非等温热重分析研究煤焦气化动力学

使用等温法和非等温法热重分析研究了神府煤焦气化反应动力学.在非等温法中,Doyle和Coats-Redfern近似函数都可以模拟煤焦气化反应过程,两种函数在不同的升温速率下得到了与等温法相近的E值.对比两个函数拟合实验数据的相关系数,确定在非等温热重分析中使用Coats-Redfern函数在15℃/m in的升温速率下求取煤焦气化反应动力学参数是一种既简便又准确的方法.

煤焦二氧化碳气化动力学研究 (Ⅰ)等温热重法

在常压热天平上以等温法来研究神府煤焦 - CO2 气化反应 ,并用多种方法来求算动力学参数 ,实验结果表明 :随气化反应温度增加 ,煤焦炭转化率明显增加 ;不同反应温度下 ,煤焦 - CO2气化反应在 1 2 0 0℃以下为动力学控制阶段 ,1 2 0 0℃以上逐步过渡到扩散控制 。

三种工业废料对石油焦CO_2气化动力学的影响

以造纸黑液、煤渣、污泥为催化剂,用加压热天平考察了石油焦与CO2催化与非催化气化动力学特性。结果表明,非催化气化时,反应速率随着转化率的增大先增大后减小,呈单峰曲线;催化气化时,反应速率随着转化率的增大而减小,不存在峰值。给出的正态分布函数模型很好地描述了石油焦CO2的非催化与催化气化动力学。计算得到石油焦与CO2非催化气化的活化能为197.7kJ/m o l。三种催化剂活性的差异与其所含金属元素的质量分数密切相关,其中富含N a元素的造纸黑液活性最好,反应速率是非催化气化的6倍。

气氛对神木煤部分气化煤焦再气化动力学参数的影响

在小型固定床上制备了一系列的神木煤部分气化煤焦,运用热天平分析了它们在不同气氛下的再气化动力学行为。结果表明,部分气化煤焦再气化动力学参数随部分气化煤焦气化率的变化而有规律的变化。在H2O气氛下再气化时,随着部分气化煤焦气化率的增加,活化能、指前因子与气化剂分压指数减小;在CO2气氛下再气化时,结果则有所不同,随着部分气化煤焦气化率的增加,活化能与指前因子增加,气化剂分压指数减小;无论何种气氛下再气化时,部分气化煤焦的活化能与指前因子均具有补偿效应。

煤焦二氧化碳气化动力学研究 (Ⅱ)非等温热重法

利用热失重仪以恒升温速率 (非等温 )法研究煤焦 - CO2 气化反应 ,并用 Ozawa法和单一升温速率法来求解动力学参数 .结果表明 :Ozawa法和单一升温速率法求解得到的动力学参数差异大 ;单一升温速率法求得的不同升温速率下表观活化能和指前因子呈线性相关性 ;表观活化能随升温速率增加呈线性减小 .

褐煤焦中的矿物质对气化动力学的影响

利用热重分析仪研究了水蒸气气氛下霍林河褐煤焦和脱灰褐煤焦的气化动力学特性,并考察了脱灰前后褐煤焦孔结构的变化。结果表明:褐煤原焦气化反应速率在反应初始阶段(转化率<30%)高于脱灰褐煤焦,但在反应后期低于脱灰焦,这是因为煤焦中灰分的脱除一方面去除了矿物质的催化作用,另一方面增大了煤焦的孔径,因而减小了气化剂的扩散阻力。灰层扩散控制的缩核模型可以描述褐煤焦水蒸气气化过程,而脱灰后褐煤焦水蒸气气化过程用均相模型可以很好地表示。

流化床半焦等温热重CO_2气化动力学研究

采用等温热重法对４００～９００℃温度下流化床制得的神木煤半焦进行了ＣＯ２气化动力学研究。结果显示，排除反应初始阶段脱挥发分的影响后，不同制焦温度下的半焦的气化反应活性基本相同，这是由于所用热重实验条件下半焦脱挥发分后得到的焦具有相近的孔结构及活性点浓度造成的。实验得到了流化床半焦在９５０～１０５０℃范围内的气化动力学参数。

