低了无烟煤的燃点。     

Single char particle combustion at moderate temperature: effects of ash

The effects of ash content, ash layer heat and mass transfer on a single granulated char particle (10–18 mm in diameter) combustion in an air stream (12 cm s⁻¹ in cold base) are studied. The transient temperature of various ash content char particle burning in the surrounding gas temperatures of 900 to 1200 K is simulated. Agreement between simulated and experiment results is obtained by adjusting the ash layer diffusion coefficient and heat conductivity, surface emissivity and the reaction rate constant. The reaction rate constant plays an important role in modeling the initial stage of char particle combustion even when the overall rate is ash layer diffusion controlled. It determines the particle heating rate in the initial stage of combustion, and then indirectly influences the peak temperature. The ash layer diffusion resistance affects the rate controlling processes and the pattern of the time-temperature profile. The higher ash content char particle burns with a lower peak temperature and earlier temperature decrease due to the lower ash layer porosity and lower ash layer diffusion coefficient. It is concluded that the high ash particle combustion is controlled by ash layer diffusion except in the initial stage of combustion. As for the lower ash content char particle, it is controlled mainly by reaction at lower ambient temperature and by film diffusion at a higher temperature in the earlier stage. However, in the last stage, it is controlled by ash layer diffusion. The transition occurs when the ash layer is formed and the diffusion resistance is significant, and it is at that time that the particle reaches its peak temperature.     

串行流化床煤气化试验

针对串行流化床煤气化技术特点,以水蒸气为气化剂,在串行流化床试验装置上进行煤气化特性的试验研究,考察了气化反应器温度、蒸汽煤比对煤气组成、热值、冷煤气效率和碳转化率的影响。结果表明,燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该煤气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N₂的高品质合成气。随着气化反应器温度的升高、蒸汽煤比的增加,煤气热值和冷煤气效率均会提高,但对碳转化率影响有所不同。在试验阶段获得的最高煤气热值为6.9 MJ•m^-3,冷煤气效率为68％,碳转化率为92％。     

传质对热天平坩埚内煤焦气化反应的影响

热天平标准配置的坩埚为四周及底部密封的敞口容器,气流不能穿过物料层从坩埚底部流出,从而影响煤焦气化反应的动力学行为.研究了坩埚尺寸、物料床层厚度对杯状坩埚内煤焦-CO₂气化（气固相反应）影响.采用PHOENICS软件模拟分析了杯状坩埚附近及内部流体运动、浓度分布,同时建立了杯状坩埚内煤焦-CO₂反应-扩散模型,两者能很好地吻合.杯状坩埚中进行的煤焦-CO₂反应模型参数φ和D_a反映了气体质量传递对反应的影响.     

亚硫酸盐强制氧化传递与化学反应动力学

在湿法烟气脱硫的过程中,吸收塔底部发生的反应主要是亚硫酸钙和空气或氧气之间的气液传递与化学反应过程,根据双膜理论模型,分析了该反应的吸收机理,用一种图像边界识别的方法分析亚硫酸盐强制氧化气液反应.在没有催化剂或固定钴离子催化剂浓度时,SO^2-₃存在临界浓度0.328 mol•L^-1.当SO^2-₃的浓度低于0.328 mol•L^-1时,过程为双膜控制,SO^2-₃的反应级数为1;当SO^2-₃的浓度大于0.328 mol•L^-1时,过程逐渐变为气膜控制,SO^2-₃反应级数为0.当固定SO^2-₃浓度时,催化剂钴离子的反应级数则受到气液传质的影响,分为几个阶段,且反应级数不同.     

含选矿捕收剂的铝酸钠溶液红外光谱

微量长烃链脂肪酸型捕收剂吸附在铝土矿选精矿上,随选精矿进入拜耳法流程,使拜耳法重要中间物料铝酸钠溶液中有机物成分发生变化.本文采用膜加水的制样方法,测定长烃链脂肪酸型捕收剂存在下的铝酸钠溶液红外光谱,研究了其对铝酸钠溶液结构的影响.结果表明：膜加水制样方法测定铝酸钠溶液红外光谱,特征峰明显,能满足试验的要求;具有羧基官能团的长烃链脂肪酸型捕收剂的存在使苛性比α_k=3.0、浓度ρ_Na2O=220 g•L^-1和α_k=1.56、ρ_Na2O=160 g•L^-1的铝酸钠溶液Al—O—Al键随捕收剂含量的增加而增多,而Al（OH）^-₄键峰强基本不变;同时发现α_k=1.56、ρ_Na2O=160 g•L^-1的铝酸钠溶液Al—O—Al振动带和Al—OH反对称弯曲振动带峰强高于α_k=3.0、ρ_Na2O=220 g•L^-1的铝酸钠溶液的峰强.     

超细与常规煤粉燃烧动力学特性及计算分析

采用热重-差热分析仪研究了元宝山褐煤与大同烟煤2个煤种常规粒度与超细粒度各4个煤样的燃烧特性,其升温速率均为30 ℃•min^-1、所用气体为纯O₂、气体流量均为80 ml•min^-1.根据试验数据计算了各试验煤样的综合燃烧特性指数和高、低温度段的燃烧动力学参数,用重量加权平均法计算了各煤样的平均表观活化能,重点讨论了常规粒度与超细粒度煤粉的燃烧特性的差异.     

三相机械搅拌反应器气液传质

由空气-水、液体石蜡-细颗粒黄沙、石英砂、催化剂构成三相体系,常压下在表观气速0.10×10^-2～1.5×10^-2cm•s^-1 、固体浓度为0～0.34 g•ml^-1溶剂、搅拌转速450～1500 r•min^-1的实验条件下,采用溶氧仪研究了三相机械搅拌反应器的气液传质特性,考察了操作参数和液体性质、颗粒粒径及密度等物性因素对液相容积传质系数k_La的影响,用改进的高斯-牛顿法进行参数估值,得到k_La与上述因素的量纲1关联式,统计检验表明,所得量纲1关联式与实验值拟合情况良好,可为后续搅拌反应釜中三相淤浆床甲醇合成过程分析与模拟提供传质基础数据.     

实时在线拉曼光谱气相均相反应动力学研究中的逆命题

提出一种全新的气相均相反应动力学的研究方法. 利用实时在线拉曼光谱的点测量特点,将所测得的气相浓度和温度值通过逆命题运算对气相均相反应过程直接去卷积,确定过程的物理和化学系数. 实时在线测量得到的沿垂直射流反应器中轴线上的组分分子振动拉曼光谱被用来确定气相组分的浓度分布.同时氮气的纯转动拉曼光谱被用来确定气相温度分布.通过该方法,得到了稳定状态下TMGa-N₂二元系中组分浓度扩散系数和气相均相化学反应速度常数,所得到的结果与其他文献值相一致.