Fe/赤泥催化水蒸气气化煤焦的反应性与微结构特性

利用固定床反应器和自制Fe/赤泥（RM）、RM催化剂,进行了900℃煤焦/催化剂不同质量比的水蒸气气化实验,并采用原位红外（FTIR）、物理吸附仪（BET）、拉曼光谱（Raman）等测试手段,分析了催化气化过程中不同阶段煤焦的气化反应性、表面官能团、孔隙结构和碳微晶结构的演变规律。结果表明,Fe1/RM2催化剂可显著提高煤焦-水蒸气的气化反应性。在Fe1/RM2/煤焦-水蒸气反应过程中,煤焦表面形成-CH₂、-COOH、酚羟基等活性官能团并与Fe1/RM2活性组分相互作用,形成新的小分子基团或化合物;煤焦的比表面积先增大后减小（6.98～323.22m²/g）,平均孔径呈现相反的变化趋势（2.91～11.25nm）;碳有序化程度先降低后提高,碳转化率为36%煤焦中无定形碳的相对含量最高（0.371）。在煤焦-Fe1/RM2-水蒸气反应初期（X_C<36%）,煤焦表面活性基团增多、比表面积增大、有序化程度降低,综合提高了煤焦-水蒸气气化反应性;降低36%≤X_C≤62%阶段的碳有序化程度,对煤焦气化反应性的提高具有显著意义。     

酒糟与煤焦在CO2气氛下的共气化特性

利用固定床反应器研究了酒糟和煤焦在CO2气氛下的共气化特性,考察了实验样品的孔隙结构、表面元素组成及灰分矿物组成. 结果表明,酒糟和煤焦在CO2气氛下共气化过程中存在协同作用,产气中除CO2外,主要产生CO, H2和CH4气体,且在酒糟掺混比例为80%时浓度最高. 气化反应温度和酒糟掺混比例是影响共气化反应的主要因素,酒糟掺混比例相同时,900?1100℃范围内随温度升高,共气化反应活性提高;温度相同时,20%?80%范围内随酒糟掺混比例增加,共气化反应活性增大. 酒糟含69.47%挥发分,且在气化过程中产生大量孔隙及酒糟和煤焦中分别含K和Ca元素对共气化反应起催化作用,是共气化反应活性提高的主要原因.     

白酒酒糟与污水污泥共气化制氢反应特性及协同性分析

利用固定床为反应器、水蒸气为气化剂进行了污水污泥（SS）和白酒酒糟（SDG）的气化实验,通过分析二者的掺混比和反应温度对二者气化特性的影响,推导了二者共气化的协同作用及协同机理。结果表明,污水污泥比白酒酒糟气化反应活性更强,白酒酒糟比污水污泥合成气选择性更高,二者在气化中存在互补作用。污水污泥与白酒酒糟共气化时,随着共混物中白酒酒糟比例的提高,氢气含量逐渐提高、一氧化碳含量逐渐降低;提高反应温度和增大污水污泥比例,可以提升气化反应的活性。当反应温度为800℃、污水污泥与白酒酒糟的质量比为1∶1时,污水污泥与白酒酒糟共气化具有最大的协同因子（1.36）。污水污泥和白酒酒糟中的钾和钙对气化反应产生了协同催化效果,催化机理为钾和钙的氧化还原循环。     

酒糟焦与无烟煤焦共气化特性的研究

利用固定床反应器研究了酒糟焦与无烟煤焦在CO_2气氛下的共气化反应性。采用扫描电镜和X射线能谱分析手段,考察了焦样的孔隙结构和表面元素组成。结果表明:酒糟焦与无烟煤焦共气化过程中,除气化剂CO_2外,尾气主要产生H_2和CO;共气化过程中具有明显的协同作用,气化温度和酒糟焦掺混比是影响共气化反应的主要因素,共气化反应活性随气化温度的升高和酒糟焦掺混比的增加而增大;酒糟含有的高挥发分在气化过程中产生大量蜂窝状的孔隙结构,酒糟焦和无烟煤焦中分别含有的K元素和Ca元素对共气化反应起到的催化作用,是共气化反应活性提高的主要原因。     

