煤焦气化反应对煤炭地下气化的影响性研究

在煤炭地下气化过程中,煤焦气化反应直接影响着地下煤气的组成和质量,通过对地下气化典型煤样大雁褐煤、协庄烟煤、昔阳无烟煤在热天平装置上进行不同热解终温、不同热解气氛的煤焦气化反应实验,利用热失重分析法研究了不同煤焦的气化反应特性。通过实验表明：不同煤质、不同煤焦制备温度、不同反应气氛对煤焦气化反应活性有着重要的影响。     

干煤粉分级气流床的气化特性

针对根据无焰氧化技术设计的分级气流床气化炉,运用试验和数值模拟计算的方法对干煤粉在炉内的气化过程进行研究,分析不同进料方式及氧碳摩尔比对合成气中CO,H2和CO2体积分数、合成气热及碳转化率的影响.研究结果表明:实验结果与模拟结果基本吻合;相同进料方式下随着氧碳摩尔比的增大,合成气中CO和H2体积分数、合成气热先增大后减小,而CO2体积分数和碳转化率一直上升;相对于另外2种进料方式,三层喷嘴进料方式能使炉内温度场更均匀,平均温度提高,气化强度增加,由此表明气化炉结构和进料方式使炉内实现了基于无焰氧化技术煤粉空间气化反应的基本特征;同时,氧碳摩尔比最佳范围为1.0～1.1.     

Ca(OH)2对生物质水蒸气气化制氢的影响

提出一种新型的生物质水蒸气气化制氢方法.该方法在生物质水蒸气气化过程中添加CO2吸收剂,旨在通过吸收CO2促进产氢反应向着氢气产生方向进行,从而提高产氢量.分析了Ca(OH)2、水蒸气、温度和保持时间对产氢量以及产气组分百分比的影响,结果表明:在生物质水蒸气气化过程中添加CO2吸收剂能显著提高产氢量;随着Ca(OH)2的增加产氢量先升高后略微降低,Ca(OH)2对水煤气反应的影响要明显强于对甲烷水蒸气重整反应的影响;产氢量随水蒸气的增加先升高后降低;产氢量随温度的升高迅速增加;充足的保持时间可以使制氢反应进行彻底.     

基于铁基载氧体的稻秆水蒸气气化特性

在固定床管式炉中以氩气为介质,在添加水蒸气的条件下,对稻秆常规气化和化学链气化过程进行了研究,并对比了分析纯Fe2O3与赤铁矿的循环特性。研究结果表明:常规气化或者无水蒸气条件下的化学链气化效率均不高,水蒸气和氧载体的联合对气化过程存在显著的促进作用,二者的共同作用可以显著提高H2的产气率,碳转化率和气化效率均能达到80%左右;在温度为850℃,水蒸气泵转速为1. 2 r/min以及Fe2O3/C的摩尔比为0. 25时,产气率、气化效率和碳转化率达到较佳平衡;温度的提高可以促进气化反应,但容易导致氧载体失活; Fe2O3氧载体在气化过程中主要转化为Fe3O4,在多次循环反应后,氧载体的反应性能下降;与纯Fe2O3相比,赤铁矿在循环气化过程中表现为较好的稳定性。     

粉煤催化气化碱渣的脱碱动力学研究

对粉煤催化气化碱渣的煅烧脱碱动力学进行了研究,结果发现,灰渣中碱含量(质量分数)随煅烧温度的升高及时间的延长而降低,870℃煅烧30～40min的灰渣中碱含量趋于定值,脱碱率达90%以上;X射线衍射表征表明,助剂与灰渣中的碱性物质发生反应生成难溶于水的钠铝复合硅酸盐,达到了含碱灰渣脱碱的目的;通过对助剂的分子结构在高温下的变化分析,理论上阐明助剂脱碱的机理,得出脱碱反应方程式;脱碱反应包括动力学控制和扩散控制2个阶段.     

