澳矿含量对非焦煤含铁型焦气化反应温度的影响

为降低高炉CO2排放,研制新型焦炭并扩大高炉用煤的适用范围,本研究以神府非焦煤和澳矿粉为原料,经破碎、筛分、混合、热压成型,焦化后制备出不同澳矿粉含量的CIC(含铁型焦)试样。用OM、X射线衍射仪和热重分析仪测定CIC焦化前、后的结果,分析了澳矿含量对CIC微观组织和气化反应起始温度的影响。结果表明,热压成型后煤粉和澳矿粉紧密接合,焦化后CIC中出现Fe3O4、FeO和Fe等相;Fe原子的数量随澳矿粉含量的增加而增加;CIC气化起始温度从787.5℃降低到665.3℃,这是因为Fe的催化作用降低了碳气化反应活化能。利用该CIC可降低焦比,并把高炉蓄热带(700～900℃)的CO2浓度降低34%左右。     

AMP含量对神府低发热值煤(Ⅲ)制备的含铁型焦气化反应起始温度的影响

为减少CO2排放量对人类生存和发展造成的不利影响,在前人研究的基础上,以神府低发热值煤(Ⅲ)和澳矿粉(AMP)为原料,以沥青为粘结剂,用热压成型法制备出不同澳矿含量的含铁型焦(CIC)。用SEM-EDS、X射线衍射仪和热重分析仪测定含铁型煤和CIC试样的微观组织、物相和气化反应起始温度等,研究AMP含量对CIC化学性能的影响及其反应机理。结果表明,CIC中的Fe原子量、气孔数量和尺寸随AMP含量增加而增加;CIC气化起始温度随AMP含量增加而降低,从936.5℃逐渐降低到876.3℃。为高炉炼铁实现节焦节能提供一定的实验基础。     

铁矿煤球团内生还原气生产DRI工艺及估算

在高炉热风炉中用高炉煤气、垃圾制燃气、低热值煤气加热循环还原气,或用红焦、热DRI(直接还原铁)等热量加热循环还原气至1100℃,输入还原竖炉加热铁矿煤球团,生产DRI,从炉顶气中回收硫和CO2,炉顶气净化后作为还原气循环使用.球团内煤干馏形成的半焦、焦炭起到了与高炉内焦炭不同的骨架作用.利用还原反应后气体余热来预热和干馏球团,利用铁精矿粉和煤粉的高比表面积,利用煤的干馏气化促进低温下碳的一次气化反应和直接还原反应,使DRI煤耗进一步降低.设炉顶气温度降到150℃,配煤218kg,高炉煤气消耗约947m3时,工艺能耗约333kg/t煤.比高炉工艺节能约52%,减排CO2约83%.比MIDREX节能约84kg标准煤.该工艺简称为DRI-NHQ.     

提高生焦反应焦化炉给热方法的研究

提出了生焦反应焦化炉给热及生焦反应给热比的概念 ,在确保焦化炉管不发生严重结焦的条件下 ,研究了焦化炉注气及炉出口温度的优化方法 ,以提高生焦反应焦化炉给热及延迟焦化装置液体收率。利用过程模拟软件 ,分别对单面辐射及双面辐射焦化炉进行了管内外过程模拟。结果表明 ,注气比维持在 1% ,炉出口温度由 4 90℃到 5 0 5℃时 ,每升高 5℃ ,生焦反应焦化炉给热增加 4 5～ 5 9kJ/kg ;炉出口温度维持在 5 0 5℃ ,注气比由 3%至 1%每降低 0 .5个百分点 ,生焦反应焦化炉给热增加 2 0～ 32kJ/kg。采用调整注气比和炉出口温度优化同时操作的方案 ,其效果优于仅控制炉出口温度的方案     

铁焦初始反应温度影响因素分析

通过在炼焦配煤中分别添加加拿大BLC、澳大利亚FMC和中国鄂西铁矿粉炼制铁焦,研究添加铁矿粉的种类及配比、入炉煤的性质和堆积密度等对铁焦初始反应温度的影响。结果表明,在配煤中添加10%铁矿粉所制铁焦的初始反应温度显著降低,其中添加鄂西铁矿粉所制铁焦的初始反应温度最低,比添加加拿大BLC铁矿粉所制铁焦的初始反应温度低54℃;铁焦的初始反应温度随铁矿粉中SiO2含量的增加而降低;随着炼焦配煤中添加铁矿粉比例的增加,铁焦的初始反应温度呈线性降低,当添加20%加拿大BLC铁矿粉时,铁焦的初始反应温度较未添加时低255℃;入炉煤的性质和堆积密度对铁焦初始反应温度的影响较小。     

