微型流化床中不同CO_(2)分压下煤焦气化反应动力学研究

利用新开发的微型流化床反应分析仪(MFBRA)开展了煤焦-CO_(2)等温气化反应实验,考察了气化剂分压对半焦气化反应特性的影响,并与热重分析仪(TGA)中的气化反应行为和动力学进行了对比。结果表明,与TGA相比,相同条件下,MFBRA测定的反应速率更高,利用等转化率法计算得到的活化能偏大,这主要是由于MFBRA中均匀的温度分布、高传热速率及对气-固反应扩散的有效抑制。分析MFBRA中气化剂分压影响发现,高气化剂分压下,半焦具有更高的反应速率和更短的气化反应完成时间,且CO_(2)分压大于20%时,分压对气化反应的影响有限。总体而言,各气化剂分压下半焦气化反应在不同转化率下的活化能分布均匀,这进一步说明MFBRA内低气体扩散在半焦气化反应行为测定和动力学求算准确性方面的优势,求得的数据更贴近实际情况。

微型流化床反应分析及其对煤焦气化动力学的应用

在概述最新研发的微型流化床反应分析(micro-fluidized bed reaction analysis,MFBRA)方法与应用的基础上,应用该方法进一步研究了半焦-CO2、半焦-水蒸气等温气化反应动力学,并与热重分析(thermogravimet-ric analyzer,TGA)求取的气化反应动力学数据比较。在最小化气体扩散的实验条件下,利用MFBRA和TGA测定求算的半焦-CO2、半焦-水蒸气气化反应在受反应动力学控制的低温段的活化能非常接近,说明了MFBRA对等温气化反应分析的适用性和可靠性。实验研究还发现:半焦-CO2、半焦-水蒸气气化反应在MFBRA中受反应动力学控制的温度范围较在TGA中明显宽,且在具有明显扩散影响的高温段通过MFBRA测定的半焦-CO2气化反应表观活化能明显大于利用TGA测定的值,表明在MFBRA中受到的气体扩散抑制效应较小。

微型流化床反应分析的方法基础与应用研究

准确测试气-固反应特性、求算动力学参数和推导反应机理是能源、化工、冶金等过程工程领域的重要研究课题。通过分析现有气-固反应分析测试方法与测试仪器优缺点,本文作者提出了利用微型流化床(MFB,micro fluidized bed)实现低扩散、快速升温条件下的反应微分化和等温分析的测试方法,系统研究了反应器内的流体力学特性,研制了微型流化床反应分析仪(MFBRA,micro fluidized bed reaction analyzer),验证和展示了其对热解、燃烧(氧化)、气化、还原、催化、吸收等典型气-固反应的应用,充分揭示了微型流化床反应分析仪强化传热传质、降低扩散抑制、实现实时在线微分分析的特性,尤其为快速复杂反应提供了有效的研究分析手段,并且拓展了水蒸气气氛、在线颗粒采样、串联反应解耦等系列气-固反应研究与表征功能,形成了与热重分析互补的气-固反应分析方法和分析仪。

微型流化床反应分析仪中原位／非原位煤焦气化动力学研究

利用新开发的微型流化床反应分析仪(micro-fluidized bed reaction analysis,MFBRA)考察了义马烟煤半焦的原位以及两种非原位半焦气化行为并测定了其动力学参数,其中,原位半焦气化是指煤热解温度和气氛与半焦气化过程一致,非原位半焦1气化是指煤在Ar气氛下热解,热态条件下直接在CO2气氛下气化;非原位半焦2气化是指煤在Ar气氛下热解,冷却收集后再在CO2气氛下气化。研究发现,原位半焦具有最大的比表面积和最小的平均孔径,石墨化程度最弱,且对CO2的化学吸附能力最强,表面活性位点最多。在最小化气体扩散的实验条件下,原位半焦气化反应的反应速率明显比非原位半焦气化反应快,且求取的活化能数据较小。实验揭示了原位半焦和非原位半焦结构和反应性的差异,也证明了MFBRA对原位等温气化反应的适用性。

微型流化床反应分析仪中煤半焦水蒸气气化反应特性

制备了在液氮中急速冷却和在氩气中自然冷却的两种半焦,采用扫描电镜(SEM)、N2吸附仪、红外光谱分析仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)等方法系统比较了两种半焦的结构,并利用中国科学院过程工程研究所研发的微型流化床等温反应分析仪(MFBRA)研究包括动力学在内的水蒸气气化反应特性。研究发现:急速冷却半焦(Char-Q)具有更大的比表面积和更小的平均孔径,而自然冷却半焦(Char-S)的石墨化程度更高。在MFBRA中进行的气化反应结果揭示了Char-Q具有更快的反应速率。且比较通过等转化率法算出的活化能发现:Char-S水蒸气气化反应的活化能更大。利用MFBRA不仅求得了半焦水蒸气气化的总C转化的反应活化能(总体动力学),而且获得了生成各气体组分的反应(实际上为多个反应构成的体系)的活化能,实现了半焦水蒸气气化反应分析。因此,选择Char-Q作为分析试样更能反映真实热态半焦的气化行为,而MFBRA为深入研究涉及水蒸气参与的微分反应特性提供了有效的仪器与方法。