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.

热解条件对煤焦气化活性影响的研究进展

简述了原煤性质与温度、压力和热解气氛等热解条件对煤焦结构和气化反应活性的影响;参考该领域的国内外研究成果,分析了热解条件影响煤焦气化反应活性的机理.由于实验设备和研究方法的差异,对温度和压力等热解条件对煤焦气化反应活性影响的评价不尽相同,但总体来讲,热解终温越高、停留时间越长、升温速率越快、热解压力越大,煤焦的气化反应活性越低;热解过程中,原煤性质的差异也会影响煤焦的结构和气化反应活性.煤焦的石墨化应该是导致煤焦气化反应活性下降的主要原因,因此,热解条件的改变,特别是温度和压力的改变对煤焦石墨化进程的影响值得进一步研究.

热解条件及煤种对煤焦气化活性的影响

该文对煤焦的常压CO2气化活性与热解制焦条件及煤种的关联耦合进行了分析研究。采用加压热重分析仪与常压热重分析仪联用对不同煤种在不同热解压力与热解终温制得煤焦的CO2气化活性进行对比分析,并提出最大比气化速率和平均气化速率用于表征煤焦的气化活性。最大比气化速率能准确表征煤焦的最大气化活性,其随热解压力的升高先减小后增大,而随热解终温的升高先增加后减小。小龙潭褐煤具有较高的最大气化活性,而神府烟煤和平寨无烟煤的最大气化活性较低。平均气化速率可很好地描述煤焦的气化过程和气化完全信息,两者结合可全面、有效地反映煤焦的气化特性,为气化炉的设计提供科学依据。

传质对热天平坩埚内煤焦气化反应的影响

热天平标准配置的坩埚为四周及底部密封的敞口容器 ,气流不能穿过物料层从坩埚底部流出 ,从而影响煤焦气化反应的动力学行为 .研究了坩埚尺寸、物料床层厚度对杯状坩埚内煤焦 CO2 气化 (气固相反应 )影响 .采用PHOENICS软件模拟分析了杯状坩埚附近及内部流体运动、浓度分布 ,同时建立了杯状坩埚内煤焦 CO2 反应 扩散模型 ,两者能很好地吻合 .杯状坩埚中进行的煤焦 CO2 反应模型参数和Da 反映了气体质量传递对反应的影响 .

煤焦气化过程中的分形特征

将分形理论的概念应用到煤焦气化研究中 .煤焦气化过程孔结构参数间的变化规律符合一定的分形关系 ,气化速率越大 ,分形维数也越大 ,但是分形理论并不适用于所有煤焦气化过程研究 ,只有那些孔容积绝大部分由中小孔构成的煤焦才符合分形规律 .

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.

灰色预测模型在煤焦气化过程中的应用及动力学分析

运用等温热重技术,以二氧化碳为气化剂,考察不同气化温度(700℃,750℃,800℃,850℃,900℃,940℃)下,煤焦气化率随时间的变化。运用灰色理论及方法,建立煤焦气化率预测模型GM(1,1),预测结果与实验数据对比表明:该模型能够对不同气化温度下煤焦的气化率,进行较好的预测。此外,煤焦气化率为50%时,研究其800℃～850℃,850℃～900℃和900℃～940℃的动力学参数。结果表明,频率因子并不是常数,而是随活化能的增大而增大,表现出"补偿效应";lnA0(A0是频率因子)和Ea(活化能)之间有较好的线性关系。

CO_2对煤焦气化特性影响实验研究

煤气化过程的主要影响因素为气化介质,目前常用的气化介质包括CO_2和H2O。随着煤炭高效利用技术的发展,煤气化介质研究开始受到重视。基于国内外研究现状,选取红沙泉烟煤为实验对象,采用立式固定床反应器对煤焦气化进行实验研究,分析了CO_2浓度和停留时间对煤焦气化特性的影响。研究表明:CO_2浓度越大,停留时间越长,煤焦产率越低。

高温煤焦气化反应的Langmuir-Hinshelwood动力学模型

应用基于吸附和脱附原理的Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模型来描述煤焦在H2O和CO2混合气氛下的气化反应时,存在单独活性位和相同活性位两个相互矛盾的假设。在管式炉实验装置内考察了在不同气化温度和气化剂分压的条件下,内蒙煤焦(NMJ)与H2O和CO2的气化反应特性,获得了NMJ-H2O和NMJ-CO2反应的L-H动力学模型,同时考察了H2、CO对煤焦气化反应的抑制作用,并探究了NMJ在H2O和CO2混合气氛下的气化反应机理。研究结果表明:NMJ-H2O以及NMJ-CO2反应的活化能分别为214.78 kJ·mol-1和145.96 kJ·mol-1。H2对NMJ-H2O以及CO对NMJ-CO2的反应存在明显的抑制作用,且CO的抑制作用随反应温度的降低而愈加明显。基于L-H动力学模型计算得到的反应速率曲线与实验结果十分吻合。对于NMJ在H2O和CO2混合气氛下的气化反应,基于相同活性位假设的L-H模型的反应速率预测值与实验结果吻合,更加适用于NMJ在混合气氛下的气化反应机理。

双外推法研究煤焦气化过程动力学机理

利用热重分析仪研究了蔡家塘煤焦的气化反应,并采用双外推法研究其动力学机理,计算了相应的反应动力学参数.DTG数据分析显示,蔡家塘煤焦气化反应过程中,其DTG曲线呈明显的双峰结构;通过动力学分析可知,其主要双峰各段反应机理不同,G（x）=1-（1-α）1/2和G（x）=[-ln（1-α）]^1/4分别是碳转化率α在0.15～0.5和0.7～0.9区间最可能的机理函数.

