高炉熔渣中煤-CO2气化反应性的实验研究

利用STA409PC综合热分析仪以等温热重法对高炉熔渣中煤焦-CO2气化反应性进行了研究,主要考察了渣煤比、气化反应温度和煤种对气化反应的影响,并用反应速率方程法对其动力学参数进行求算.实验结果表明:煤焦的碳转化率、气化反应速率与渣煤比正相关;在煤焦的气化反应中,高炉熔渣具有一定的促进作用;在1673K以下,煤焦的碳转化率、气化反应速率峰值随温度的升高而上升,而当温度高于1673K后,煤焦的碳转化率、气化反应速率峰值随温度的上升呈现下降的趋势;不同煤种,其气化反应性有很大的差异,大同煤的气化反应性要好于阜新煤和焦炭;不同条件下,煤焦的气化反应动力学参数具有很大的差异,焦炭的表观活化能和指前因子随渣煤比的增大而升高,阜新煤的表观活化能和指前因子随渣煤比的增加先降低、后升高.     

华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化模型试验研究

通过地下气化模型试验，获得了华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化过程的一般规律．研究了汽氧比对煤气组成的影响、气化过程的稳定性以及试验条件下的煤层气化速率变化，进行了相同条件下的物料衡算．试验结果表明，纯氧煤炭地下气化，可以利用煤层合水或顶板淋水生产水煤气．华亭煤纯氧-水蒸汽地下气化可以获得合格的合成氨原料气，但需根据气化工作面的移动及煤气组成交化，采用移动点供风气化维持气化过程连续稳定进行．气化过程的物料衔算可以用来预测气化煤气的基本组成．汽氧比影响煤气组成变化，试验条件下适宜的汽氧比范围为1．5-2．煤层气化速率在供风点附近出现最大值，试验条件下的平均水平气化速率为4cm／h，平均横向气化速率为1．5cm／h．     

皮革废料焦的结构与CO_2气化特性实验研究

利用孔隙率及比表面积分析仪、扫描电镜、热天平和X射线衍射仪分别对真皮皮革废料焦的结构特性、气化特性和碳微晶结构特性进行了表征分析。研究结果表明:皮革废料热解后形成的焦孔隙结构发达,其总孔容积和比表面积分别是锡林浩特褐煤焦的7倍和19.4倍;皮革废料焦的碳微晶结构高度有序化,石墨化度达98.26%;皮革废料焦气化起始温度约为921℃;升温速率对皮革废料焦与CO2气化反应影响明显,随着升温速率的提高,气化反应的平均表观活化能降低;皮革废料焦气化活性低于锡林浩特褐煤焦。虽然皮革焦具有较高的孔隙率和比表面积,但碳微晶结构的高度石墨化导致了皮革废料焦本征反应活性较低。在皮革废料焦中添加锡林浩特褐煤焦可提高混合焦样的气化活性。     

加压热解煤焦的气化反应动力学研究

利用常压和加压热重的方法研究了我国典型煤种加压热解焦的CO_2气化反应特性和反应动力学,并引入分数维收缩核模型探讨反应级数与煤焦的表面结构特性的关系.实验结果表明:不同煤焦的CO_2气化反应速率的大小关系为小龙潭褐煤>神府烟煤坪寨无烟煤>合山贫煤.与常压热解煤焦的气化反应对比发现:加压热解降低了煤焦的反应性(高灰分的合山贫煤除外),加压热解煤焦的气化反应速率的峰位提前,同时起始气化反应速率减小.煤焦CO_2气化反应级数、速率常数与煤焦的表面结构特性及灰分密切相关.理论分析和实验均证明:煤焦比表面积越大,对应的CO_2气化反应级数也越大.     

煤焦与H2加压气化活性

用ＰＢＢＲ装置对３种不同煤化度的煤焦于０．０９８～１．９６ＭＰａ和８００～９５０℃下，进行了加氢气化试验。结果表明：用化学反应控制和体积反应模型能较好地描述３煤焦的加氢气化反应过程。以基碳转化率、平均比气化速率和平均反应速率常数为评价煤焦反应活性的指标表明３煤焦的加氢气化活性与其原煤煤化度成反比。     

生物质的气化反应动力学研究

应用等温热重法对６种生物质焦样与二氧化碳及水蒸汽的气化反应进行研究．由实验所得的质量－时间曲线确定反应的平均比气化速率，并利用速率方程ｄｘ／ｄｔ＝Ｋ（１－ｘ），求得６种焦样在与二氧化碳及水蒸汽气化反应中的表现活化能、指前因子等动力学参数．为生物质能源利用的研究提供了理论依据．     

