高温下煤焦气化反应特性(Ⅰ)灰分熔融对煤焦气化反应的影响

在900～1500℃灰分的熔融温度范围内和常压下,研究了煤焦与二氧化碳的气化反应。实验研究发现,活化能随气化过程而变化,除反应初期外,气化反应严重受内扩散过程的影响。高温下的煤焦气化存在一个特性温度,在该温度下,反应中、后期气化速率显著降低,其影响范围在特性温度上下约200～300℃。特性温度与煤种及灰分性质等因素有关,一般低于其相应灰分的软化点温度。     

高温下煤焦气化反应特性(Ⅱ)细孔构造对煤焦气化反应的影响

在常压下,1000～1500℃温度范围内,测定了大同等地的3种煤焦的孔构造和煤焦与二氧化碳的气化反应速率;研究了反应过程中,煤焦的孔结构和内表面积的变化及它们与气化速率间的关系。结果表明,高温下煤焦气化反应在细孔内表面上进行,细孔对气化反应速率起主要作用。     

煤焦结构及其气化反应影响因素的研究进展

简述了国内外研究中煤焦结构的研究方法,对煤焦结构研究现状进行了综述,讨论了煤焦气化剂、灰分、温度、压力、升温速率、制焦时间、变质程度和显微组分含量等这些气化反应的影响因素。因此,在气化过程中,煤焦的气化反应活性不但要考虑原煤的性质,还要综合考虑气化剂、温度、压力、升温速率、制焦时间,尤其是温度和压力在气化过程中的影响。掌握了煤焦结构的研究方法和影响气化反应的因素可以更好的对煤进行清洁利用和转化。     

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.     

煤焦与水蒸气加压气化反应活性的研究

采用填充床热天平反应器（ＰＢＢＲ）系统,于０．０９８ＭＰａ～２．４５ＭＰａ压力和７５０℃～１０００℃温度下进行了煤焦与水蒸气气化反应的活性研究,以基碳转化率（Ｘ）和比气化速率（Ｂ）作为反应活性的评价指标。结果表明,煤焦的Ｘ和Ｂ随着温度和压力的增加而增加;煤焦的气化反应活性顺序为：褐煤焦＞气煤焦＞贫煤焦。     

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H_2O、CO_2、H_2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,H_2少量增加。煤焦与CO_2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+H_2)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CO_2)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。     

高灰煤焦气化活性及其动力学模型

在等温条件下进行了贺西煤焦的CO2气化实验,考察了灰分对煤焦气化特性的影响,分析了煤焦的碳微晶结构.结果表明,相同制焦条件下,原煤焦(RC)、精煤焦(CC)、尾煤焦(TC)及脱灰煤焦(DC)的石墨化度顺序为DC>CC>RC>TC,对应的气化活性为TC>RC>CC,说明灰分抑制煤焦石墨化,并在一定程度上提高了煤焦的气化反应活性;在反应初始阶段,高灰煤焦(灰分含量≥48.47%)的气化活性较高,气化活性指数Rs(TC)=1.304Rs(RC)=2.421Rs(CC),反应后期随灰层阻力增加,气化活性逐渐降低;受扩散控制的三维扩散模型能较好地反映高灰煤焦的气化过程,而低灰煤焦的气化过程则可通过受化学反应控制的收缩核模型描述.     

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.     

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。     

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。     

煤焦水蒸气气化特性及动力学研究

运用等温热重法，对三种不同的煤焦，在反应温度900℃～1200℃之间进行水蒸气气化实验。分别考察了常压下反应温度、水蒸气分压和煤种对反应的影响；并且对不同煤焦的反应进行动力学计算，求取动力学参数，研究发现，煤焦水蒸气的反应与煤焦—CO2的反应相比速率要快得多，并且随反应温度升高，反应速率急剧增大。     

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。     

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...     

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。     

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。     

煤焦加压气化反应性研究

利用加压热分析仪,测定了义马煤焦的CO2气化反应性。结果表明:随温度的提高,义马煤焦的反应性和反应速度呈增加趋势,与前期研究常压下的情况一致;压力对气化反应的促进作用不明显,且温度对气化过程的影响大于压力;反应速率在初始阶段最大,随后逐渐减小。经过动力学计算表明:反应速率与温度的关系符合Arrhen ius定律;反应级数随温度增加而减小,近似于线性关系;煤焦活化能大约为60.02 kJ/mol。     

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。     

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。     

煤焦CO2气化反应动力学研究

在热天平实验装置上进行了霍林河、义马、兖州、平朔、神华、大同6种煤焦的CO2气化反应性实验，实验温度为900～1050℃。通过对实验数据处理，取得了6种煤焦的反应动力学参数等，利用不同的参数对煤焦CO2气化的反应活性进行了比较。     

煤焦二氧化碳气化反应活性影响因素研究现状

煤二氧化碳气化反应是一种煤清洁利用的手段,其关键是提高反应活性。综述了原煤性质、热解过程、反应温度与压力、催化剂,以及二氧化碳气速、煤焦的粒度等因素对反应活性的影响,并对煤焦气化技术进行了展望。