干燥/热解与半焦气化解耦的生物质气化特性

利用固定床上下两段反应器,以酒糟为气化燃料,对比分析了解耦气化与传统耦合气化的焦油产率、碳转化率和气化效率的差异. 结果表明,在解耦气化热解温度550℃、气化温度800℃、耦合气化温度800℃、燃料含水量40%(w)和气化剂中氧含量4%(j)的条件下,相对于传统的耦合气化,解耦气化焦油产率降低了35.3%,气化效率、碳转化率和产气率分别提高4.0%, 18.4%和20%. 提高燃料含水量(0~80%, w)、气化温度(800~900℃)和气化剂中氧含量(4%~6%, j),解耦气化的焦油产率降幅、生成气中H2或CO含量及燃料C转化率的增幅均比耦合气化高.     

烟煤在超临界水中催化气化的研究

以鄂尔多斯烟煤为例,利用间歇反应釜,在超临界水条件下考察了反应温度、水煤比以及K2CO3添加量等因素对煤气化反应的影响.结果表明,温度对煤的转化率和气相收率有重要影响,且转化率和气相收率随温度的升高而增加;增加水煤比会提高煤转化率和气相收率,但其对气体组成和煤转化率影响的幅度随水煤比的增加而减小;在5%～20%(质量分数)煤催化剂添加条件下,煤转化率随催化剂添加量的增加而迅速增加.在研究考察范围内,煤颗粒尺寸在80目～150目范围内,最佳的反应条件是:反应温度为650℃,水煤比为20∶1,K2CO3添加量为20%(质量分数)煤.相应的反应结果是:煤转化率达到84%以上,气相收率高于3 000 mL/g daf coal,其中氢气收率为1 900 mL/g daf coal,甲烷收率为450 mL/g daf coal.     

煤焦与水蒸气及二氧化碳的气化反应动力学

本文应用恒速升温热重法对6种中国煤焦与二氧化碳和水蒸气的气化反应进行研究。采用下面二个动力学方程来求算气化反应动力学参数。计算机处理实验数据结果表明n=1的相关系数及计算值与实验结果的一致性都比n≠1的好。 K_2CO_3用作催化剂能明显加速义马长焰煤焦与二氧化碳和水蒸气气化反应速率,可预测K_2CO_3对其他5种中国煤焦亦有较明显的催化气化能力。     

天然焦的热解与催化气化反应特性研究

由于天然焦点火的难点和热点可爆性的特点,它的应用在很大程度上收到了限制。首先分析了天然焦热解特性,给出了热解动力学方程和试验结果及天然焦催化气化特性。主要分析了钾基催化剂、钙基催化剂对天然焦一CO2气化反应特性的影响,结果表明随着K含量的增加,天然焦的气化活性增强,但碳转化率的速度渐渐慢了下来;Ca也有效地促进天然焦的气化,天然焦的气化活性先上升后下降与钙离子浓度增加有着非常重要的关系,需要对钙的浓度进行定量。     

生物质与煤在CO_2气氛下共气化特性的初步研究

利用热重分析仪研究了CO2气氛下的生物质半焦、煤焦及其混合焦的反应性,结果表明,在相同条件下,木屑半焦的气化反应性明显高于褐煤半焦.且参与反应的两种半焦,其反应性均随反应速率而提高,而温度也是影响其气化活性的重要因素.研究还发现,在温度高于1 173 K的条件下,混合物半焦的气化反应性较单一组分半焦的反应性差.     