煤和煤焦在压力下加氢气化的动力学研究——Ⅰ.温度的影响

在固定床加压反应器和加压热天平上,对五种中国气化用煤及其煤焦进行了加氢气化的动力学研究。发现在升温过程中各类产品气体的生成速率都随温度而变化,甲烷和乙烷的生成速率在600℃左右可达到最大值。沈北、蔚县煤焦在850～1000℃,2.1 MPa下加氢反应的表观活化能分别为108和95kJ/mol。随着煤焦制备温度的提高,煤焦加氢反应的平均比气化速率和最终转化率都下降。     

两段式生物质气流床气化制费托燃料的技术经济性分析

该文建立了两段式生物质气流床气化炉系统的计算模型,分析了气化温度、压力和气化剂对于气化炉特性的影响规律,介绍了生物质气化及费托合成系统的各个组成部分,并对系统进行了经济性分析。结果表明:两段式生物质气流床气化炉的气化特性优于固定床和流化床气化炉;气化温度是影响生物质气化炉气化特性的主要影响因素,当气化温度从900℃升高到1 600℃时,冷气化效率降低了19%;气化压力和气化剂的影响则相对较小;较为理想的气化条件为1 300℃、6.5 MPa、O2气化;两段式生物质气流床气化系统比流化床气化系统的生产成本更低。     

生物质气化过程热力学模型分析

为研究生物质气化过程对不同参数的响应,并寻求提高气化效率的方法,建立了基于热力学平衡的生物质气化模型,利用平衡模型分析气化过程的特性,总结了气化过程的反应规律及各种因素（如空气当量比、物料湿度、生物质种类等）对气化性能的影响．同时在平衡模型的基础之上,对参数优化问题进行了探讨．研究结果表明：随着当量比与物料湿度的增加,气体产率提高,气化效率降低．在实际生产中可以根据需要增大或减小这些参数,以使系统保持较高的气体产率或气化效率．     

气化灰渣的理化性质及其对石油焦/CO2气化反应特性的影响

采用XRF、XRD和SEM/EDS等分析手段对神华煤气化灰渣的理化性质进行了表征,并考察了气化灰渣对金山石油焦/CO2气化反应活性的影响。结果表明:炉底灰渣和炉顶飞灰的灰分质量分数分别为78.39%和62.71%;炉底灰渣中Ca和Fe的质量分数较炉顶飞灰高,而炉顶飞灰中Si和Al的质量分数则比炉底灰渣高;气化灰渣中的矿物质主要以对气化反应无催化活性的惰性物质形态存在,炉底灰渣中对含碳物料气化反应有催化作用的主要是少量的硫酸钙、氧化铁和钾芒硝(K3Na(SO4)2),而炉顶飞灰中则是少量的硫酸钙;随着气化灰渣添加量的增加,石油焦催化气化反应速率达到最大值时所对应的转化率逐渐减小。当气化灰渣的添加量为5%~30%时,石油焦的气化活性提高了2~7倍,其中炉底灰渣的催化活性稍优于炉顶飞灰。     

低灰熔点煤的高温气化反应性能

在常压、温度为800～1400℃范围内，以二氧化碳为气化剂，研究了我国神府、后布连、东胜3种煤焦的高温气化反应特性。结果表明：气化反应速率与温度的关系可以分成3个区域，低温区为反应动力学控制区，反应速率符合Arrhenius方程；中温区为内扩散严重影响区，其表观活化能约为反应动力学控制区活化能的一半；而在气化温度高于1150℃的高温区，同一温度下随碳转化率的提高气化速率的差异逐渐加大，活化能下降，反应速率随气化温度的增加反而降低。     

煤及煤焦孔隙结构的研究

本文用十种煤,比较了用CO_2和N_2测定的煤比表面积。认为用CO_2测定的比表面积更好地反映了煤的内表面积。探讨了煤和煤焦的孔隙结构与煤种、比气化速率和废水中除C_r~(6 )率的关系。     

HT-L航天炉的负荷控制

煤气化是一个十分复杂的过程,既有煤与气化剂之间的反应,也有气化剂与生成物之间的反应,既有异相反应,又有同相反应。航天炉是航天长征化学工程股份有限公司研发的粉煤气化工艺装置。航天炉负荷控制是航天气化的重要控制之一,选用合适的测量方法,平衡流量计和斯维尔流量计,实现航天气化装置氧气流量和煤粉流量的精确检测,选用安全可靠的氧气调节阀和煤粉调节阀完成调节功能。通过DCS控制系统实现航天气化炉氧气流量控制、煤粉流量控制、氧煤比控制,最终实现航天炉的负荷控制,再配以先进可靠的安全联锁系统,最终实现对航天炉气化装置的安全性和经济性。     

