煤催化气化的修正缩核反应模型研究

针对煤的催化气化反应中以往的动力学模型不再适用这一情况,以气固非催化缩核反应动力学模型为基础,考虑了催化剂对反应的作用,并将催化剂的影响因素用一个催化有效因子函数来表达,该函数包括催化剂的催化能力、加入量以及滞留效应等;建立了适合于煤催化气化反应的修正缩核反应动力学模型.结果表明,在模型适用范围内模型模拟值与实验结果吻合良好,误差在1.4%以内.

催化剂添加方式及微波干燥对煤催化气化的影响

煤催化气化过程中催化剂的添加方法主要有机械混合和浸渍法混合。以CaO为催化剂,利用自建固定床实验台研究了不同添加方法在不同的恒温条件下对煤气化转化率的影响。实验结果表明:机械混合添加CaO几乎没有催化作用,而浸渍法添加CaO催化活性高,不仅初始反应速率大,且在恒温700℃和800℃工况下气化反应110 min后煤焦转化率分别高出原煤直接气化30%和25%左右。另外,本实验尝试将微波干燥应用在煤催化气化过程中来改进常规浸渍法,经验证:与鼓风干燥箱干燥相比,气化反应110min后在恒温800℃工况下煤焦转化率基本接近一致,在低温700℃和高温850℃时转化率略微高1%～2%左右。

煤催化气化条件下不同煤种煤灰烧结行为研究

选取9类典型煤种,利用压差法测定烧结温度的实验装置,结合灰渣的XRD分析结果,考察了添加K基碱金属催化剂、不同煤种灰成分对烧结温度的影响。结果表明,碳酸钾催化剂的添加,明显降低高铁钙含量的WJT煤的灰熔点及烧结温度,碱金属K化合物极易同煤中Fe、Ca的矿物质反应生成低温共融物进而加剧煤灰的熔融结渣。不同煤种烧结温度的差异与煤灰中硅、铝、铁、钙含量密切相关。铝、硅含量高的煤灰烧结温度较高,而铁、钙含量高的煤灰烧结温度相对较低。碱金属K催化剂的添加加剧了煤灰的烧结结渣,而钙、铁的存在会加速硅铝酸盐间的反应生成低温共融物进而加速灰熔融。各煤种烧结温度的变化与其灰成分在Ca O-Si O2-Al2O3、Fe O-Si O2-Al2O3三元相图上的位置相吻合。

基于改进BP神经网络的煤催化气化预测模型研究

采用改进的三层BP神经网络建立了煤催化气化反应失重率、气化初始温度和最大气化速率所对应温度的预测模型。结果表明,采用改进BP神经网络模型在此研究中可达到较高的精度,其最大预测误差分别为5.18%、5.65%、2.33%,明显小于归回公式的预测误差。

煤催化气化催化剂发展现状及研究展望

煤与气化剂(如水蒸气、CO2、H2和O2)之间的气化反应最有效的催化剂主要为碱金属、碱土金属以及过渡金属的盐类,根据其组成,详细论述了煤催化气化催化剂的特性。据研究,在气化反应中碱金属催化剂如Na、K等易与煤中矿物质如Si或Al反应致使催化剂失活,同时过渡金属易被煤中S毒化,这在一定程度上制约了煤催化气化工业化进程。论述了煤催化气化催化剂的研究方向,认为开发新型高效、低廉且易回收催化剂是有必要的。

有机钾盐催化剂在流化床煤催化气化工艺条件研究

采用等体积浸渍法制备出有机钾盐催化剂,在流化床试验装置上具有较高的煤催化气化性能。进行气化温度、压力、初始煤水质量比和载气流速等工艺条件试验,以煤炭转变为的气相产物转化率和甲烷产率(累积生成量)作为两个主要考察指标。通过试验得出煤气化反应条件对催化剂性能具有显著的影响,在流化床装置上优选工艺条件范围是温度700~800℃、压力2.5~3.0 MPa、初始煤水质量比4.0~5.0 g/g/min、载气流速1.8~2.0 L/min。

一种适用于无烟煤催化气化催化剂及其制备方法

申请号:201710265874.3申请日:2017-04-21申请人:中国石油化工股份有限公司;中石化南京化工研究院有限公司一种适用于无烟煤催化气化催化剂及其制备方法。以一种以上有机钠或钾盐作为表面活性剂和无烟煤煤基材料混合,采用等体积浸渍在无机钠盐溶液中,催化剂带有亲油基团的阴离子表面活性剂改善与煤表面的结合能力,使钠离子在煤的表面得到充分均匀的分散,有机盐在高温反应时产生大量孔隙,从而提高煤的气化效率,提高产品气中甲烷含量,提升了活性组分的有效利用率。催化剂在反应进行到300 min时煤炭转变为气相产物转化率达到87.5%,甲烷累积生成量达到11.8 mmol/g,产品中甲烷的体积分数达到24.4%,显示出优异的合成甲烷性能。

