高温下神府煤焦/CO2气化反应动力学

在950~1 400 ℃,以神府煤为原料制备了各种慢速和快速热解焦,并对各种热解焦的CO2气化反应动力学进行了研究。研究结果表明：在高温范围内,修正体积模型对神府煤焦/CO2气化反应的模拟明显优于收缩未反应芯模型和随机孔模型;神府煤焦气化反应动力学从低温到高温存在一个偏折点,即低温区(950~1 150 ℃)属化学动力学控制,高温区(1 150~1 400 ℃)属扩散动力学控制。在950~1 150 ℃,神府慢速和快速热解煤焦的表观活化能范围分别为109.21~205.30 kJ/mol和86.88~116.90 kJ/mol;在1 150~1 400 ℃,分别为16.58~52.16 kJ/mol和14.00~32.91 kJ/mol;神府煤焦/CO2气化反应过程也存在动力学补偿效应。     

热重法研究煤焦H2O气化反应动力学

利用热天平实验装置对霍林河、义马、兖州、平朔、神华、大同6种煤焦进行了水蒸气气化反应性实验，实验温度为850～1050℃．通过对实验数据处理，取得了6种煤焦的反应动力学参数等，利用这些参数对煤焦水蒸气气化的反应活性进行分析比较后得出，温度是影响煤焦气化活性的因素之一，对同一煤焦而言，其碳转化率、反应速度常数、反应性指数和平均比气化速率等这些表征煤焦的气化反应性的参数，均随温度的升高而增加；6种煤焦的反应活性顺序为：霍林河、义马、神华、兖州、大同、平朔．     

非等温热重分析研究煤焦气化动力学

使用等温法和非等温法热重分析研究了神府煤焦气化反应动力学.在非等温法中,Doyle和Coats-Redfern近似函数都可以模拟煤焦气化反应过程,两种函数在不同的升温速率下得到了与等温法相近的E值.对比两个函数拟合实验数据的相关系数,确定在非等温热重分析中使用Coats-Redfern函数在15 ℃/min的升温速率下求取煤焦气化反应动力学参数是一种既简便又准确的方法.     

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。     

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。     

煤焦-CO2气化反应性及其动力学模型

采用热重分析仪在不同的升温速率下，对义马，兖州和平朔煤的3种焦样进行了CO2气化反应性研究，计算了动力学参数，并进行了反应动力学模型的优化。结果表明，在本试验条件下，义马焦样气化行为可用扩散模型描述，平朔焦样可用随机核化模型描述，兖州焦样在不同升温速率条件下需用不同的模型描述。     

淮南煤焦CO_2气化反应特性及动力学研究

采用等温热重法分析研究了2种淮南煤焦在CO2气氛下的气化特性,使用2种方法求算反应动力学参数。     

无烟煤焦的气化反应特性研究

采用热重仪,考察了高平无烟煤焦的气化反应特性;考察了氧化钙和氧化铁对煤焦的催化作用。结果表明:在800℃~1 000℃内,高平煤焦的气化反应性偏低,随温度的升高,煤焦的气化反应性呈增加趋势;添加氧化钙和氧化铁后,煤焦的气化反应性有明显增加,催化作用十分显著。     

元堡长焰煤煤焦-二氧化碳气化特性研究

为考察元堡长焰煤煤焦的二氧化碳气化反应特性,采用自制的大剂量热天平,运用等温热重技术,在温度800~1 100℃内,进行了块状煤焦-CO2气化试验。结果表明,在1 000℃以下,温度对反应速率影响较小,反应开始时气化速率较低,随时间延长呈现先升高后降低的趋势,但变化幅度较小;温度超过1 000℃后,气化速率随温度变化明显,且在反应初期即达到最大值,随后反应速率逐渐降低。采用混合反应模型对试验数据进行处理,求得元堡煤焦-CO2气化反应活化能为96.8 kJ/mol,采用等转化率法计算得到气化反应活化能为84.3~117.5 kJ/mol,两者的计算结果基本相符,初步证明元堡煤焦-CO2气化反应动力学模型符合混合反应模型。     

非等温热重法对潞安煤焦-H2O气化反应动力学的研究

用非等温热重法考察了潞安煤焦的水蒸气气化反应,分析了升温速率及水蒸气分压改变对煤焦气化反应性的影响。动力学计算结果表明：潞安煤焦气化行为可用体积反应模型来描述;通过求取的动力学参数可以发现,活化能与指前因子存在明显的动力学补偿效应,补偿效应可由过渡态理论给予解释。     

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。     

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。     

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.     