温度对天然焦蒸汽气化特性的影响

在小型流化床实验装置(φ50 mm、高1.6 m)上,考察了温度对沛城煤矿天然焦蒸汽气化产气量、碳转化率、煤气热值和煤气组分的影响,并与ASPEN PLUS模拟结果进行了对比.实验结果表明:反应温度是影响气化反应的主要因素,温度升高,煤气组分中H2和CO2含量下降,CO含量增加;当气化反应温度从850 ℃提高到1 000 ℃,碳转化率从10.25%提高到47.76%,产气量增加了4.3倍;H2和CO2的含量由63.0%和25.0%减少到59.8%和20.2%,CO含量由9.6%增加到18.5%;煤气热值从8.87 MJ/m3增加到了9.33 MJ/m3.应用ASPEN PLUS软件模拟天然焦-蒸汽气化反应过程,同时考虑碳转化率,其模拟结果与实验数据接近,误差在可接受范围内,因此ASPEN PLUS模拟对系统设计与优化具有参考意义.     

CO_2对煤低温氧化反应过程的影响实验研究

为了深入研究CO2对煤低温氧化反应的影响,利用程序升温油浴实验装置,研究在不同CO2浓度下煤样的自燃特性。采集南屯矿煤样,破碎并筛分出混合平均粒径为4.18 mm的煤样,向试验管煤样中通入不同配比的混合气体,实验控制升温速度为0.3℃/min,供气量为190 mL/min.测定在6种不同浓度CO2气氛下的煤样低温氧化特性,实验结果表明:CO2浓度越高,煤样耗氧速率越小,CO产生率降低。在起始阶耗氧速率相差不大,煤氧复合作用以物理吸附和化学吸附为主,后期阶段以化学反应为主,变化明显。相比于空气气氛下,CO2气氛下煤样活化能有所提高,在40~100℃的温度范围内煤氧作用的活化能值由17.85 kJ/mol升高至22.71 kJ/mol,氧化反应速率降低,表明CO2的加入降低了煤的氧化反应速率,抑制了煤的氧化反应。     

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。     

提高生焦反应焦化炉给热方法的研究

提出了生焦反应焦化炉给热及生焦反应给热比的概念，在确保焦化炉管不发生严重结焦的条件下，研究了焦化炉注气及炉出口温度的优化方法，以提高生焦反应焦化炉给热及延迟焦化装置液体收率。利用过程模拟软件，分别对单面辐射及双面辐射焦化炉进行了管内外过程模拟。结果表明，注气比维持在1％，炉出口温度由490℃到505℃时，每升高5℃，生焦反应焦化炉给热增加45～59kJ／kg；炉出口温度维持在505℃，注气比由3％至1％每降低0．5个百分点，生焦反应焦化炉给热增加20～32kJ／kg。采用调整注气比和炉出口温度优化同时操作的方案，其效果优于仅控制炉出口温度的方案。     

黑液焦CO_2气化及动力学研究

为了掌握甘蔗渣黑液焦CO_2气化特性和动力学数据,开展甘蔗渣黑液焦CO_2气化研究。通过改变温度、[CO]和[CO_2]研究其对黑液焦转化的影响。采用试验数据与兰格缪尔-修斯伍德吸附动力学方程拟合的方法求解动力学方程参数。研究表明,在升高气化温度和增加[CO_2]时可以加速气化反应,而在增加[CO]时则会抑制气化反应的发生;表观气化速率的倒数分别与[CO]和[CO_2]~(-1)成线性关系,但与[CO]/[CO_2]的比值不成线性关系;在研究的操作条件范围内甘蔗渣黑液焦CO_2气化过程可以采用兰格缪尔-修斯伍德吸附非催化动力学方程描述,平均活化能为153.5 k J/mol。研究数据表明活性点位数可作为M/C摩尔比值的函数而不是常数。引入M/C摩尔比值对动力学模型修正后,获得的气化反应常数、CO吸附常数和CO_2吸附常数均可视为恒定值,其值分别为0.158 9 m~3/(mol·min)、-1.048 7 m~3/mol和-0.323 8 m~3/mol。     

碱金属对生物质化学链气化过程的影响

在固定床上研究了碱金属对稻杆水蒸气气化和化学链气化过程的双重影响规律.实验发现:700℃下碱金属盐浸渍处理后生物质水蒸气气化产气率显著提高,H_2体积分数提高到56%~57%,而CO降低到13%左右,表明碱金属极大促进了焦的重整反应和水煤气反应,且原料中固有有机钾元素作用大于添加的无机钾;提高气化温度到900℃后,碱金属催化含氧官能团的二次裂解提高了CO产率,但催化水煤气反应同时消耗CO,两者相互竞争造成CO的产气呈现非线性特性.在5%碳酸钾浸渍浓度附近获得最高的CO、H_2综合含量和最高气化效率;相比于传统生物质水蒸气气化,添加载氧体后H_2产率得到了提升,钾修饰后的载氧体可明显提高H_2含量和产气率,750℃时H_2产气率都达到最大值0.82 m~3/kg,且气化效率达到75%;提高温度虽然增加了CO产率但H_2产率反而下降,分析认为钾修饰后的载氧体在高温下易于形成熔融硅酸钾盐,在阻塞载氧体表面的同时抑制焦和水蒸气反应.     