煤催化气化技术或成煤化工发展新思路

有媒体消息称,在6月5日由中国石油和化学工业联合会煤化工专业委员会主办的新型煤气化技术及煤制天然气发展研讨会上,现任石油和化学工业规划院院长顾宗勤提出了煤化工未来发展两项新思路,一是走冶金炉改煤化工炉的工艺,二是煤直接催化技术。

生物质灰对煤焦气化反应的影响

生物质灰富含碱金属及碱土金属(AAEM),可作为天然催化剂应用于煤催化气化。生物质灰对煤焦气化反应促进作用也是生物质与煤共气化协同作用的本质原因。然而,生物质灰中AAEM在煤气化过程中会失活,失去部分催化作用。通过固定床热解及气化试验,结合XRD、Raman、XRF及BET等手段,分析了生物质灰种类、添加量、气化温度等因素对煤焦气化反应的影响。结果表明,生物质灰对煤焦气化反应催化作用与AAEM含量及存在形态相关。煤焦气化反应速率随小麦秸秆灰添加量增大而增大,小麦秸秆灰添加量达40%时,煤焦气化反应速率变化趋于平缓。气化反应前期,小麦秸秆灰对煤焦气化反应存在抑制作用;随转化率升高,在相同转化率下,温度越高,小麦秸秆灰催化作用越弱。为抑制小麦秸秆灰中K的失活,以蛋壳作为添加剂,探究了小麦秸秆灰与蛋壳的混灰对煤焦气化反应的影响。结果表明,25%小麦秸秆灰与5%蛋壳的混灰,可进一步增强小麦秸秆灰对煤焦气化反应催化作用。添加小麦秸秆灰使煤焦在气化过程中比表面积增大,孔隙结构丰富,石墨化程度减弱,无定形碳含量增加,气化反应活化能降低,气化反应速率增大。煤焦及添加小麦秸秆灰煤焦气化反应采用随机孔模型模拟效果最好。研究结果为生物质灰在煤催化气化中的应用提供参考。

煤气化复合催化剂研究及机理探讨

催化气化是煤炭资源高效利用的重要形式,高性能催化剂的开发是降低其气化条件的重要途径.利用综合热分析仪进行了Ni-K复合催化剂对神府煤的催化气化实验研究,结果发现,复合催化剂有较高的催化活性,在最佳配比时较目前公认催化活性最好的单组分催化剂K2CO3要高,并得出复合催化剂的催化作用机理为:当温度达到反应温度时,液态金属熔融盐增大了离子间的接触,使协同作用成为可能,从而提高了催化剂的催化活性.

金属复合催化剂对煤气化的暂态动力学研究

采用阶跃扰动技术进行了金属复合催化剂对煤气化的暂态动力学研究。根据实验结果推导得出了该反应过程是催化剂表面富氧活性部位先与煤焦反应生成一个CO分子,然后此CO分子从催化剂表面脱附,接着催化剂吸附气态的CO2生成一个CO并且夺得一个氧原子实现自身还原的过程,在此基础上建立了煤的催化气化的物料平衡方程组,对各步骤的反应速率常数进行了求解,在本文采用的实验条件下,各反应步骤的反应速率常数分别为0.0703mol·g-1·min-1·kPa-1;0.0959mol·g-1·min-1·kPa-1;0.00539mol·g-1·min-1·kPa-1;0.0321mol·g-1·min-1·kPa-1。由此得出了该反应历程的控制步骤为CO2的吸附步骤等历程信息。

煤催化气化催化剂研究进展

论述了煤催化气化催化剂的分类,各类催化剂对煤催化气化的转化率及选择性的影响,各类催化剂在活性、经济性等方面的优缺点。提出了生物质与煤共气化的设想,讨论了煤催化气化催化剂的研究方向。

可弃性煤气化催化剂研究进展

论述了可弃性煤气化催化剂的分类,各类可弃性催化剂对煤催化气化的转化率及选择性的影响,各类催化剂在活性、经济性等方面的优缺点,分析了可弃性催化剂的研究方向。

配煤对催化气化工艺中煤灰烧结行为影响研究

针对易结渣煤种,研究不同配煤方式对煤灰熔融特性的影响,在催化气化工况气氛下利用压差法烧结温度测定实验装置对各煤灰进行初始烧结温度测试,并结合X射线衍射(XRD)及Factsage热力学软件计算结果表征分析煤灰的相关物理和化学变化,推测灰中矿物质间的反应及矿物的转变,研究矿物质变迁规律,揭示缓解结渣机理。结果表明,通过将高灰熔点、高硅铝含量煤种同易结渣煤种混配可缓解易结渣煤种的结渣问题,同高灰熔点煤混合可有效提高易结渣煤种灰熔点;混煤工艺不同,对灰熔点及烧结温度影响各异,这主要与催化剂在煤质上分布、催化剂存在形式不同及其与不同煤种中矿物质作用不一有关。

