低活性无烟煤固定床二氧化碳催化气化反应动力学研究

在内径18 mm的固定床反应器中研究了福建低活性无烟煤二氧化碳催化气化反应动力学.考察了消除内外扩散影响的实验条件.在750 ℃～907 ℃,以碳酸钠为催化剂分别测定了永安丰海筛无烟煤、永安加福筛无烟煤和永定无烟煤的转化率与时间的关系;以碳酸钾及纸浆黑液为催化剂测定了永定无烟煤的转化率与时间的关系.永安加福筛无烟煤采用均相一级反应模型及未反应缩芯模型进行拟合,得出气化反应速率常数、反应活化能和指前因子,与热天平的实验结果进行比较,固定床反应速率常数明显变大,活化能和指前因子也大,是由于固定床中有较高的二氧化碳到煤粒表面的传递速率和较高的升温速率所致.

随机孔模型应用于煤焦与CO_2气化的动力学研究

考察970 ℃～1 165 ℃,北宿、神府、忻州、潞安煤焦与CO2在热天平中的气化反应,用恒温法进行热重分析,考察煤种、气化温度、灰分对煤焦气化的影响.用随机孔模型模拟北宿煤反应速率与碳转化率的关系曲线,与未反应芯缩核模型和混合模型模拟结果比较.在化学控制区内,实验数据用随机孔模型拟合最佳.1 066 ℃和1 165 ℃气化数据拟合的相关系数为0.99,970 ℃拟合效果较差.随机孔模型作为简单、精度高的模型可应用于煤炭气化反应中.应用此模型计算四种煤焦反应活化能、指前因子、孔结构参数、A0等动力学参数值.同一煤种气化反应温度越高初始反应速率越大,结构参数体现了孔结构变化对反应的影响,随着温度的升高值减小.

稻秆半焦与CO2气化反应特性的研究

利用三种热解炉装置,分别在热解终温550℃～950℃、加热速率0.1K/s～500K/s下热解制取稻秆半焦。采用等温热重法,在STA409综合热分析仪上进行了稻秆半焦与CO2的气化实验,考察了热解终温、热解速率以及气化温度对半焦气化反应性的影响。研究表明,热解条件对稻秆半焦的反应性影响很大。在热解终温为550℃～950℃时,随着热解温度的提高,其气化反应性呈下降趋势;热解速率越高,其气化反应性越好。在850℃～950℃,提高气化温度能提高稻秆半焦与CO2的反应性。采用扫描电镜技术观测了0.1K/s和500K/s两种热解速率下半焦的表面形貌。结果显示,后者具有更加丰富的孔隙结构,且大孔结构明显多于前者。采用混合反应模型描述了稻秆半焦与CO2的气化反应过程,求取了反应动力学参数。

无烟煤二氧化碳气化反应动力学研究

应用热分析原理以非等温方法研究二氧化碳与无烟煤的气化反应,并通过Freeman-Carroll微分法和Coats-Redfern积分法求解动力学参数.结果表明:不同分析方法和拟合区域会影响热分析结果;采用均相一级反应模型进行拟合,得到气化反应速率常数、反应活化能和指前因子.贵州无烟煤和山西无烟煤气化反应最佳温度区间接近,动力学参数相差不大.

典型煤种的二氧化碳气化特性研究

利用非等温热重分析对3种典型煤种二氧化碳气化的反应动力学进行了研究.探讨了典型煤种二氧化碳气化活化能及特征温度变化情况,运用Doyle近似函数和Coats-Redfem近似函数计算了反应动力学参数,并对3种煤二氧化碳气化特性进行了分析,获得了3种典型煤种二氧化碳气化反应动力学方程.

动力学控制下焦炭颗粒气化特性的模型研究

焦炭颗粒气化反应属于典型的非催化气固反应,固体结构会随着反应发生变化,颗粒的气化模型包含了体现固体颗粒表面积变化的结构因子。建立了具体的焦炭颗粒与二氧化碳气化过程的扩散-反应模型,并将研究的内容限定在动力学控制区域。该模型的特点在于其反应速率项采用了形式简单的结构因子,模型结果与随机孔模型对比后显示了很好的精确性。利用该模型考察了不同初始孔隙率的焦炭颗粒的转化率变化特性以及固定初始孔隙率下,气化温度和气化剂分压对焦炭颗粒气化的影响。

