煤焦在气化合成气中高温气化反应特性

在固定床管式炉反应器中进行了煤焦在H₂O、CO₂、H₂和CO混合气氛中气化特性的实验研究,考察了反应温度、原料气组成和加煤量对产物气组成以及碳转化率的影响。实验结果表明,在各实验条件下,合成气与煤焦反应后CO流量均增加最多,H₂少量增加。煤焦与CO₂的反应受到明显抑制。混合气体通过与煤焦反应可以提高有效气（CO+H₂）的含量,实验条件下反应出口气体中有效气浓度比反应结束时最多提高3.3个百分点。反应速率受气化剂之间的竞争和气化产物的抑制作用较为明显,在1100℃和1300℃时,煤焦在相同气化剂流量的合成气中的最高反应速率分别只有在纯气化剂（水蒸气或CO₂）中最高反应速率的49%和69%。受到多种气体组分之间的相互影响,气体在孔道里的扩散和吸附对反应影响更加显著,随机孔模型可以较好地拟合此类反应,而不考虑孔结构的均相模型和缩芯模型拟合度较差。     

气流量和煤样粒度对煤焦-CO2气化反应的影响

研究了反应气流量和煤样粒度如何影响热天平杯状坩埚内进行的煤焦－CO2气化反应。实验结果表明：反应气流量和煤样粒度对于煤焦－CO2气固相反应有影响；随反应气流量增加，煤焦反应速率增大；恒温和恒升温速率条件下，煤样粒度对气化反应影响不同，原因是恒升温速率下煤焦气化反应还受到气化温度的影响。热天平反应单元进口气体由氮气切换为CO2后，其反应炉内CO2浓度变化是一个逐渐增加的过程，进口气流量越大，反应炉内CO2浓度增加速度越快。     

滴管炉内不同煤阶煤焦水蒸气气化反应特性

在滴管炉内对煤焦与水蒸气气化反应进行了实验研究,考察了煤阶、气化温度、水蒸气与进料煤焦质量比(气焦比)对气化气体产物释放特性以及煤焦转化率的影响。实验温度为1100、1200、1300和1400℃,气焦比分别为0.4:1、0.6:1和1:1。研究发现:滴管炉内不同煤焦的水蒸气气化气体产物以H2含量最高,CH4含量最低。不同煤阶热解焦、气化温度以及气焦比的变化影响滴管炉内水蒸气气化产物气体组成和转化率的高低。随气化温度的升高,神府煤焦和北宿煤焦气化气体产物中H2和CO产率不断增大,H2/CO的比值则逐渐减小,碳转化率有不断增加的趋势。在气化温度大于1200℃的条件下,当气焦比从0.4:1增至0.6:1,神府煤焦和北宿煤焦的碳转化率变化幅度不大(5%以内);当气焦比从0.6:1增至1:1,北宿煤焦的碳转化率略微降低,而神府煤焦的碳转化率增幅则在15%以上。     

滴管炉内不同煤阶煤焦水蒸气气化反应特性

在滴管炉内对煤焦与水蒸气气化反应进行了实验研究,考察了煤阶、气化温度、水蒸气与进料煤焦质量比（气焦比）对气化气体产物释放特性以及煤焦转化率的影响。实验温度为1100、1200、1300和1400℃,气焦比分别为0.4：1、0.6：1和1：1。研究发现：滴管炉内不同煤焦的水蒸气气化气体产物以H₂含量最高,CH₄含量最低。不同煤阶热解焦、气化温度以及气焦比的变化影响滴管炉内水蒸气气化产物气体组成和转化率的高低。随气化温度的升高,神府煤焦和北宿煤焦气化气体产物中H₂和CO产率不断增大,H₂/CO的比值则逐渐减小,碳转化率有不断增加的趋势。在气化温度大于1200℃的条件下,当气焦比从0.4：1增至0.6：1,神府煤焦和北宿煤焦的碳转化率变化幅度不大（5%以内）;当气焦比从0.6：1增至1：1,北宿煤焦的碳转化率略微降低,而神府煤焦的碳转化率增幅则在15%以上。     