高磷赤铁矿采用CaCl_2气化脱磷的试验研究

对高磷赤铁矿在烧结过程中添加CaCl2气化脱磷进行热力学分析,并通过微型烧结试验对影响气化脱磷率的因素进行研究。结果表明,在烧结过程中添加CaCl2可以使高磷赤铁矿中的P元素以PCl3气体形式随烧结废气排出;气化脱磷率受配碳量、加热温度、CaCl2加入量、矿石碱度等因素影响;当配碳量为4%、加热温度为900℃、CaCl2加入量为1.36%、通过添加白灰使矿石碱度增加到1.2时,脱磷率可以达到18.3%。     

两种石油焦气化制氢工艺的系统模拟研究

为评价湿法进料气化技术合成气冷却方式对制氢工艺性能的影响,建立了两种石油焦气化制氢方案的工艺流程,即:水焦浆+全激冷+高水气质量比变换(方案Ⅰ)和水焦浆+辐射废锅+激冷+低水气质量比变换(方案Ⅱ),并对这两种石油焦气化制氢工艺进行了系统模拟。结果表明:两种方案副产蒸汽总量相当,但方案Ⅱ所产高品位蒸汽比例较大;方案Ⅱ的系统能量转换效率(74%)与方案Ⅰ的系统能量转换效率(74%)相等,但效率(62%)高于方案Ⅰ的效率(61%);从能量分析角度综合考虑,方案Ⅱ优于方案Ⅰ,适合石油焦气化制氢。     

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。     

加压流化床中影响生物质气化气组成因素的研究

以加压流化床为反应器,锯末为原料,通过测定生物质空气气化产物的组成及其随反应条件变化的规律,确定了生物质结构与生物质气化气组成的关系。在700~850℃的温度范围内,以50℃为增量,考察了温度对气化产品气的影响。结果表明:CO是生物质气化的主要产物,在700~850℃的范围内,CO含量迅速升高,同时H2、CH4和烃类气体(包括CH4、C2H4、C2H2、C2H6、C3H6、C3H8)的含量也有升高,CO2的含量先升高后降低。生物质加压空气气化的实验中,压力从0.5 MPa变化到1.7 MPa,随着压力升高,CO2的体积分数上升,而CO和H2的体积分数下降,CH4和烃类气体的体积分数随压力的升高有上升趋势。生物质空气-水蒸气气化的实验中,水蒸气与生物质质量比mS/mB从1.1变化到2.6,随着mS/mB的升高,CO2,H2的体积分数均有所上升。反应结果表明,升高温度有助于生物质转化为气体;而压力越高越有利于CH4等烃类气体的生成,且随着压力的升高,反应器的处理量增大,反应程度加深;水蒸气的加入,减少了空气的消耗量,并生成了更多的H2及碳氢化合物,改善了产品气的质量。     

MgSO_4/MgCl_2对脱硫石膏溶解度及其晶须结晶的影响

以预处理后脱硫石膏为原料,采用水热法制备了硫酸钙晶须。研究了添加剂MgSO_4、MgCl_2对晶须显微结构、长径比和脱硫石膏溶解度的影响,探讨了MgSO_4、MgCl_2在反应溶液体系中的解离特性及作用机理。研究结果表明:MgSO_4、MgCl_2都可以改善硫酸钙晶须的结晶,提高晶须的长径比,且不影响其物相组成。在MgSO_4添加量(质量分数)为2.0%、MgCl_2添加量(质量分数)为1.5%时,制备的晶须长径比分别为80和110。在反应溶液中,MgSO_4的加入降低了脱硫石膏的溶解度,同离子效应起主导作用,而MgCl_2的加入则增加了其溶解度。MgSO_4(0)中性离子对调节反应溶液中各离子浓度的相对稳定起主导作用,MgCl_2改善晶须结晶的作用效果优于MgSO_4。     

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.     

