碱金属及灰分对煤焦碳微晶结构及气化反应特性的影响

通过对原煤、酸洗原煤、酸洗后负载NaOH的原煤在750-1050℃热解制得焦样，用X射线衍射技术考察了热解温度、NaOH负载量以及灰分对热解过程中煤焦微晶结构变化的影响，并运用高温高压热天平（PTGA）考察了热解后煤焦的气化反应活性。结果表明碱金属及灰分的存在可以明显减小煤焦的微晶结构参数的变化（堆垛高度Lc、微晶尺寸La、及晶层间距d002），阻碍煤焦的石墨化进程，提高煤焦的气化反应性。随着热解温度的升高，堆垛高度Lc增大显著，而微晶尺寸La和晶层间距d002变化较小。煤焦的气化反应性岛和煤焦微晶结构参数Lc、d002存在如下关系：lnk0=a（Lc/d002）＋b；研究还表明用氧化还原循环机理来描述碱金属的催化作用机理是不恰当的，但碱金属Na的存在可以明显降低煤焦的石墨化程度，提高煤的活性，对煤焦的气化起到部分催化作用。

神府煤焦与CO_2的气化反应动力学分析

利用加压热天平在1173～1323K、0.1～3MPa范围内,对神府煤焦与CO2的气化反应进行动力学分析。考察温度、压力对神府煤焦与CO2气化反应动力学特性的影响及气化反应速率和反应时间之间的关系,发现气化反应速率随反应时间的变化近似呈正态分布,建立了气化反应速率与反应时间的正态分布动力学模型。与随机孔模型对比,发现正态分布时间模型能较好地描述煤焦的气化动力学规律。由正态分布模型求得的反应速率常数r0、rm遵循Arrenius定律,lnr0、lnrm对1/T呈良好的线性关系;在0.1～3MPa范围,求得的反应活化能为150～185kJ/mol,与相关文献报道的结果基本一致。

快速热解温度下的淮南煤焦与水蒸汽气化反应的研究

考察了淮南煤在不同温度下快速热解制得的煤焦与水蒸汽的气化反应,研究发现煤焦的气化反应速率不仅与转化率有关也与气化反应时间有关,对不同热解温度煤焦在x=0.2、t=2min附近时,化学反应速率存在极值或转折点(Q),即反应速率开始急剧减少的点。用未反应芯缩核模型和随机孔模型对实验数据拟合,结果表明随机孔模型对实验数据的拟合更为准确,并将拟合得到的结构参数ψ与煤焦气化反应活性之间的关系进行分析,发现同一种煤焦ψ相近,但ψ与煤焦的气化反应活性不存在必然的联系。用SEM和XRD考察了不同热解终温下的煤焦表面孔隙结构与微晶结构的变化及其对煤焦气化反应活性的影响,不同热解温度下制得的煤焦,其形态结构存在很大的差异,热解温度越高,煤焦表面壳状凸起越多,化学反应性降低。此外,随着热解温度的升高,煤焦的微晶结构趋于石墨化,化学稳定性增强。

碱金属对煤热解和气化反应速率的影响

通过对原煤、酸洗原煤、负载碱金属的酸洗原煤在800～1050℃热解制得焦样,用X射线衍射技术考察了碱金属对煤焦微晶结构的影响,在加压热天平(PTGA)上考察了煤样的热解过程,以及焦样的二氧化碳气化活性。结果表明:碱金属对煤的热解和气化阶段都有影响。在热解阶段,碱金属的存在抑制了煤焦的石墨化进程,降低了热解反应活化能,促进了热解反应的进行;在气化阶段,作为催化剂的碱金属,降低了气化反应活化能,延长了反应速率达到最大值的时间。修正的随机孔模型可以较好地描述煤焦-CO2的气化反应过程。

煤及其拔头半焦的燃烧反应特性研究

采用热天平研究了贵州褐煤、三江原煤及其拔头半焦的燃烧行为,考察了粒径和升温速率对样品着火点和燃烧稳定性的影响。减小样品的粒径可显著降低样品的着火点,改善样品的燃烧性能,在粒径100～120目和升温速率25℃/min下,样品的燃烧稳定性最好。根据Coats-Redfern方法求解燃烧反应动力学参数。燃烧反应动力学分析表明,三种样品的热天平燃烧反应均为一级反应,并得到了实验样品的燃烧反应动力学参数,表观活化能E和指前因子A。贵州褐煤的活化能为100.0～163.6 kJ/mol,三江原煤的活化能为73.4～161.2 kJ/mol,三江煤焦的活化能为68.3～178.1 kJ/mol。

热解条件对淮南煤焦孔隙结构的影响

用N2等温吸附(77K)法考察了热解条件对淮南煤焦孔隙结构的影响.测量了淮南原煤、淮南快焦和淮南慢焦的BET比表面积,并由BJH模型计算得到了孔容积、平均孔径及孔径分布.结果表明,快速热解和慢速热解都可以使煤孔隙结构发达,加速孔的生成和发展,且热解温度越高,趋势越明显,但慢速热解对煤焦孔隙结构的影响更加显著.应用分形维数的概念,结合吸附/脱附曲线得到了煤焦的分形维数,结果表明快速热解和慢速热解都可以增加煤焦的分形维数.

煤气化反应动力学实验研究方法进展

总结和概括了煤气化反应动力学研究中所使用的方法,对煤气化反应动力学研究中最常用的方法、工作原理及其优点和不足之处进行了详细的叙述,为研究者在进行煤气化反应动力学研究过程中实验方法的选取和实验装置的设计提供指导.

高温下渣熔融对煤焦-CO_2气化反应特性的影响

在STA449F3型热天平上采用等温热重法研究了加入不同比例粗渣的煤焦在反应温度900～1 380℃的气化反应性。利用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)对煤焦的热行为进行分析,主要考察了加入不同比例粗渣、反应温度对煤焦反应性的影响。结果表明,煤焦-CO2反应过程中,气化反应性和碳转化率可根据煤灰熔融流动温度分为相对低温段和高温段。在低温段,加入粗渣增加了煤焦的气化反应性和碳转化率;在高温段,加入粗渣会减小煤焦的碳转化率,并当粗渣加入量超过一定比例时,会降低煤焦的气化反应性。气化初期反应速率可根据粗渣熔融流动温度分为低温区域的化学反应控制和高温区域的扩散控制。

粉煤气流床气化Matlab一维模型的建立

借助Matlab建立了粉煤一维气流床气化动力学模型,用于模拟气化炉运行状况,优化操作条件。新建模型的计算结果与Aspen plus结果较为吻合,有效合成气相对误差不大于1%。运用新模型,分析了粒径、操作条件及二元混煤对气流床气化炉运行结果的影响。结果表明,粒径越小,越有利于气化的进行,碳转化率越高;汽煤比的最佳工况应控制在0.10 kg/kg～0.15 kg/kg,氧煤比的最佳工况应控制在0.45 m3/kg～0.55 m3/kg;二元混煤A+B气化反应性能介于煤A和煤B之间。