矿井煤焦气化中多组分气体传感器的设计

本次设计是基于红外线传感器技术对于煤焦气化过程中的多组分气体(如一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、甲烷(CH4)等)的检测。设计适当的电子系统对传感器系统所得到的数据可以进行有效的转换、处理以及显示。用红外检测传感器实现对煤焦气化过程中的气体成分分析将会更加的智能化、微型化及高性能化。

煤焦-CO_2气化反应性及其动力学模型

采用热重分析仪在不同的升温速率下,对义马,兖州和平朔煤的3种焦样进行了CO2气化反应性研究,计算了动力学参数,并进行了反应动力学模型的优化。结果表明,在本试验条件下,义马焦样气化行为可用扩散模型描述,平朔焦样可用随机核化模型描述,兖州焦样在不同升温速率条件下需用不同的模型描述。

煤焦还原气化反应动力学参数与煤种的通用关系

在分析前人在煤焦还原反应气化动力学参数与煤种之间无规律的原因的基础上 ,提出一个煤焦还原反应气化动力学参数与煤种之间的通用关系式。实验检验表明 ,此通用关系式合理 。

TPR方法研究煤焦－CO_2气化反应（Ⅱ）不同方法计算动力学参数和补偿效应

采用三种升温速率，ＴＰＲ方法研究了不同碳化条件下得到的八个煤焦样品的ＣＯ２气化动力学规律。用Ｆｒｅｅｍａｎ－Ｃａｒｒｏｌ、Ｏｚａｗａ和Ｋｉｓｓｉｎｇｅｒ方法计算分别得到了动力学参数。结果表明：尽管由不同方法求得的活化能有较大差异，但都能较好地验证碳化条件对煤焦气化反应性的影响。研究还发现，对所有煤焦样品。用Ｆｒｅｅｍａｎ－Ｃａｒｒｏｌ方法计算得到的活化能Ｅ和指前因子Ａ之间，都存在着动力学补偿效应。

神木烟煤煤焦的CO_2气化反应动力学模型

针对煤的气化问题,在固定床800～950℃气化温度下,研究了煤焦与CO2气化反应的特性,采用正态分布模型进行了计算,反映出不同温度下煤焦的气化速率随转化率的变化规律。结果表明:在气化开始时刻,气化速率最大,并随着煤焦转化率的提高而逐渐降低;模型中的最大反应速率rm与温度的关系符合Ar-rhenius定律,由此求出煤焦的活化能为192.305 4 kJ/mol。

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催化剂和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.

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。

煤焦催化气化活性位扩展模型的研究

针对煤催化气化反应中传统的煤气化动力学模型不再适用或应用范围受到限制的现实,从催化作用机理分析入手,以煤焦CO2催化气化为研究对象,建立了描述气化反应速率与转化率关系的动力学模型———活性位扩展模型。并以KC l催化剂及K-N i(10%N i)复合催化剂作用下神府煤焦CO2气化的实验结果对模型进行验证。结果表明,活性位扩展模型很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;模拟值与实验值吻合较好,最大偏差10%。由于反应初期的传质阻力不可忽略,实验值与模拟值存在一定误差。

部分气化煤焦燃烧特性的研究

针对目前提倡的煤部分气化、燃烧集成方式联合生产煤气和热能的新概念 ,分析了部分气化焦的燃烧特性 ,考察了煤种、气化率、脱灰、不同的气化剂等对部分气化焦燃烧特性的影响 .结果表明 :煤种不同 ,部分气化焦的燃烧特性不同 ;脱灰后的神木焦燃烧峰推后 ,其可燃性比未脱灰焦差 ,这是因为未脱灰焦中的灰分起到了部分催化作用 ;CO2 气氛下气化所得焦的最大燃烧速率随着气化率的增加而减小 。

部分气化煤焦燃烧动力学的活化能分布模型研究

运用两段DAEM模型分析了部分气化煤焦的燃烧动力学.结果表明,两段DAEM模型能准确地描述部分气化煤焦的燃烧行为.这是因为部分气化煤焦随着气化率的增加,其燃烧曲线的二次峰越来越显著,而两段DAEM模型正好从理论上考虑了部分气化煤焦燃烧曲线的二次峰特性.同时由两段DAEM模型计算结果发现,随着3种煤焦气化率的增加,其活化能与指前因子增加,代表易反应物质量m的减小,这说明了实验与理论结果一致,随着气化反应的进行,难反应物质的比例增加.