木质原料催化气化的研究

本文论述了以松木屑为原料，添加适当的催化剂，分别用空气和水蒸气作为气化介质。     

氧化钙对石油焦二氧化碳气化反应的影响

为了改善石油焦的气化反应活性,利用热重分析仪,在常压二氧化碳气氛下,以10℃/min的升温速率从40℃升到1400℃,研究CaO对石油焦二氧化碳气化反应的影响。结果表明,随着CaO添加量的增加,石油焦的气化反应活性先增加后降低,当CaO的添加量为4%时,石油焦的气化反应活性达到最大。     

煤炭地下气化废水催化气化褐煤实验研究

为了考察煤炭地下气化工业试验基地废水的催化活性,探究利用该废水进行地下催化气化工业性试验的可行性,对乌兰察布褐煤进行了不同压力下的活性评价实验.结果表明,煤炭地下气化废水对乌兰察布褐煤的气化起到了良好的催化效果,在添加一定量煤炭地下气化废水后,其碳转化率由80.19%提高到89.82%;煤气产率由4.2m3/kg增加到5.2m3/kg,增加了原来的23.8%.随着反应压力的提升,碳转化率及煤气产率均呈现不同程度的降低,煤气组分中H2,CO和CO2含量也呈现不同程度的降低;而CH4含量随着压力的提升持续增加.     

煤焦加压水蒸气催化气化反应特性及甲烷释放规律研究

以内蒙褐煤焦为研究对象,K_2CO_3为催化剂,在小型加压固定床上考察了反应温度、操作压力和水碳比对煤焦水蒸气气化反应过程中碳转化率、反应速率和甲烷浓度及其累计流量的影响。结果表明,随着反应温度的增加,碳转化率和反应速率显著增加,甲烷浓度及其累计流量也增加,表明甲烷化反应在600~700℃内仍受动力学控制。操作压力的提高,碳转化率和反应速率呈先增加后减小的变化趋势,而甲烷的浓度逐渐增加,其累计流量由常压下的2.4 mL逐渐增加至3.5 MPa下的43.2 mL。随着水碳比的增加,碳转化率和反应速率大幅增加,但是甲烷的浓度逐渐降低,甲烷的累计流量受反应速率和反应平衡的共同影响,呈先增加后减小的趋势。     

煤焦加压水蒸气催化气化反应特性及甲烷释放规律研究

以内蒙褐煤焦为研究对象,K_2CO_3为催化剂,在小型加压固定床上考察了反应温度、操作压力和水碳比对煤焦水蒸气气化反应过程中碳转化率、反应速率和甲烷浓度及其累计流量的影响。结果表明,随着反应温度的增加,碳转化率和反应速率显著增加,甲烷浓度及其累计流量也增加,表明甲烷化反应在600⁷00℃内仍受动力学控制。操作压力的提高,碳转化率和反应速率呈先增加后减小的变化趋势,而甲烷的浓度逐渐增加,其累计流量由常压下的2.4 mL逐渐增加至3.5 MPa下的43.2 mL。随着水碳比的增加,碳转化率和反应速率大幅增加,但是甲烷的浓度逐渐降低,甲烷的累计流量受反应速率和反应平衡的共同影响,呈先增加后减小的趋势。     

松木焦CO2气氛催化气化特性研究

生物质焦CO2气化主要是通过气化剂CO2和焦中的碳发生反应,从而制取得到高纯度可燃气CO.采用热重分析法研究不同过渡金属催化剂(Ni,Ce,Fe和Cr)以及不同气化温度下松木焦在30%CO2气氛下的气化特性,采用n级反应模型并利用ABSW微分法,计算出高温段710℃～990℃松木焦催化气化动力学参数.结果表明,随着气化温度的升高,反应完成的时间缩短,气化温度达到850℃以上,才能有较高的反应速率,添加4种过渡金属对气化均有明显的促进作用.其催化效果由高到低依次为:Ni,Ce,Fe和Cr.采用n级反应模型可以很好地拟合高温段的实验数据.     