煤焦加压Boudouard反应动力学

将3种不同变质程度煤于1173K下制成煤焦,在PBBR装置上于1073～1223K温度和0.29～2.47MPa下进行煤焦Boudouard反应试验。提高反应温度和压力均能使煤焦的基碳转化率和平均比气化速率增大,且显示温度的影响大于压力。随着原煤变质程度加深,其煤焦的气化活性减小。未反应芯表面反应模型能较好描述此气化过程,并可计算出反应动力学参数。活化能,频率因子和反应级数。用Na_2CO_3和K_2CO_3作催化剂能明显加速官地煤焦与CO_2气化反应速率,并显著降低其反应活化能,且K_2CO_3的催化效果大于Na_2CO_3。     

煤焦催化气化中非均相反应动力学的研究

以神木煤焦为研究对象,在小型加压固定床上考察了不同气化剂(水蒸气、二氧化碳、氢气)、催化剂负载量、水蒸气分压、氢气分压和一氧化碳分压对碳转化率和气化反应速率的影响。结果表明,对于非均相的催化气化反应来说,反应速率顺序为C-H_2OC-CO_2C-H_2。H_2和CO不同程度地抑制煤焦水蒸气气化反应,CO的抑制作用明显大于H_2。在700℃,当添加5%的CO,碳转化率降低约50%。基于Langmuir-Hinshelwood(L-H)方程,结合随机孔模型,同时考虑催化剂负载量及气化产物分压的影响,建立了煤焦催化水蒸气气化动力学模型,模型预测反应速率常数与实验值误差在10%以内,说明建立的动力学模型可以较好地模拟煤焦的催化水蒸气气化反应过程。     

油页岩与半焦混合气化发电系统模拟分析

基于Aspen Plus平台,对气体热载体工艺中不能利用的小颗粒油页岩与半焦混合气化发电过程进行模拟;并对模拟结果进行能量平衡和平衡计算,考察了空气当量比、汽固比和气化剂对气化性能和系统效率的影响。结果表明,使用空气作为气化剂时,设置空气当量比为0.302,汽固比为0.006 7,可以达到最佳的气化效果,所生成的合成气低位热值为6.12 MJ/Nm~3,冷气化效率为66.13%,此时系统的一次能源利用效率达到39.02%,效率也达到42.64%;另外,当使用氧气作为气化剂时,虽然冷气化效率有所提高,但系统总率会有一定程度降低。     

用差热法研究平鲁煤焦的水蒸气加压气化动力学

用自行改造组装的多气氛高压高温差热分析装置研究了平鲁煤焦的水蒸气加压气化动力学。水蒸气分压为0.01,0.03,0.11和0.33MPa,最高反应温度为1450K.实验结果表明,反应温度对气化速率有显著影响;水蒸气分压对气化速率在低压时有明显影响;气化反应的活化能随转化率变化。与实验值基本吻合的计算值表明虑及压力和孔结构变化的动力学方程可以较好地描述平鲁煤焦在加压水蒸气中的气化行为。整个工作还表明,DTA技术也是研究煤气化动力学的一种有效手段。     

基于ASPEN PLUS的等离子体气化生物质模拟分析

为研究生物质在等离子体喷动—流化床中的热解影响因素和热解产气成分,文中基于ASPEN PLUS通用化工流程模拟软件,采用花生壳作为生物质原料,氧气作为气化剂,对生物质在等离子体喷动—流化床中的热解气化过程进行模拟,考察了3个重要影响因素(热解温度、当量比ER、气化剂温度)对气化结果的影响。结果表明:氧气气化花生壳的最佳操作条件是热解温度1 000℃、当量比ER=0.25、气化剂温度600℃,此时能得到较高的气化效率和气化产率。     

煤焦-CO_2高温气化反应特性的实验研究

利用STA409PC综合热分析仪以等温法研究煤焦-CO2高温气化反应,考察了煤种、气化温度及气流速度对煤焦气化反应的影响,并对其动力学参数进行了求算.实验结果表明:当气化温度低于煤焦灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率峰值随气化温度的升高而增大,当气化温度高于煤焦的灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率变化十分缓慢,甚至有下降的趋势;不同煤种的气化反应动力学参数有很大的差异,鞍钢煤焦和本钢煤焦的活化能均为140kJ/mol,阜新煤焦的活化能为70kJ/mol.当煤焦的气化反应温度高于煤焦的灰熔点温度时,扩散成为煤焦气化反应的主要限制环节,提高气流速度有利于煤焦气化反应的进行.     

反应条件对生物质焦气化反应动力学的影响

用程序升温热重法对几种生物质的焦样进行空气气化研究，考察了升温速率、气化剂流量等因素对ＴＧ／ＤＴＧ谱图的影响。用Ｃｏａｔｓ积分法对曲线进行动力学计算，并对结果进行讨论。结果表明：ＤＴＧ参数（Ｔｍ和Ｒｍ）均随升温速率的增高而增大，表观活化能Ｅ和指前因子Ａ间存在动力学补偿效应。