低活性无烟煤二氧化碳催化气化动力学——热天平等温热重法

以碳酸钠为催化剂,用热天平的等温热重法研究了4种低活性无烟煤(挥发分含量Vad=2.69%～4.35%)常压下二氧化碳催化气化反应动力学.考察了消除内外扩散影响的化学反应控制实验条件.测定了温度为750～950℃低活性无烟煤的转化率与时间的关系.并对这一关系用缩芯模型、均相模型以及修正模型进行了拟合关联,得出4种低活性无烟煤二氧化碳催化气化反应的活化能、指前因子和反应速率常数,其活性大小顺序为:上京煤>永安加筛>永安丰筛>永定煤,活化能区间范围:122.27～214.72kJ·mol-1,与文献给出的高活性煤种催化气化活化能范围相一致.

高变质程度无烟煤热天平水蒸气催化气化动力学(Ⅰ)碳酸钠催化剂

以碳酸钠为催化剂,用热天平的等温热重法研究了4种高变质程度无烟煤（挥发分含量Vad=2.69%～4.35%）常压下纯水蒸气催化气化反应动力学.在加和不加Na2CO3条件下,测定了温度为750～950℃无烟煤的化学反应控制条件下的转化率与时间的关系.加Na2CO3的转化率与时间的关系用缩芯模型和修正体积模型进行了良好的拟合关联,得出这4种高变质程度无烟煤水蒸气催化气化反应的反应速率常数、活化能和指前因子,按反应速率常数表示的反应活性大小顺序为：永安丰筛＞永安加筛＞上京煤＞永定煤,活化能范围：147.70～199.79 kJ·mol-1.与不加催化剂的结果相比,加Na2CO3的具有更小的活化能和指前因子,低温（750～850℃）时催化效果更明显.

煤炭地下气化反应动力学特性的研究

煤炭地下气化过程中 ,高温的碳与二氧化碳和水蒸气发生的非均相反应决定了出口煤气的组分和热值。鉴于此 ,在煤焦与CO2 和H2 O(g) 反应活性实验的基础上 ,研究了唐山刘庄煤焦与CO2 和H2 O(g) 气化反应的动力学特性 ,确定了其化学反应的速率表达式 ,得出其反应活化能分别为 140 41kJ mol和 171 5 3kJ mol。实验结果表明 ,还原带温度在 10 0 0℃～ 110 0℃时 ,CO2 具有较高的还原率 ;当温度达到 10 0 0℃时 ,H2 O(g) 分解可视为不可逆反应 ,且生成CO的反应速率明显大于生成CO2 的反应速率 ,出口煤气组成中CO的浓度为CO2 的 7倍多。在上述工作的基础上 ,建立了“收缩反应核”模型 。

黑液焦CO_2气化及动力学研究

为了掌握甘蔗渣黑液焦CO_2气化特性和动力学数据,开展甘蔗渣黑液焦CO_2气化研究。通过改变温度、[CO]和[CO_2]研究其对黑液焦转化的影响。采用试验数据与兰格缪尔-修斯伍德吸附动力学方程拟合的方法求解动力学方程参数。研究表明,在升高气化温度和增加[CO_2]时可以加速气化反应,而在增加[CO]时则会抑制气化反应的发生;表观气化速率的倒数分别与[CO]和[CO_2]^(-1)成线性关系,但与[CO]/[CO_2]的比值不成线性关系;在研究的操作条件范围内甘蔗渣黑液焦CO_2气化过程可以采用兰格缪尔-修斯伍德吸附非催化动力学方程描述,平均活化能为153.5 k J/mol。研究数据表明活性点位数可作为M/C摩尔比值的函数而不是常数。引入M/C摩尔比值对动力学模型修正后,获得的气化反应常数、CO吸附常数和CO_2吸附常数均可视为恒定值,其值分别为0.158 9 m^3/(mol·min)、-1.048 7 m^3/mol和-0.323 8 m^3/mol。