高灰煤在CO_2中的催化气化

在常压流动态 CO_2气氛下,用 PRT—1型热天平考察了平朔气煤、晋城无烟煤和西曲焦煤洗中煤中的矿物组分在气化反应中的自催化作用和添加催化剂的催化作用。试验结果表明,高灰煤均比石墨具有较高的气化活性;不同煤种对气化催化剂均有一定的选择配伍性;对于灰分含量最高的西曲焦煤洗中煤的气化,硫铁矿渣具有比 K_2CO_3更为显著的催化活性,在一定范围内是一种较好的可弃性高灰煤气化催化剂。     

煤中矿物质在煤气化反应中的作用

本文用热重分析法研究了各种煤焦在水蒸汽或Ｈ２Ｏ／Ｈ２混合气氛中的气化反应 性及动力学参数，并对煤焦中矿物质组成进行了分析。结果表明：褐煤焦反应性明显 大于烟煤焦或无烟煤焦的反应性，而脱除矿物质后煤焦反应性随煤化度提高呈平缓的 线性下降。矿物质的脱除，对于褐煤焦表观活化能提高，而对于无烟煤焦表观活化能 降低。同时发现：矿物质中Ｃａ组分是起催化作用的主要组分，尤其对褐煤焦，Ｆｅ组 分只在 Ｈ２Ｏ／Ｈ２混合气氛中气化才表现出较强的催化作用；而Ａｌ组分则起负作用。     

Kinetics of petroleum coke/biomass blends during co-gasification

The co-gasification behavior and synergistic effect of petroleum coke, biomass, and their blends were studied by thermogravimetric analysis under CO₂ atmosphere at different heating rates. The isoconversional method was used to calculate the activation energy. The results showed that the gasification process occurred in two stages: pyrolysis and char gasification. A synergistic effect was observed in the char gasification stage. This effect was caused by alkali and alkaline earth metals in the biomass ash. Kinetics analysis showed that the activation energy in the pyrolysis stage was less than that in the char gasification stage. In the char gasification stage, the activation energy was 129.1–177.8 kJ/mol for petroleum coke, whereas it was 120.3–150.5 kJ/mol for biomass. We also observed that the activation energy calculated by the Flynn–Wall–Ozawa (FWO) method were larger than those calculated by the Kissinger–Akahira–Sunosen (KAS) method. When the conversion was 1.0, the activation energy was 106.2 kJ/mol when calculated by the KAS method, whereas it was 120.3 kJ/mol when calculated by the FWO method.     

加压快速热解液相炭化焦的物理性质及CO2气化活性

以一种液相炭化焦(石油焦)为原料,在快速升温和热解压力为常压至3 MPa下制备了热解焦,主要考察了热解停留时间和热解压力对其失重、BET表面积和CO2气化活性的影响。结果表明:在加压快速热解条件下,随热解停留时间增加,液相炭化焦的失重率增加,BET表面积呈下降趋势,气化活性略微减小;随热解压力增加,液相炭化焦的失重率增加,BET表面积先增加后下降,气化活性略微变化,甚至基本不变;常压条件下液相炭化焦的气化活性明显高于加压条件下的气化活性。     

炼焦配煤中添加铁矿石对焦炭性能的影响

通过在炼焦配煤中添加不同配比的加拿大精矿粉、澳大利亚FMG粉和鄂西高磷铁矿粉炼制铁焦,并对其显微强度、相对密度、气孔率、冷强度、反应性、反应后强度和气化反应开始温度进行分析,探讨配煤中添加铁矿石对焦炭性能的影响。结果表明,在配合煤中添加质量分数为15%的加拿大精矿粉所制得的铁焦在反应性高的情况下,具有合适的反应后强度;金属铁对焦炭气化反应具有正催化作用。     