以CO_2和H_2O为气化剂的煤焦气化模拟

基于整体煤气化联合循环和燃料电池发电技术,利用固体氧化物燃料电池产生的高温、高纯度CO2与H2O作为煤焦气化的气化剂,运用Aspen Plus模拟软件平台基于Gibbs自由能最小化方法对煤焦的H2O-CO2共气化反应进行了模拟计算。考察了O2流量、H2O流量、CO2流量、预热温度、操作压力、反应温度对气化反应合成气组成和煤气低位发热量的影响。结果显示:通过调节O2流量,得出O2的最佳流量为20 kg/h,此时反应温度和合成气低位热值处于最高值;分别增加水蒸气流量和CO2流量都使反应温度降低,且使反应活性降低导致合成气低位热值降低,所以合理控制水蒸气和CO2流量至关重要;降低操作压力会降低合成气的低位热值,但相对于物料流量改变,影响较小;CO2预热对煤气低位发热量的影响要小于O2的预热效果。     

大粒度煤块气化特性研究

分别以H_2O(g)和CO_2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置完成大颗粒鹤壁烟煤和晋城无烟煤的气化模拟实验,用便携式气体分析仪对煤气组分进行测定,并用SEM分析气化后的半焦,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对2种煤气化反应特性的影响。结果表明:CO_2为气化剂时,反应温度越高,煤气中CO,H_2,CH_4含量越多,煤气热值也越高;以H_2O(g)为气化剂时,H_2含量随着反应温度升高增大,CO含量则先增大后降低,CH4明显降低。气化温度1 000℃时煤气热值最高,鹤壁煤和晋城煤热值分别达13.12 MJ/m~3和11.25 MJ/m~3;气化进行30 min时反应速率最大,60 min时热值最高;相同气化剂条件下鹤壁烟煤的煤气热值高于晋城无烟煤煤气;相同煤种条件下H_2O(g)为气化剂时的煤气热值高于CO_2。     

基于铁基载氧体煤焦化学链气化性能研究

用溶胶-凝胶法制备铁基载氧体,以500℃热解得到的半焦为固体原料,利用固定床反应器对制备的铁基载氧体煤焦化学链气化性能进行研究。实验结果表明:当氧碳比为1∶1,水蒸气流量为0.03 mL/min,气化温度为900℃时,煤焦化学链气化反应获得较高的碳转化率和合成气选择性,分别为93.42%和85.48%;水蒸气及载氧体的增多,可以提高煤焦的碳转化率,但同时会消耗合成气,导致合成气选择性降低;气化温度的提高能够促进煤焦气化反应的进行,提高CO和H_2的产率,但高温下载氧体易出现烧结问题。此外,煤焦、载氧体与水蒸气三者间的相互作用会随着煤焦气化反应的进行而有所变化。     

基于Aspen plus研究气化参数对新疆阜康干粉煤加压气化过程的影响

借助Aspen Plus模拟软件,应用Gibbs自由能最小化方法建立新疆阜康干粉煤加压气化模型。研究了气化参数氧煤比、蒸汽煤比和二氧化碳煤比对气化性能的影响。氧煤比增加有效气(CO+H_2)含量存在最大值;蒸汽煤比的增加,合成气中有效气(CO+H_2)和CO含量减少,CO_2和H_2含量增加。二氧化碳煤比对合成气组成影响不大。     

不同影响因素对煤焦气化特性的影响

为了消除内、外扩散对煤焦气化反应的影响,通过热重分析仪进行了3种煤焦的气化反应实验,气化剂为CO2.研究了焦样粒径大小、焦样质量和气化剂流量对气化反应的影响,最终确定消除内、外扩散时的实验条件.此外还研究了气化温度对煤焦气化过程的影响.根据实验结果选取了3种动力学模型进行拟合,选取最适合描述气化反应的模型.结果表明:煤焦粒径对气化反应没有影响;随着煤焦质量减少,煤焦气化活性增加,但煤焦质量降低至一定值后气化活性不再变化;随着CO2流量增加,煤焦气化活性增加,但CO2流量增加至一定值后气化活性不再变化.混合反应模型最适合描述煤焦的气化反应过程.     

