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。     

煤加压催化气化研制城市煤气——Ⅰ.大同煤和煤焦的催化气化特性

为了达到在单段反应器内用大同煤制造城市煤气的可能性,利用这种煤及其煤焦在压力0.1—4.0 MPa和反应温度700—900℃下通过Na_2CO_3作催化剂进行了蒸汽催化气化研究。实验结果表明,在850℃和1.1—2.1 MPa条件下,不计CO_2的产品气热值为16288—17163 kJ/NM~3(低热值为14672—15856kJ/NM~3)由于我国现行的城市煤气热值标准为14651kJ/NM~3(或3500kJ/NM~3),所以利用Na_2CO_3作为大同煤气化的催化剂是可取的。     

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。     

棉秆催化热解的热重分析

利用热重分析技术,分析了棉秆在分子筛、金属氧化物催化条件下的热解过程;比较了不同催化剂对棉秆挥发分热解和灰分产量的影响.研究表明,除纯棉秆外,棉秆催化热解过程均由失水区、活化热解区和消极热解区构成,纯棉秆热解的消极热解区不明显.催化剂加入后,活化热解区挥发分累积转化率减小,而消极热解区挥发分累积转化率显著增大,且消极热解区温度窗口往低温方向转移.催化剂显著促进了木质素的热解,但对纤维素和半纤维素热解的促进作用相对较弱.催化剂的加入使灰分增多,且金属氧化物催化时的灰分产量高于分子筛.Na2CO3催化时灰分主要产生于活化热解区,而MCM-41、ZSM-5、LJSY催化时则主要产生在消极热解区.     

稻壳灰负载K_2CO_3催化制备生物柴油

以廉价的稻壳(RH)为原料,制备了K2CO3负载稻壳灰(RHA)的固体碱催化剂,用于催化制备生物柴油.利用X-射线衍射(XRD)、N2吸脱附、X射线能谱(EDS)对催化剂的结构进行了表征,并考察了K2CO3负载量、催化剂用量、反应物的醇油摩尔比和反应时间等因素对生物柴油产率的影响以及催化剂的可重复性使用.实验结果表明:稻壳在800℃下焙烧后制备的K2CO3/HRA催化剂,当K2CO3负载量为50%、催化剂用量为16%、醇油摩尔比为12∶1、在60℃下反应70,min后,生物柴油产率为92.6%.催化剂在重复使用5次以后,生物柴油产率降至66.8%,主要原因是催化剂中K元素的流失.     

生物质燃料催化氧化燃烧机理

定性实验验证了两种固态催化氧化剂MnO2和KMnO4的催化氧化性能.选取有代表性的生物质燃料秸秆和锯末,探讨了MnO2固相催化氧化燃烧生物质燃料机理.采用热重分析法,对锯末这种生物质燃料在空气氛围中以MnO2为催化剂的燃烧过程进行了对比研究,结果表明,添加MnO2能显著改善生物质燃料的燃烧性能,降低燃料的着火温度,提高燃料的燃烧速度,使燃料的燃烧过程更集中.采用X射线衍射分析法, 证明了燃烧过程中氧化还原反应的发生.     

加压喷动流化床煤部分气化试验

在热输入0.1MW的喷动流化床煤部分气化炉上以空气和水蒸气的混合物为气化剂,进行了徐州烟煤的加压部分气化试验.考察了气化温度、压力等工艺参数对煤气热值、煤气成分、脱硫效率等指标的影响.试验结果表明:气化温度对煤气化过程影响显著;而增大压力,床内气体速度降低,延长了气化剂在床内的停留时间;另外压力增加改善了床内的流化质量,从而提高了气化效率,改善了煤气质量.提高温度和增大压力均能提高脱硫效率,但温度对脱硫效率的影响更为明显.     