石油焦CO_2气化动力学特性及建模

采用加压热天平考察了1248-1323 K、0.1-2.0 MPa下的石油焦CO2气化动力学特性。在此基础上提出了一个正态分布函数模型,很好地拟合了不同温度、压力下的石油焦CO2气化速率随转化率的变化规律。结果表明,石油焦CO2气化速率随着石油焦转化率的提高先增加后降低,呈单峰曲线,常压下在转化率为0.3左右出现最大值。最大气化速率对应的转化率随着温度的升高有降低的趋势。模型中的参数rm与温度的关系符合Arrhenius定律,由此求出0.1、1.0、2.0 MPa下石油焦CO2气化的活化能分别为197.7、233.4、218.2 kJ/mol,与文献数据相符。

显微组分焦样的CO_2气化动力学和表面变化

用非等温热重法考察了平朔气煤的稳定组、镜质组和丝质组三种显微岩相组分焦样与CO_2的气化反应性。用CO_2吸附法测定了这些焦样在不同转化率下的比表面积,并用SEM观察了它们在特定转化率下的形貌特征。结果表明,在气化过程中这些焦样的比表面积的变化规律不同,镜质组焦样的变化适合Bhatia方程,丝质组和稳定组焦样的变化适合该方程的修正式;与这种变化关联的具有不同参数值的统一的CO_2气化动力学数学模型为dX/dt=A_oexp(-E/(RT))(1-x)~n[1-ψln(1-X)

稻草快速热解半焦的CO_2气化动力学

利用热重分析仪研究了快速热解温度为400,500,600℃时得到的稻草半焦的CO2气化动力学。研究了温度为850,900,950,1 000℃时半焦的CO2气化过程。结果表明,随着稻草热解温度的提高,半焦的气化反应速率呈下降趋势。利用随机孔模型进行了模拟,并计算出了其动力学参数。结果表明,随机孔模型能较好地反映快速热解稻草半焦气化反应速率达到最大值后再下降的现象,与实验结果相吻合,半焦的活化能随着快速热解温度的升高而升高。

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。

典型木质素气化动力学及产物析出特性

选用四种典型木质素:碱木质素、木质素磺酸盐、水解木质素、G型木质素,分别在热重分析仪和固定床台架上对其气化失重特性、动力学机理及产物析出特性进行研究,以揭示木质素来源对其气化特性的影响。结果表明,均相模型对气化反应过程拟合度较好。碱木质素热解活性最高,最先发生热解,且热解活化能最低;但其热解焦结构较致密,气化反应性较差;G型木质素和碱木质素有相似的气化特性;木质素磺酸盐和水解木质素在热解阶段有两段失重过程,其焦炭气化反应性均较高。对于气化产物特性,气化气中H_(2)和CO为主要气体产物。碱木质素气化氢气产率高达55 mmol/g,碳转化率最高(87%),残余焦炭最少。而水解木质素和G型木质素气体产率较少,液体焦油和固体残渣相对较多,这主要与木质素中无机矿物质含量和组成有关。

木薯茎秆黏结剂型煤化学反应性及气化动力学

以大田无烟粉煤为原料，采用木薯茎秆制取的黏结剂粘接，制得木薯茎秆黏结剂型煤。研究生物质型煤在常压条件下的化学反应性和气化动力学。以水蒸气为气化剂，在900℃～1100℃进行气化实验运用等温热重法．测定了木薯茎秆黏结剂型煤的气化速率、碳转化率与气化反应时间的关系．考察了气化温度对型煤样水蒸气气化的影响。对气化实验数据进行拟合，得到型煤样气化的动力学参数。

用热分析法研究半焦气化动力学

使用等温热重法，对鞍山钢铁公司高炉喷吹用的城子河烟煤制得的半焦气化动力学特性作了研究，并与焦炭的反应性作了比较．研究表明，半焦的反应性优于焦炭，半焦的气化反应是由气体的内扩散控制的，相应的表现内扩散活化能为１３６．８３ｋＪ／ｍｏｌ，并得出了半焦气化的动力学模型．模型预测值与实测值有很好的一致性．