CO_2/H_2O气化反应作用下煤恒温富氧燃烧特性

利用自制恒温热分析系统研究了不同气氛中（O2/N2,O2/CO2和O2/H2O/CO2）煤粉在温度（8001 200℃）和氧气体积分数（2%21%）范围内的燃烧行为,主要关注CO2/H2O气化反应作用下的燃烧特性。结果表明:在800℃时,大同烟煤在O2/N2中相对O2/CO2较快的燃烧速率主要源于N2和CO2物性的差异。温度升高到1 000℃进而到1 200℃,CO2气化反应影响增强,大同煤在O2/CO2中整体反应速率逐步接近并超过O2/N2中的燃烧速率。但是当氧气体积分数超过10%后,气化反应影响减弱,大同煤在O2/CO2中的反应速率又逐渐落后于O2/N2中。因为H2O比热和氧扩散能力介于N2和CO2之间,在气化反应作用之前,大同煤在O2/CO2/H2O中的燃烧速率低于O2/N2而高于O2/CO2。在2%氧气体积分数下,温度的升高强化了CO2/H2O协同气化的影响,使得大同煤在O2/H2O/CO2中的整体反应速率始终要高于O2/CO2中;但是氧气体积分数增加到10%后,协同气化作用减弱,导致大同煤在3种气氛中的反应过程较为接近。与大同烟煤相比,阳泉无烟煤在气化反应作用下的整体反应速率增幅更加明显,说明气化对高阶煤反应过程改善可能更为显著。

熔融盐催化煤与CO2气化反应研究

利用自行设计的反应器研究熔融盐催化煤与CO2的气化反应,分析反应温度、催化剂和煤种对气化反应的影响。实验结果表明,以熔融盐为催化剂的熔融盐催化煤CO2气化反应的碳转化率较单纯煤CO2气化反应有明显提高,相同反应条件下,无烟煤、贫煤、烟煤的提高幅度分别是:76.38%～172.73%、46.98%～141.87%、40.52%～137.5%;反应温度是影响熔融盐催化煤CO2气化反应的主要因素,在反应时间为90min时,反应温度从700℃上升至820℃,无烟煤、贫煤和烟煤的碳转化率分别从0.14、0.162、0.192增至0.33、0.363和0.402,其最佳反应温度为820℃左右;煤种不同使气化反应效果不同,但添加熔融盐使反应活性较差的煤种也有很好的气化效果。利用动力学均相模型与未反应缩核模型对实验数据进行处理,得出气化反应动力学参数。

煤泥的二氧化碳气化动力学

立足于煤泥的生产现状,利用热分析方法,研究了石圪台煤泥和浮选后的精细煤泥在不同的升温速率条件下的二氧化碳气化反应,得到了气化反应的TG/DTG曲线,并计算了气化转化率,考察了浮选对煤泥气化特性的影响.选用Coats-Redfern和Doyle近似式对气化过程进行动力学模拟,求解了气化反应活化能和指前因子.结果表明,煤泥和精细煤泥的活化能均随升温速率的增大而减小;在相同的升温速率下,两者的活化能相差不大;煤泥中含量较高的矿物质和灰分对气化具有催化作用.

无机元素对生物质焦炭-CO_(2)气化反应性的催化/抑制作用研究及模型构建

基于简单碰撞理论,建立了含有无机元素影响的焦炭气化反应动力学模型。建模过程中,考虑了七种无机元素含量、催化/抑制能力以及单一无机元素饱和催化倍率对焦炭反应性的影响。实验部分,选取四种生物质样品置于微型流化床反应器中测试了焦炭反应性,并与模型计算值进行了对比,结果表明模型能够较好预测焦炭反应性,同时表现出对不同样品的适应性。该模型能够通过输入样品特性参数和反应工况条件实现焦炭反应性的定量预测。该模型的建立表明固体燃料通用气化反应的规律是存在的,可以为进一步阐明气化反应规律提供理论参考。

CO_2动力学模型的比较

实验研究了850～1 100℃下,稻草600℃焦、木屑500℃焦、宝雁煤、兖州煤和石油焦与CO2的气化反应,并分别采用了收缩未反应芯模型、混合模型和随机孔模型进行了反应速率实验数据的拟合。从数据拟合的吻合程度来看,随机孔模型与混合模型比收缩未反应芯模型拟合效果好,与其他两种模型相比,随机孔模型能够表达某些煤焦气化反应过程中出现最大反应速率的现象,这是由于随机孔模型考虑了气固相反应界面在反应过程中的变化,描述了煤焦在气化反应时微孔的发展与坍塌,比其他两种模型更准确、灵活。

