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.     

程序升温热重法研究神府高温煤焦-CO2气化反应性

在制焦温度为1223~1773 K内,制备了慢速和快速神府煤焦,采用程序升温热重法研究了煤焦-CO2高温气化反应性。主要研究了升温速率、制焦温度和热解速率对煤焦反应性的影响,并对一种高温慢速热解焦(制焦温度为1573 K)的程序升温和等温动力学进行了比较。结果表明:升温速率对煤焦-CO2气化反应有明显影响;制焦温度较高的煤焦反应性较低;快速热解有利于提高煤焦的反应性;由程序升温法和等温法所得活化能随转化率变化呈现不同的趋势,但所得活化能的平均值分别为160.13 kJ/mol和163.21 kJ/mol,十分接近。     

气流床煤气化渣的特征

运用TGA、XRD技术及可燃物含量测定方法,对气流床煤气化生成的粗渣和细渣的矿物组成、可燃物含量及反应活性进行了对比分析.结果表明:气化温度对粗渣的矿物组成有明显影响,对细渣的矿物组成影响甚微,细渣中可燃物含量较粗渣高的原因在于细渣的停留时间较粗渣短;细渣中可燃物与CO2反应的活性较粗渣低,但反应级数高于粗渣;可燃物在渣样中分布不均,其中细渣的可燃物含量随颗粒尺寸的增大而增加,而粗渣中可燃物含量随颗粒尺寸的增大而减少.     

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。     

加氢热解煤焦的二氧化碳和水蒸气气化特性

采用热重分析仪研究了云南玉溪煤和新疆准东煤的加氢热解煤焦二氧化碳气化反应性,考察了成焦压力、停留时间及气氛对煤焦气化反应性的影响,并利用均相模型计算了各煤焦的非等温气化动力学参数。采用实验室固定床反应器,研究了上述两种煤加氢热解煤焦的水蒸气气化特性,考察了成焦气氛对煤焦气化速率和气体产物组成的影响。热重气化实验表明,准东煤焦的气化反应性明显好于玉溪煤焦,前者的反应活化能远小于后者的反应活化能;无论哪种煤,加氢热解煤焦的气化反应性随加氢过程碳转化率的增大呈下降趋势;在相近的碳转化率下,加氢热解煤焦的气化反应性明显好于氮气气氛热解所得煤焦。在水蒸气气化的情况下,准东煤焦的气化反应性同样好于玉溪煤焦。总体上准东加氢热解煤焦的产氢率相比氮气气氛热解所得煤焦有所增加,不过对于这两种煤焦,随着气化温度提高,H2与CO的物质的量之比均逐渐接近于热力学平衡所得的计算值。     

升温速率对煤焦-CO_2高温气化反应性的影响

利用STA409PC综合热分析仪以程序升温法来研究煤焦-CO2气化反应,主要考察了高温下升温速率对煤焦气化反应性的影响,并用Ozawa法和单一升温速率法对其动力学参数进行了求算.实验结果表明:升温速率对煤焦气化反应有明显影响,升温速率越大,相同时间内,煤焦的碳转化率越高,但是其升温速率存在一上限值,而且这一上限值随煤种的不同而不同;随升温速率的增大,DTG曲线向高温方向移动,峰值温度和最大反应速率也随之增大;利用Ozawa法求得的鞍钢煤焦和本钢煤焦的活化能均在110 kJ/mol左右,阜新煤焦的活化能为87 kJ/mol.     

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.     

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.     

煤及煤焦孔隙结构的研究——Ⅱ.煤及煤焦孔隙结构特徵与气化反应性的关系

用加压热天平研究了九种不同品位的煤焦在CO_2气氛中的反应活性,测定了一种褐煤和一种无烟煤以及它们的煤焦的总孔容积,孔容积分布和比表面积,也测定了在气化过程中这些孔结构特徵的变化。褐煤焦的高活性是由于它们具有较高的总孔容积和比表面积。除灰无烟煤焦活性增加5倍,是由于孔结构特徵的变化,褐煤焦在气化过程中反应活性的变化同样由于孔容积和表面积的变化。     

碱金属K对铁焦与CO_2气化反应的影响

将铁焦置于K_2CO_3水溶液中煮沸,通过调节煮沸时间获得不同增碱量的试样。采用热重天平和气体分析仪研究铁焦在增碱处理前后几个不同温度下与CO_2气化反应时的失重和废气成分变化情况,确定了铁焦的气化开始温度,并基于未反应核模型进行铁焦的气化反应动力学分析。结果表明,碱金属K使铁焦气化开始温度明显降低;碱金属K对铁焦的气化反应有促进作用,降低了化学反应活化能和内扩散活化能,这种正催化作用在低温下比高温下更明显;铁焦气化反应在开始阶段主要受界面化学反应的控制,随后逐渐变为内扩散和界面化学反应的混合控制。     

超临界CO2/NMP混合溶剂萃取萃余煤的结构与气化特性

对曲靖烟煤和南露天褐煤进行超临界CO2/NMP(N-甲基吡咯烷酮)混合溶剂萃取,其中曲靖烟煤萃取率可达到14%(干基),而南露天褐煤萃取率仅有4%(干基)左右。对萃余煤进行表征,结果表明:超临界CO2/NMP混合溶剂对煤中富含羟基及脂肪类物质有良好的萃取性能,经过萃取,两种煤中微晶结构的堆垛高度都有所减小,溶胀度都降低。南露天褐煤的比表面积减小,而曲靖烟煤的比表面积轻微增大。溶剂对煤颗粒表面有腐蚀作用,萃取后两种煤的气化性能得到改善,其中曲靖烟煤改善的程度更大。     