煤气化多环芳烃初步研究

为了研究煤及其气化产物中多环芳烃的分布特征,在一台小型常压流化床气化炉上进行了以空气和水蒸气为气化剂的煤气化试验,经索氏萃取和K-D浓缩后,采用带荧光检测器和二极管矩阵检测器的高效液相色谱仪对原煤、底渣、旋风焦、布袋焦和煤气中被US EPA列为优控污染物名单的16种多环芳烃进行了测定.试验结果表明:煤气化前后多环芳烃质量分数和毒性当量质量分数的分布特征相似,但多环芳烃的组成和质量分数不同;煤化程度增加,原煤多环芳烃质量分数和毒性当量质量分数减小,煤气化多环芳烃的质量分数先接连后减,毒性当量质量分数与煤化程度呈线性关系;部分煤种气化多环芳烃的质量分数高于原煤多环芳烃质量分数,且煤气化多环芳烃的种类分为原煤未分解的多环芳烃、热解合成的多环芳烃、自由基高温缩合生成的多环芳烃.     

超临界水中半纤维素气化制氢的影响因素分析

以碱性化合物KaCO3、Ca（OH）2以及Ru／C为催化剂，在间歇式高压反应釜中，对半纤维素在超临界水中的气化制氢特性进行了实验研究．结果表明：3种催化剂都有较好的催化作用，其中Ru／C的效果最佳，当加入0．8g时，每千克半纤维素可生成14．365m01 H2，约为不加入催化剂时的3．8倍，为单独加入K2CO3、Ca（OH）2时的1．6和1．9倍，气化率和氢转化率也有很大提高，分别达到77％和126％．同时，催化剂混合使用要比单独一种催化剂的效果好．温度的提高可明显提高H2产量，同时降低CH4产量．此外，停留时间对气化效果也有一定的影响，20min时气化效果最佳．     

煤焦催化气化的修正随机孔模型研究

针对煤焦催化气化中传统的动力学模型不再适用这一情况，以广泛应用于煤焦气化动力学研究的随机孔模型为基础，考虑了催化剂对反应过程的催化作用，通过引入催化作用因子，建立了适用于煤焦催化气化反应的修正随机孔模型．选取神府煤焦为研究对象，将煤焦CO2催化气化作为探针反应，做了典型KCl催化荆和K-Ni复合催化剂的催化气化实验，并对模型进行了验证．结果表明：修正随机孔模型较好地体现了煤焦催化气化的动力学规律，即催化剂的添加有效地增大了反应界面处的活性部位和活性表面积，使气化反应在更温和的条件下快速进行．经验常数说明Ni-K复合催化剂的催化能力大于KCl催化剂，这与许多学者的研究结果是一致的．另外，由于反应初期的传质阻力不可忽略，故实验值与模拟值存在一定误差．     

准东煤掺烧油页岩后矿物质的转化迁移研究

研究准东煤和油页岩混合燃料在100 MW锅炉燃烧过程中的矿物质演变规律,解决火力发电厂大比例和大规模掺烧准东煤引起的沾污和结渣问题。对现场试验收集的入炉煤、飞灰和炉渣样品进行化学分步萃取、XRD、灰成分等分析。结果表明,在100 MW机组锅炉燃用准东煤掺混15%油页岩的混合燃料,油页岩灰分中镶嵌或者包裹的可燃物燃烧后,炉渣将形成多孔和酥松形态,从炉渣的结构方面缓解准东煤引起的炉膛结渣问题。掺混15%油页岩后,燃烧过程中碱金属和碱土金属基本不挥发,炉渣中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量较准东煤分别降低了2.07%、3.42%、15.08%和10.5%;飞灰中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量也较准东煤明显下降。同时炉渣和飞灰中的钠主要为钠长石,钾在掺烧前后都以KAl_2(Si_3Al)O_(10)(OH)_2存在。在炉膛中碱土金属的碳酸盐和硫酸盐分解后,大部分转化为钙黄长石。油页岩通过降低碱金属和碱土金属含量及改变其存在形态,解决了准东煤引起的炉膛结渣和受热面沾污的问题。