生物质焦CO_2高温气化反应动力学研究

利用同步热分析仪,采用程序升温法研究了生物质焦CO_2气化反应速率特性,主要考察了升温速率对生物质焦气化反应性的影响,并用Friedman-Reich-Levi法对其动力学参数进行了计算。结果表明:DTG曲线峰值温度和最大反应速率随着升温速率的增大而增大;以二氧化碳作保护气,改变升温速率,当升温速率为15℃/min时,热解得到的生物质焦的反应活性最好,即气化速率最快;升温速率越大,反应速率随着温度的变化越明显;生物质焦气化阶段的活化能在-4 984.41~1 408.39 k J/mol之间变化,气化的反应过程复杂。

污泥与准东煤在CO2气氛下的共气化特性研究

为探究污泥与准东煤在CO2气氛下的共气化特性,利用电加热式固定床和热重分析仪研究了共气化产气特性规律及共气化动力学特性规律,并采用Model-free Method计算了共气化反应活化能。结果表明:等温气化过程中CO、H2和CH4的体积分数随着反应的进行先升高后降低;随着准东煤质量分数的增加,可燃气中CO体积分数逐步升高,H2和CH4体积分数逐步降低,冷煤气效率则先升高后降低;程序升温气化的干燥脱附阶段和慢速气化阶段,样品总失重量随着准东煤质量分数的增加而逐渐降低,在快速气化阶段则反之;共气化反应的平均活化能随着准东煤质量分数的增加先降低后升高;污泥与准东煤的掺混具有正向促进气化反应的协同作用,并且在污泥与准东煤质量比为4∶6时共气化的协同作用最强烈。

以无烟煤为原料的碎煤加压固态排渣气化工艺流程创新及优化探讨

介绍了碎煤加压固态排渣气化技术的基本情况,结合工业运行数据,详细介绍了晋煤金石、晋煤天庆等公司以无烟煤为原料碎煤加压气化炉运行的具体情况。重点分析和论证了以低挥发分无烟煤或化工焦为原料时,碎煤加压气化炉在粗煤气净化、废热回收、煤气水处理、二氧化碳返炉等方面创新及优化方案的可行性及意义,改进后的工艺流程更适合于无烟煤碎煤加压固态排渣气化。

二氧化炭气氛下贵州高灰熔融性半焦气化特性研究

高灰熔融性半焦在中低温度及二氧化炭(CO_(2))气氛下的气化特性及动力学参数研究,可为探索其在固定床和流化床气化炉的利用提供基础数据支撑。采用常压热天平,研究了气化温度、CO_(2)含量及煤种对贵州典型高灰熔融性半焦与CO_(2)气化反应性的影响,采用混合反应模型对实验数据进行处理,求取动力学参数。结果表明:气化温度的提高可加快半焦的气化反应速率,明显缩短气化反应时间;提高气化剂中CO_(2)的含量,可提升半焦的反应性,但当CO_(2)含量大于50%后效果不明显;不同半焦的反应性差别较大,3种半焦的反应性顺序由高到低依次为:MJ1>MJ3>MJ2;同一CO_(2)含量下,贵州典型高灰熔融性半焦(MJ1)的反应性指数均随温度的升高而显著增大,同一温度下,CO_(2)浓度在30%~50%时其反应性指数基本随CO_(2)含量的增加而增大,CO_(2)浓度由50%增至60%时其反应性指数稍有降低;在气化温度1123 K-1373 K,贵州典型高灰熔融性半焦(MJ1)与CO_(2)反应的反应级数介于0.1607~1.6062,活化能介于262.76 kJ/mol~283.58 kJ/mol。

CO_2气氛下劣质煤气化及动力学特性实验研究

利用综合热分析仪以非等温热重法研究了升温速率及粒径对于两种劣质煤粉在CO2气氛下气化反应特性的影响规律,考察了灰分对于两种劣质煤气化反应性的影响,并采用均相反应模型(HM),利用Freeman-Carroll法计算拟合得到各条件下气化反应动力学参数。结果表明:两种劣质煤CO2气化反应级数都是1.0级。反应条件对两种煤样的反应活化能产生了相似的影响:CO2气氛下,在900～1 300℃的样品气化反应区间,当其它条件不变时,随着煤样粒径由150～400μm减小到0～75μm,两种劣质煤样表观活化能呈明显下降趋势;而随着升温速率由30℃/min降至10℃/min,两种煤样反应活化能则在上升。在不同样品粒径及升温速率下,两种煤粉的气化活化能和对应的指前因子之间存在着动力学补偿效应。