神木长焰煤CO_(2)气化动力学不同模型的拟合分析

为获得适用、精度高的气化动力学模型,介绍并研究了5种不同的气化动力学模型对神木长焰煤的适用性。利用德国NETZSCH STA 409PG热天平,采用等温法进行神木长焰煤CO_(2)气氛中气化动力学分析。将碳转化率-时间的关系曲线分别用随机孔模型(RPM)、未反应芯缩核模型(SCM)、混合模型(BM)、均相模型(HM)、修正体积模型(MVM)进行拟合并做出分析与比较,采用相关系数R^(2)检验拟合结果与试验结果的符合程度,发现5种模型的拟合精度从高到低依次为:混合模型>修正体积模型>均相模型>未反应芯缩核模型>随机孔模型,混合模型更适用于神木长焰煤的CO_(2)气化反应动力学模拟。根据阿伦尼乌兹(Arrhenius)公式,得到不同模型的活化能和指前因子并进行对比,R2检验结果从高到低依次为:随机孔模型>未反应芯缩核模型>混合模型>均相模型>修正体积模型。结果表明:900和1000℃拟合效果普遍优于800℃,在气化模型拟合中,混合模型最为合适;在活化能分析时,随机孔模型拟合最佳;不同模型预测的CO_(2)气化活化能在61~143 kJ/mol,与相关文献的结果基本一致。

平顶山瘦煤煤焦固定床二氧化碳催化气化动力学研究

以K_2CO_3负载后的平顶山瘦煤煤焦为研究对象,在内径为20mm的固定床反应器中对其二氧化碳催化气化反应动力学进行了研究。考察了K_2CO_3的负载对平顶山瘦煤黏结性的影响,确定了消除气化反应内外扩散影响的实验条件。在750℃～900℃范围内,测定了平顶山瘦煤煤焦的碳转化率与时间的关系。采用均相模型和缩核模型对实验结果进行拟合,得到了焦样二氧化碳催化气化反应的反应速率常数、反应活化能和指前因子。结果表明,K_2CO_3对平顶山瘦煤具有显著的破黏和催化气化效果。利用均相模型和缩核模型均能对平顶山瘦煤煤焦的二氧化碳催化气化反应动力学起到较好的预测效果。

煤气化动力学及其添加助熔剂对气化反应的影响

煤气化反应动力学是煤气化技术的关键,其研究的深入与否直接影响到气化炉的设计和改进,自20世纪中期以来,研究者们对煤的气化反应动力学进行了深入而系统的研究,设计并建立了很多种研究煤气化反应动力学的方法,并取得了大量有价值的实验数据,为煤气化的工业化提供了重要的指导意义。煤反应动力学研究的主要目的是提供煤在一定反应条件(气相反应物浓度、反应温度和反应压力)下其转化率和时间的关系,以及提供煤在一定反应条件下和一定转化率的情况下反应速度的数据,这些数据可以直接地或通过数据处理回归成机理方程或经验方程式,为技术开发、过程解析或反应器设计提供动力学数据。

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。

生物质半焦CO_2气化反应动力学研究

采用热天平研究生物质半焦CO2气化反应动力学特性。考察半焦粒径、热解制焦温度以及热解制焦气氛对气化反应碳转化率的影响。采用随机孔模型、未反应芯缩核模型和混合模型对生物质半焦气化反应速率随碳转化率变化的趋势进行拟合,并求出半焦气化的动力学参数,结果表明随机孔模型的拟合效果最好。

流化床气化炉半焦细粉水蒸气再气化特性及动力学研究

利用热天平考察了流化床气化炉半焦细粉的水蒸气再气化特性及其动力学,并与相应的自制半焦及脱灰半焦细粉进行了比较分析。结果表明,半焦细粉的再气化反应性随着温度的升高而增加。与自制热解半焦相比,半焦细粉的反应性较高,这主要取决于比表面积的影响,而不同细粉的气化反应性差异还与其石墨化程度和灰含量有关。在此基础上,利用缩核模型对半焦细粉的再气化行为进行了模型拟合并得到了动力学参数,从而为细粉的再气化提供了一定的理论指导。