Na_2CO_3对化工焦气化特性影响

以宁夏某焦化厂焦炭为样品,通过预处理、样品组成分析,采用浸渍法制备了负载Na_2CO_3的煤焦样品,在热重分析仪上,以水蒸气为气化剂,考察其气化反应活性,并考察了负载量的影响;采用透射电镜(SEM)、气体吸附仪等手段对其进行表征。在固定床反应器上考察产品气的组成。结果表明,样品负载6%Na_2CO_3能显著提高其气化活性,负载Na_2CO_3后的焦炭表面侵蚀严重,较粗糙,有较发达的空隙结构,气化后气体组成以H_2、CO_2为主。     

蒙古国典型煤种水蒸气气化性能及其动力学特性

利用固定床装置对来自蒙古国的巴嘎诺尔煤(BN)、纳赖呼煤(NL)、阿拉格陶盖煤(AT)和塔本陶勒盖煤(TT)进行程序升温水蒸气气化实验,考察了4种煤样气化合成气主要组分H_2,CO和CO_2的生成规律,着重研究了煤样气化反应动力学和合成气各组分生成动力学特性,并对2种动力学特性进行分析。研究发现,BN,NL和AT3种煤样气化合成气中H_2和CO_2主要在较低温区(900—1 050 K)生成,CO则在较高温区(>1 000 K)生成,而TT煤气化反应H_2,CO和CO_2均需要在较高温区(>1 000 K)生成。AT和TT煤水蒸气气化反应动力学所选取的模型与其气化合成气各组分生成动力学所选取的模型一致,分别为均相模型和缩核模型。BN和NL煤气化生成H_2,CO_2的生成动力学适宜采用均相模型,而CO的生成动力学适宜采用缩核模型,但这2种煤样的水蒸气气化反应动力学均可采用均相模型。     

高温烟气中煤焦气化行为

针对高温烟气中煤焦的气化行为，本文采用FactSage 6.1计算了煤焦在高温烟气下的高温反应特性，并利用热重分析仪分析了煤焦气化行为。通过沉降炉实验进一步研究了不同温度、气体配比、粒径条件下气体产物的动态析出特性，同时计算了评价指标α、β、LHV值。结果表明：随着温度的升高，气体产物H₂和CO的含量增加，β、α、LHV值增大，CH₄和CO₂的含量下降。在温度为1200℃时，β、α值分别由CO₂/CO比为10∶70时的10.80%、5.21%增加到CO₂/CO比为50∶30时的24.71%、41.06%。同时，随着CO₂/CO比值的增大，高温烟气对煤焦气化反应抑制减弱。通过对比反应温度和粒径对煤焦气化反应的影响，得出反应温度远大于粒径对煤焦气化反应的影响。通过实验验证了向高温烟气中喷吹煤焦制备高品质可燃气体方法的可行性。     

贵州老矿煤焦加压CO_2气化反应动力学研究

为解析我国高灰熔融性煤的气化特性及动力学,采用Cahn Thermax 500加压热重分析仪,研究了1种典型贵州高灰熔融性煤焦在加压下与CO_2气化反应的特性及动力学,采用混合反应模型对实验数据进行处理,求取动力学参数。实验结果表明:气化温度越高,煤焦的反应速率越快;在0.5～3MPa压力范围内,气化压力越高,煤焦的反应速率越快;气化剂中CO_2浓度越高,煤焦与CO_2气化反应的速率越快。1 MPa下,老矿精煤快速焦与CO_2的反应活化能介于255.82～304.96 kJ/mol之间;2MPa下,反应活化能介于205.83～248.34 kJ/mol之间,2MPa下的反应活化能低于1MPa下的反应活化能。     

稻壳在水蒸气中气化实验研究

在流化床实验装置上以水蒸气为气化剂,对稻壳进行热解气化的实验研究,分别考察单因素反应温度(500~700℃)、蒸气流量(7~11kg/h)和进料速率(1.2~3.6kg/h)对产气率及其主要组分(H2、CO、CH4、CO2)的影响。实验结果表明:温度的升高可提高气化气产率及气体组分中CH4和H2的含量,同时降低了CO2的含量,随温度升高,CO的含量呈先增加再降低的趋势。蒸气流量和进料速率的增加对产气率影响分别在500℃和700℃呈现出了不同的规律,说明了在不同反应温度下床内起主导作用的反应不同。在700℃,随蒸气流量和进料速率增加,气化气中H2、CO和CO2的含量都有小幅度变化,CH4体积分数稳定在12%左右。在条件考察范围内,当反应温度为700℃、蒸气流量为7kg/h、进料速率为1.2kg/h时,产气率和H2体积分数分别有最大值,为725L/h和18.05%。     