杏仁壳在流化床中的气化过程及产气特性的实验研究

在流化床气化炉内,以空气为气化剂,对美国杏仁壳在680℃、700℃、730℃和780℃的温度下进行了气化实验,生成的燃气成分为:CO含量在15.4%~l8.7%之间,H2含量一般高于10%,甲烷含量为1.7%~2.5%,CnHm的含量为0.6%左右。燃气热值多数在4 152.7 kJ/m3~4 839.5 kJ/m3。气化效率51%。实验表明,在气化温度为700℃的时候可以得到最大的燃气热值。     

CO_2-O_2/H_2O混合气氛下煤气化过程的分析

应用ASPEN软件模拟CO2-O2/H2O混合气氛下的煤气化系统,采用分析法对系统的效率和损失状况进行了分析,考察了气化温度、气化剂中CO2的含量以及气化剂预热温度三种因素对气化系统效率的影响。结果表明:当气化温度从800℃升高到1400℃时,效率从76.31%提高到88.49%;随着气化剂中CO2含量提高,气化过程效率先降低后升高,当CO2含量提高至12%以后,气化过程效率持续升高,气化剂中CO2的含量为45%~48%时,气化煤气中有效气体含量达到最高值79.41%;气化剂的预热温度对效率的影响很小。     

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。     

CO2-O2/H2O混合气氛下煤气化过程的(火用)分析

应用ASPEN软件模拟CO2-O2/H2O混合气氛下的煤气化系统,采用炯分析法对系统的(火用)效率和(火用)损失状况进行了分析,考察了气化温度、气化剂中CO2的含量以及气化剂预热温度三种因素对气化系统(火用)效率的影响.结果表明:当气化温度从800℃升高到1400℃时,(火用)效率从76.31％提高到88.49％;随着气化剂中CO2含量提高,气化过程(火用)效率先降低后升高,当CO2含量提高至12％以后,气化过程(火用)效率持续升高,气化剂中CO2的含量为45％ ～48％时,气化煤气中有效气体含量达到最高值79.41％;气化剂的预热温度对炯效率的影响很小.     

烟煤与生物质秸秆共气化反应动力学研究

为研究煤与秸秆共气化过程的反应动力学规律,将不同比例的神府烟煤和小麦秸秆掺混并制焦,用热分析法对混合试样的热解协同作用及混合焦CO2气化的反应特性进行了考察,并采用Coats-Redfern方法对该过程进行了动力学解析.研究结果表明:烟煤与秸秆的热解温度相差较大;混合试样呈分段热解,其热解活化能与烟煤热解的活化能相近,秸秆的加入对烟煤的热解没有明显的促进或阻碍作用;焦样的CO2气化反应活性从高到低依次为秸秆焦、混合焦、烟煤焦;秸秆的加入使混合焦的活化能相比烟煤焦有较大降低,促进了混合焦的CO2气化反应的进行.     

炭化型煤的水蒸气气化特性及动力学

以褐煤等粉煤为原料,采用冷压成型和低温炭化工艺,研制出高热稳定性的气化用炭化型煤。在固定床气化装置中,研究了炭化型煤的水蒸气气化特性和动力学。研究表明,气化温度从880℃提高到1 000℃,碳转化率达到85%的时间从40~50min缩短至20min以内;反应进行5~8min时,炭化型煤气化反应速率达到最大值;气化温度为880℃时,反应全程处在化学反应控制区;气化温度为920℃、960℃和1 000℃时,反应过程由化学控制区向内扩散控制区转移,转移的拐点在碳转化率为90%~95%之间出现。炭化型煤气化动力学可用二维扩散模式的缩核模型描述,在化学反应控制区,表观活化能为93.83~104.11kJ/mol,表观活化能与指前因子存在动力学补偿效应;在内扩散控制区,表观活化能为76.45~87.05kJ/mol。     

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.     

木炭高温水蒸气气化的模拟分析

依据吉布斯能最小化原理,选用温度和S/C(水蒸气量与木炭量之比)作为高温水蒸气气化的影响因素,对木炭高温水蒸气气化的产品气特性进行了模拟分析和预测。模拟研究表明,S/C和温度对气化产品气的影响存在交互作用,S/C的增加可有效提升产品气中H_2的含量并降低CO含量,温度的提升可有效提高CO含量,并给出了组分含量H_2/CO、热值和气体产率等评价指标的变化范围和规律。当S/C1.0,温度600~1 200℃时,产品气的H_2/CO范围为1.0~3.71,热值范围为8.6~12.24 MJ/Nm~3。同时,通过自行设计的实验台对模拟分析结果进行了实验验证。结果表明,模拟计算的气体组分含量基本与实验结果一致,其中模拟与实验的H_2和CO含量偏差小于5%。     

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。