金属氧化物对霍林河褐煤催化热解行为的影响

选用4种金属氧化物(CaO、Al2O3、Fe2O3、NiO)作为催化剂对霍林河褐煤进行热解,利用热重分析技术和动力学模型对褐煤热解行为进行分析,研究不同金属氧化物对褐煤热解催化效果的影响。结果表明,4种金属氧化物催化剂的加入均能有效提高褐煤热解的转化率,其对褐煤热解转化率的促进作用顺序为:NiOCaOFe2O3Al2O3;在褐煤整个热解过程中,CaO、Fe2O3及NiO均表现出良好的催化作用,而Al2O3仅在热缩聚阶段有一定的催化效果;褐煤在活泼热解阶段和热缩聚阶段的热解过程分别可用一级单一反应模型和二级单一反应模型进行描述,4种金属氧化物在活泼热解阶段对褐煤的催化效果为:NiOFe2O3CaOAl2O3,在热缩聚阶段对褐煤的催化效果为:Fe2O3CaONiOAl2O3。     

碱金属催化剂在煤气化过程中的作用机理

本文以近年来的文献为基础,结合作者所要开展的工作,从碱金属在煤/碳气化中的催化效应入手,论述了以碱金属化合物为主的催化剂在煤焦、石墨、煤等碳质原料的水蒸汽、CO_2气化中的三种作用机理:氧传递、电化学和反应中间体。     

催化剂对高热煤燃烧特性的影响研究

利用碱金属类催化剂对高热煤进行催化燃烧实验,实验使用综合热重分析仪研究了煤粉中添加催化剂后其燃烧特性。实验研究结果表明,煤的燃烧受催化剂种类及担载量的影响,Na Cl、Ca CO3、Ce O2、Fe2O3对煤粉燃烧都有或多或少的催化作用,且催化作用的方向不同。Fe2O3使煤粉燃烧更剧烈;Ca CO3、Ce O2降低煤粉燃烧的放热量,使煤粉燃烧不稳定;Na Cl的加入,对煤粉燃烧燃烧点没有太大的影响,但是出现波峰的峰值较大,提高了煤粉燃烧的放热量,且后期再次出现波峰,增加了煤粉持续燃烧的能力。Na Cl的最佳添加量为10%。     

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。     

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．     

含有孔结构参数的气化动力学模型建立

在线性升温条件下,研究了平朔煤镜质组煤焦的气化反应过程;用SEM和CO_2等温吸附技术考察了不同转化率下煤焦的孔结构形貌和比表面变化。在解析煤焦—CO_2气化反应的基础上,导出了含有孔结构参数和瞬时频率因子意义的煤焦气化反应动力学模型。     

国外煤炭气化技术发展及其对我国煤炭气化商业化运作的启示

通过分析国外煤炭气化技术的应用现状,阐述了国外煤炭气化技术的发展对我国煤炭气化商业化运作的启示。     

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。     

用差热分析研究平鲁煤焦CO_2加压气化动力学

用高温高压差热分析装置对0.1～3.0MPa的压力下平鲁气煤煤焦的CO_2气化反应动力学进行了研究。在建立了由DTA曲线求取任一时刻转化率和反应速度方法的基础上,求得动力学参数。实验结果表明:随CO_2压力的升高,煤焦的气化反应性逐渐加强:在气化过程中反应速度出现最大值。与等温条件下的高温高压热重分析结果的基本一致表明,差热分析可以同样用于煤焦气化动力学的研究。     

高灰熔点煤气化特性的实验研究

研究高灰熔点煤气化特性,以水煤浆为气化原料,在沉降炉内进行了我国典型高灰熔点煤老矿中煤气化反应的实验研究.考察了气化温度和O/C摩尔比对合成气组分、碳转化率和冷煤气效率的影响.结果表明,在相同O/C摩尔比条件下,有效合成气体积分数、碳转化率及冷煤气效率随气化温度的升高而升高.在气化温度相同的条件下,随着O/C摩尔比的增加,CO2的体积分数和碳转化率随之增大,而冷煤气效率呈现出先增大后减小的趋势.在实验条件下,老矿中煤的最佳O/C摩尔比为0.90~1.05.     

煤在新型等离子体反应器内的气化

针对原先横置式反应器等离子体炬不能充分发挥作用的缺点，在新建立的一套竖置式反应器中进行了大同煤的气化实验，考察了竖置式反应器的工作状况，特别是取样温度和氧含量对产品气体组成的影响。结果显示，温度对等离子体煤气化有一定的影响，随温度的升高影响逐渐减小；氧气含量增加的方式不同，对等离子体煤气化的影响也不同。实验证明，1号测温点温度在1400～1570K，水蒸汽量约为10．0kg／h，供煤量约为6．66kg／h，工作气体为7．0m^2／h，氧体积分数为30％～35％时的气化效果最好。     

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。