酒糟焦与无烟煤焦共气化特性的研究

利用固定床反应器研究了酒糟焦与无烟煤焦在CO_2气氛下的共气化反应性。采用扫描电镜和X射线能谱分析手段,考察了焦样的孔隙结构和表面元素组成。结果表明:酒糟焦与无烟煤焦共气化过程中,除气化剂CO_2外,尾气主要产生H_2和CO;共气化过程中具有明显的协同作用,气化温度和酒糟焦掺混比是影响共气化反应的主要因素,共气化反应活性随气化温度的升高和酒糟焦掺混比的增加而增大;酒糟含有的高挥发分在气化过程中产生大量蜂窝状的孔隙结构,酒糟焦和无烟煤焦中分别含有的K元素和Ca元素对共气化反应起到的催化作用,是共气化反应活性提高的主要原因。     

酒糟与煤焦在CO2气氛下的共气化特性

利用固定床反应器研究了酒糟和煤焦在CO2气氛下的共气化特性,考察了实验样品的孔隙结构、表面元素组成及灰分矿物组成. 结果表明,酒糟和煤焦在CO2气氛下共气化过程中存在协同作用,产气中除CO2外,主要产生CO, H2和CH4气体,且在酒糟掺混比例为80%时浓度最高. 气化反应温度和酒糟掺混比例是影响共气化反应的主要因素,酒糟掺混比例相同时,900?1100℃范围内随温度升高,共气化反应活性提高;温度相同时,20%?80%范围内随酒糟掺混比例增加,共气化反应活性增大. 酒糟含69.47%挥发分,且在气化过程中产生大量孔隙及酒糟和煤焦中分别含K和Ca元素对共气化反应起催化作用,是共气化反应活性提高的主要原因.     

压力对煤焦CO_2气化反应动力学参数的影响

采用自制的加压固定床微分反应器对加压下(达到2.0 MPa)的煤焦CO2气化动力学进行了研究分析。研究了总压和CO2分压及煤种对煤焦CO2气化反应速率的影响,分析讨论了压力对n级速率方程和L-H速率方程应用于煤焦气化反应动力学的影响。研究结果表明:均相动力学模型更适合HLH褐煤焦CO2气化反应过程,而随机孔模型更适合SM烟煤焦CO2气化反应过程;总压一定时2种煤焦CO2气化反应速率随CO2分压增大而增大,CO2分压一定时,煤焦CO2气化反应速率随总压增大而减小;对于n级速率方程,CO2分压指数随总压增大而减小,对于L-H速率方程,速率常数k1随总压增大而减小,同时速率常数k3随总压增加而增大。为了便于预测加压下煤焦CO2气化速率,文中提出了一种简单实用的经验速率方程式。     

一种褐煤热解煤焦的CO2气化反应特性

针对褐煤的热解-部分气化-残炭燃烧梯级利用工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700℃～950℃温度范围内分别制备快速和慢速热解煤焦,考察了煤焦微晶结构和比表面积随制焦条件的变化.利用热重-质谱联用技术研究煤焦CO2气化反应特性,并采用不同评价指标对煤焦气化活性进行了表征.结果表明:气化温度每升高50℃,煤焦CO2气化反应速率增加50％以上;热解温度升高,虽然煤焦微晶结构的有序化程度加深,比表面积减小,但煤焦CO2气化反应活性主要受气化温度影响;快速热解煤焦的CO2气化反应活性高于慢速热解煤焦,二者的差异随着气化温度升高而增大;表征煤焦CO2气化活性的平均比气化速率和反应性指数存在线性关系.     

神木煤焦与流化床气化带出细粉的CO2气化特性

为了研究煤焦与流化床气化带出细粉的CO_2气化特性,采用热重分析仪考察了不同气化温度和CO_2分压对神木煤焦与细粉气化行为的影响。结果表明,固定CO_2分压提高气化温度或固定气化温度提高CO_2分压都能加快神木煤焦和细粉气化反应的进行,缩短达到一定碳转化率所需时间;神木煤焦和细粉的反应速率随碳转化率的增大均先快速增大到最大值,而后缓慢降低;神木煤焦和细粉的CO_2气化反应活化能均随碳转化率的升高而增大,在相同的碳转化率下,神木煤细粉的反应活化能大于神木煤焦。与神木煤焦相比,神木煤细粉的CO_2气化反应活性较低。     

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。