煤掺量对焙烧铁矾渣中硫物相和含量的影响

在含石膏铁矾渣中掺入不同质量分数的煤粉,用球磨机将两者混合均匀,在不同温度下焙烧,以探究煤掺量对焙烧含石膏铁矾渣中硫的物相和含量的影响。研究表明:在不同焙烧温度下,煤掺量不超过20%时,S含量随温度升高呈下降趋势;煤掺量为15%时的含石膏铁矾渣,在1 000℃焙烧2 h后Fe含量最高(为26.51%),S含量最低(为4.59%),S的物相主要为CaSO_4和CaS;将其烧渣研磨后过100目筛,水洗后测得该渣中S含量减少至2.13%。通过探究煤掺量对铁矾渣中硫物相和含量的影响,为炼锌厂资源化利用铁矾渣提供了新思路。     

生物质与煤共燃结渣特性的研究

生物质与煤各自特性的差异以及生物质与煤共燃的过程中发生的复杂反应,现有的煤灰的结渣指标无法准确地预测生物质与煤共燃的结渣倾向.根据模糊数学中的模糊判断理论,利用熔融温度t2、碱酸比B/A、硅铝比S/A、硅比G等多项煤灰结渣指标建立模糊综合评判模型,对生物质与煤共燃的结渣情况做出预测.     

大掺量磷渣水泥的凝结硬化特性与力学性能

结合XRD、SEM等微观测试手段,从磷渣粉磨特性出发,实验研究了磷渣细度、磷渣掺量等因素对中热硅酸盐水泥凝结硬化性能的影响,测定了磷渣水泥胶砂的力学性能,并分析了其变化规律.     

用热重法研究大同煤焦的CO_2加压气化动力学

用快速升温和在高温高压下用热重分析装置和 ST-03表面孔径测定仪在1203～1423K 的温度和0.1～0.3MPa 的压力范围内研究大同煤焦的 CO_2气化反应动力学和其孔结构在反应中的变化。结果表明,Arrhenius 关系可以描述不同压力下气化反应速率随温度的变化;在实验的压力范围内,反应速率随压力的变化低压时变化明显;气化过程中煤焦的微孔表面积与转化率的关系出现一极大值.经理论分析和实验证实建立了包括煤焦孔结构参数的动力学方程。     

电石渣矿化CO2-可控制备碳酸钙的实验研究

本文提供了一种以电石渣为原料,循环利用氯化铵制备高纯碳酸钙的方法;通过实验系统讨论了碳酸钙制备的工艺条件以及不同工艺条件对所得碳酸钙晶型与形貌的影响. 结果表明：碳酸钙制备的优化工艺条件为CO2流速 80 mL/min, 反应温度30 °C, 反应时间60 min;所得产物为纳米的球形球霰石,产物中CaCO3的含量为99.95%, 白度为99.3%, 产物具有良好的自流动性和自粉化性;整个制备工艺中碳酸化反应滤液可循环利用8次, 此时的反应效能大于50%;通过工艺条件的调控成功制备出高纯纳米碳酸钙、球霰石型碳酸钙、文石型碳酸钙以及方解石型碳酸钙. 论文提出的研究方案有望应用于电石渣的资源化利用与碳酸钙的可控制备.     

细晶AZ61镁合金板材的CO2激光焊接性能

采用CO2激光器对2 mm厚的AZ61镁合金细晶板材分别进行了填充焊和自熔焊实验.研究了细晶镁合金板材的焊接性和填充带合金化稀土元素Ce对接头组织及力学性能的影响.结果表明,细晶板材的焊接接头热影响区不明显,组织较母材变化不大,半熔化区范围窄、液化程度低,未进行合金化的自熔焊焊缝组织较粗大,焊缝晶粒尺寸约15 μm,而填充焊焊缝组织为平均晶粒尺寸是5 μm的等轴晶,即合金化稀土元素Ce可细化焊缝组织,而且稀土元素Ce的加入能抑制柱状树枝晶区而扩大等轴晶区域范围.填带焊接头的平均抗拉强度和伸长率较自熔焊接头分别提高了6%和12%.     

铁矿粉含量对神府煤制备的含铁型焦气化反应起始温度的影响

为提高高炉反应效率和拓展炼焦煤的范围,以非焦煤和铁矿粉为原料,经破碎、筛分、混合、热压成型和焦化后,制成5种不同铁矿粉含量的含铁型焦。通过X射线衍射、SEM和差热分析,研究不同铁矿粉含量对其气化反应起始温度的影响。结果表明,焦化后试样中出现Fe、FeO和SiO2等相;含铁型焦的气化反应起始温度从884.7℃降低到803.2℃,活化能从192.35kJ/mol降低到177.30kJ/mol;预计CO2的排放量可降低11.2%。为我国高炉炼铁减少CO2排放,扩大原燃料适应范围和提高市场竞争力提供基础实验数据。