府谷煤CO2催化气化反应性的研究

加入适宜的催化剂可以提高气化反应速率,降低起始气化温度。为了研究不同阴离子(SO_4^(2–)、CO_3^(2–)、Cl~–)盐对府谷煤热失重过程的影响,利用热重分析仪对负载了8种催化剂(K_2CO_3、K_2SO_4、KCl;Na_2CO_3、Na_2SO_4、NaCl;FeSO_4、FeCl_2)的煤样进行了CO_2气化实验,其中每克府谷煤的K^+、Na^+、Fe^(2+)负载量分别为0.001mol。同时采用升温动力学模型进行了数据拟合。实验结果表明:催化剂对煤与CO_2的低温热解并无明显的催化作用,而在高温气化阶段催化效果显著。对于钾盐和钠盐催化剂,当阳离子相同时,其催化活性顺序为:CO_3^(2–)>SO_4^(2–)>Cl~–。对于铁盐催化剂,Fe SO_4的催化活性优于FeCl_2。动力学结果发现:负载催化剂煤样的活化能大小符合上述实验规律,分布在169~232.6k J/mol之间,相比原煤(267.9k J/mol)都有一定程度的降低。

废碱液催化煤焦气化和甲烷化反应的研究

以甲苯二异氰酸酯(TDI)生产废液为催化剂,研究了内蒙古王家塔煤焦加压水蒸气气化和甲烷化的反应活性。采用加压固定床小试评价装置,在700—800℃,3.5 MPa条件下,分别考察了催化剂负载量、反应温度对气化和甲烷化反应的影响。TDI废碱液具有良好的催化气化和甲烷化反应活性。750℃下,3%Na-TDI煤焦碳转化率比原煤焦高17.68%,并且活性优于纯碳酸钠;随着催化剂负载量和温度的增加,煤气化活性和甲烷化活性呈增加趋势。采用扫描电镜(SEM)对煤焦的表面形貌进行分析,结果显示TDI催化剂的加入使煤焦微孔数量增加,形成活化中心点,从而提高了碳的气化反应速率。

煤无氧气化催化剂和气化机理研究进展

文章综述了碱金属、碱土金属和过渡金属等催化剂对煤无氧气化的催化活性以及催化剂的添加方式对催化效果的影响。同时,重点分析了不同金属作为催化剂时煤无氧催化气化的反应机理。

煤气化技术的现状及发展趋势

综述了近年来国内外煤气化技术开发及应用的进展情况,论述了固定床、流化床、气流床及煤催化气化等煤气化技术的现状及发展趋势,比较了国内外主要的煤气化技术,对当前煤化工技术及产业发展中令人关注的热点,如能量高效转化与合理回收方式、煤种适应性、大型化、装置可靠性、污水处理、技术集成以及产业政策等进行了分析和讨论。

新疆气化用煤煤质特点及结渣性研究

新疆煤炭储量丰富,煤质反应活性高,适用于煤电、煤化工生产。煤催化气化技术,作为先进的第3代气化技术,是煤制天然气最有效的工艺途径之一。本研究在新疆伊犁及准东煤化工基地选取6种典型煤种,研究其煤质属性,考察其作为催化气化用煤的适用性。在催化气化工况气氛下利用压差法烧结温度测定装置对各煤灰进行初始烧结温度测试,并结合XRD及Factsage热力学软件计算结果,推测灰中矿物质间的反应及矿物的转变特性,研究矿物质变迁规律,探索结渣性及结渣机理。结果表明,所选地区煤种的煤灰中因难熔化合物氧化铝较低、碱性化合物高,总体灰熔点不高,对于采用固态排渣形式的煤气化工艺具有相对较高的结渣风险。所选煤种总体灰熔点较低,具有高钾钠、低铝特点的准东煤(西黑山、大井矿)更易结渣,用于催化气化工艺结渣风险高。哈密广汇煤具有相对高的熔融温度,作为催化气化工艺用煤结渣较小。负载碳酸钾催化剂后,煤灰烧结温度发生了大幅降低;而钙催化剂添加对烧结温度的影响,受煤种灰成分影响较大。煤灰中硅含量高,添加K催化剂会进一步加剧结渣风险;对于铁含量高的煤,在还原性气氛下,添加K、Ca催化剂均存在较大结渣风险。对于灰分低的煤种,碳酸钾催化剂添加对煤灰熔点及烧结温度影响较大;催化气化工况气氛下,煤灰中硅、铁、钙矿物质的存在使结渣加剧。

多级逆流水洗法回收催化气化灰渣中的钾催化剂

采用逆流水洗法将1 t/d煤催化气化工艺过程开发装置(PDU)稳态排放灰渣中的水溶性钾进行回收。研究了六级逆流水洗操作对灰渣中钾催化剂的回收效果,并考察了水洗液中钾含量对灰渣中钾析出效果的影响。结果表明:灰渣中可溶性钾与总钾质量比为62%,采用不同水洗工艺可将可溶性钾全部回收,单级逆流水洗工艺和六级逆流水洗工艺的耗水量分别为灰渣质量的6倍和不到3倍。因此,六级逆流水洗耗水量远低于单级逆流水洗工艺耗水量,不仅达到节水的目的,还可降低后续浓缩工段能耗。催化剂溶液的最高富集浓度为30%(质量分数),可输送至催化剂负载单元进行循环利用。