煤焦气化影响因素及其反应特性研究进展

从反应影响因素、反应模型和反应过程中煤焦结构的变化方面,对煤焦气化研究现状进行了综述.在讨论煤焦颗粒大小、气化剂、矿物质含量、温度、压力、变质程度和显微组分含量影响因素的基础上,进一步分析了煤焦与CO2和水蒸气气化反应的均相、缩核、混合、活化能分布和平行反应模型,最后对气化反应过程中煤焦结构的变化进行了归纳总结.煤焦的气化反应特性不但取决于原煤的性质,还取决于气化介质、气化温度与压力.随温度升高,温度逐渐成为决定煤焦气化反应速率的主要因素.缩核模型和平行反应模型在煤焦气化反应动力学的研究中广泛应用.     

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.     

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。     

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.     

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。     

中国典型煤种煤焦水蒸气气化反应特性研究

研究了5种典型煤种在1 100～1 400 ℃范围内的煤焦水蒸气气化反应特性,并利用未反应碳缩合模型进行数值模拟.实验与计算结果表明,在煤焦水蒸气气化反应过程中,随着温度的升高,气化反应控制步骤逐渐由化学反应动力学控制过渡到扩散控制;在高温条件下,高灰熔点煤与低灰熔点煤的气化反应特性有所不同,这与高温下低灰熔点煤灰发生熔融、灰层阻力增大有关.未反应碳缩核模型的计算值与实验值吻合较好.     

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。     

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。     

固定床加压热天平系统及煤焦加压气化动力学研究——Ⅰ固定床加压热天平系统 Ⅱ煤焦加压气化动力学研究

阐述了固定床加压热天平(PBBR)系统的工作原理和指标,讨论了影响天平稳定的因素,并就该系统的可靠性进行了验证和分析,说明了该系统优于吊蓝式加压热天平系统。在PBBR系统上,测定了沈北褐煤在1173.15K时制成的煤焦在101.3～3039kPa和1073.15～1273.15K下与H_2,CO_2反应的动力学。结果表明:CO_2和H_2与煤焦的反应都是一级的;CO_2与煤焦的反应活性大于H_2与煤焦的反应活性;研究了温度,压力对CO_2、H_2与煤焦气化反应的碳转化率的影响,计算了CO_2和H_2气化反应的表观活化能和反应活化能,并对CO_2和H_2气化反应机理模型进行探讨。     

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。     

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。     

煤的快速热解焦燃烧气化特性

用电加热金属丝网快速热解装置，在氮气气氛和常压条件下，考察神府煤和东胜镜质组和丝质组富集物的热解行为及快速热解焦的燃烧气化特性。随热解终温和加热速率的升高，失重率增加，燃烧特性温度向高温方向移动。     

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．     

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。     

第二代增压流化床煤部分气化炉单元中间试验研究

在热输入为2 MW加压喷动流化床煤部分气化中试试验装置上,对所构建的煤气化试验系统进行了工艺及装置试验研究,在此基础上进行了连续12 h的煤部分气化试验,以考察工艺参数对气化行为的影响.试验结果表明:中试装置的各分系统设计合理,全系统能协调稳定运行,能为第二代增压流化床联合循环发电系统(2G PFBC-CC)的下游单元提供合格的煤气和半焦;在较高的气化温度下,煤气中甲烷质量分数由于二次热解而降低,碳转化率增加;提高了入炉的蒸汽量,煤气中氢气质量分数明显上升.     

用BP神经网络对气流床粉煤气化炉的预测

利用3层BP神经网络对气流床粉煤气化炉进行模拟研究.以Gibbs自由能最小化方法建立粉煤气化炉数学模型的模拟结果作为BP神经网络训练数据,训练后的BP神经网络模型对模拟数据的预测准确度较好.以Shell粉煤气化炉和国内首套粉煤加压气化中试装置上的实际生产数据作为BP神经网络的训练数据,训练后的BP神经网络模型能预测实际生产数据.     

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。