木质原料催化气化的研究

本文论述了以松木屑为原料，添加适当的催化剂，分别用空气和水蒸气作为气化介质，在微分反应器中进行催化气化的研究。试验分别研究了Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣａＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、稀土氯化物和稀土氧化物及３种不同物质的混合物等１４种催化剂，在不同的反应温度和催化剂载量的条件下，用空气或水蒸气进行气化反应，对反应气体产物的组成和反应动力学的影响。试验结果表明：对空气气化反应而言，ＣａＯ是一种既经济又有效的催化剂。而水蒸气气化反应，混合型催化剂具有良好的催化性能，其次为Ｋ_２ＣＯ_３和ＮａＣＯ_３。     

准东煤水热提质及废液催化气化特性研究

准东煤的碱金属(特别是Na、Ca)含量高,直接作为动力煤燃烧会导致严重的锅炉沾污、结渣。采用水热提质方法能够有效脱除煤中碱金属,同时还可改善煤质的理化特性,但水热提质也会产生大量废液,并导致有机质损失,原料的能量利用率低,限制了该方法的应用。针对上述问题,将水热提质技术与废液气化技术进行耦合,在水热反应釜和自制的两段式反应装置上开展了准东煤水热提质改性及衍生废液催化气化的试验研究,探究了提质后三相产物的分布特性及废液的催化气化特性。结果表明,随着水热温度的升高,煤样的固体回收率降低,废液中总有机碳(TOC)和气体产物显著增大,但至少有97.8%的碳元素分布在固相产物中。废液催化气化产生了富含CH_4、H_2的可燃气,最高占比达到70%。Ni/C催化剂中Ni元素对废液的气化起催化作用,催化效率随着水热温度、气化温度的升高而升高,随液时空速的升高而降低。优选的催化气化试验条件:Ni/C催化剂、水热温度为300℃、催化气化温度为350℃和液时空速为150 h-1。总之,水热提质-废液催化气化联用技术既可以实现煤质的改性,又回收了废液中的能量,能够为准东煤的清洁、高效利用提供新的思路。     

煤泥的二氧化碳气化动力学

立足于煤泥的生产现状,利用热分析方法,研究了石圪台煤泥和浮选后的精细煤泥在不同的升温速率条件下的二氧化碳气化反应,得到了气化反应的TG/DTG曲线,并计算了气化转化率,考察了浮选对煤泥气化特性的影响.选用Coats-Redfern和Doyle近似式对气化过程进行动力学模拟,求解了气化反应活化能和指前因子.结果表明,煤泥和精细煤泥的活化能均随升温速率的增大而减小;在相同的升温速率下,两者的活化能相差不大;煤泥中含量较高的矿物质和灰分对气化具有催化作用.     

无烟煤二氧化碳气化反应动力学研究

应用热分析原理以非等温方法研究二氧化碳与无烟煤的气化反应,并通过Freeman-Carroll微分法和Coats-Redfern积分法求解动力学参数.结果表明:不同分析方法和拟合区域会影响热分析结果;采用均相一级反应模型进行拟合,得到气化反应速率常数、反应活化能和指前因子.贵州无烟煤和山西无烟煤气化反应最佳温度区间接近,动力学参数相差不大.     

煤炭地下催化气化工艺的研究

提出煤炭地下催化气化新工艺的概念,研究利用高压雾状催化剂-水蒸气带入装置并以钙基化合物为催化剂进行煤炭地下催化气化.在小型模拟地下气化炉中,以大雁褐煤为煤样,选用氢氧化钙水溶液(质量分数为5%,10%,15%)为催化剂进行纯氧气化.结果表明,添加氢氧化钙水溶液气化后的煤气与不加催化剂、添加10%CaCO3气化后的煤气相比,煤气中甲烷组分可以达到7.58%,煤气热值提高到5.43MJ/m3～7.87MJ/m3,产气率提高28%～69%,且可以稳定产气.催化剂组成(质量浓度)以添加Ca(OH)2为10%～15%之间进行气化效果最佳,为提高煤炭地下气化的稳定性开辟了一条全新的路径.