煤种配合比对煤焦水蒸气气化反应特性的影响

选取长焰煤、气煤及肥煤为原料,通过调配比例得到不同配合煤,采用捣固方法,在终温为1 150℃的程序升温马弗炉中制备坩埚焦,利用实验室固定床反应器考察煤焦的水蒸气气化反应性,并对产气量及产品气组成进行测试。结果表明,配合煤焦水蒸气气化反应性及产品气组成与配合煤比例的变化密切相关,配合煤中对焦的水蒸气气化反应性起提高作用的煤种的顺序为:长焰煤气煤肥煤。气化过程中煤焦孔隙结构的变化行为是影响煤焦反应性的主要因素,具有较大煤阶差的长焰煤与肥煤比例的相对变化对焦结构的影响最为显著,对焦的反应性的影响也最为明显。配合煤比例变化影响催化性矿物质在焦中的含量,适度增加配合煤中肥煤及气煤的比例有利于催化性矿物质在焦中的滞留,当配合煤中肥煤比例为0. 3左右时,该影响作用最为显著,煤种比例变化对配合煤挥发分组成及热解过程孔隙结构发展的影响会改变催化性矿物质在焦中的含量。焦中催化性矿物质可以促进焦气化反应过程中水煤气变换反应的发生,进而可以调变产品气的组成。在利用过剩焦化产能及低质炼焦煤制备气化焦的过程中,研究结果可以为调配配煤方案以有效改善气化焦的反应性并调变产品气的组成提供理论依据。     

神木煤焦与CO 2和水蒸气反应后期动力学特性

采用等温热重法对比神木煤焦在900～1 050 ℃分别与CO 2和水蒸气气化的反应活性。为研究气化残炭反应性,分别采用均相模型、缩核模型、混合模型和修正体积模型对煤焦气化后期反应速率与碳转化率的关系进行拟合。结果表明：混合模型和修正体积模型对实验数据有很好的拟合效果;均相模型和缩核模型的拟合效果随气化温度和反应气氛而变化;不同模型预测煤焦分别与CO 2和水蒸气反应后期的活化能范围分别为200.65～231.00 kJ/mol和105.48～169.10 kJ/mol;修正体积模型预测神木煤焦在这两种气氛中反应后期的活化能都比前中期高36 kJ/mol左右;在实验温度范围内,神木煤焦气化后期以化学反应控制为主。     

褐煤焦的理化性质及其气化反应特性

采用XRD、FTIR和SEM等分析手段,结合煤的工业分析和元素分析结果,详细分析了小龙潭褐煤焦的理化性质,并考察了该煤焦的气化反应特性。     

煤焦的高温高压反应动力学

采用不同压力、温度条件下制得的快速热解煤焦作为样品,使用热重分析仪在常压下进行煤焦-纯CO_2气化反应动力学测试,得到本征反应速率。采用Thiele模数表征反应/扩散相对强弱,并预测煤焦在高温高压反应中内扩散和本征反应对表观反应速率的影响。常压下制得的煤焦,随制焦终温的上升,煤焦的表观气化反应速率减小,而随制焦压力的上升,煤焦表观气化反应速率增大。随反应温度的升高,Thiele模数逐渐增大,表观反应从动力学控制区域逐渐进入内扩散影响过渡区域;增大反应压力(CO_2分压)可以使Thiele模数减小。增大制焦压力能够使煤焦气化反应的Thiele模数减小,使表观反应进入动力学控制区域,而制焦温度对Thiele模数影响较小,无明显规律。煤焦的平均孔径越小,在相同反应温度下,反应更容易进入内扩散影响过渡区域(Thiele模数Φ0.4)。     

不同热解条件下神府煤焦的CO2反应活性分析

对神府煤田３＃煤分别进行低温，中温，高温热解，以及在６００℃和８００℃温度下热解不同时间得到不同性质的煤焦，通过对煤焦ＣＯ２反应活性的测试，研究热解条件和ＣＯ２反应活性的关系，并且对煤焦的动力学参数进行计算讨论。