微型流化床与热重测定煤焦非等温气化反应动力学对比

利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)和热重分析仪(TGA)比较煤焦与CO₂的非等温气化反应特性,并利用单一升温速率法和组合升温速率法计算反应动力学数据。结果表明:升温速率对半焦非等温气化过程有重要影响,随着升温速率的增大,起始反应温度和最大反应速率对应的气化温度增加,同一气化温度下的碳转化率降低,而且利用单一升温速率法求取气化反应的活化能逐渐减小。与TGA相比,同一升温速率下,MFBRA中半焦气化反应的起始反应温度和最大反应速率对应的反应温度明显较小,而且升温速率越大差异越显著。无论是单一升温速率法(升温速率≥5℃·min^-1)还是组合升温速率法,TGA测得的动力学数据均明显小于MFBRA测得的动力学数据。高升温速率下(升温速率≥5℃·min^-1)半焦在TGA和MFBRA中非等温气化行为和动力学数据的差异很可能与MFBRA内较好的热量传递和受扩散的抑制作用较小有关。     

微型流化床中生物质半焦水蒸气气化反应特性及动力学研究

利用微型流化床反应分析仪考察了1123~1223 K及10%~40%蒸汽分压(SP)条件下生物质半焦-水蒸气气化的反应特性并计算动力学。结果表明：升高温度和SP有利于缩短反应时间,提高产物(H₂、CO和CO₂)生成率及总C转化率。低温(1123 K)下,反应受SP影响较大,以H₂最为明显,增幅达1.97倍;在1223 K、SP≥20%条件下,因受活性位点制约,SP对反应影响较小。随温度升高,CO/CO₂体积产率比呈现出先减小后增大趋势;在1123 K和1173 K下,随SP升高,CO/CO₂的体积产率比值降低;在1223 K下,该值维持在1.25左右。采用缩核模型求取不同SP下总碳转化活化能(E_a)在71.29~76.78 kJ/mol范围内,H₂、CO₂和CO的生成活化能分别在95.44~101.82、83.56~89.35和70.41~74.86 kJ/mol之间。测试结果弥补了现有分析仪难以测定气化过程中气体产物生成特性和动力学的局限性。     

微型喷动床煤焦二氧化碳气化反应动力学

煤焦与CO2的气化反应是评价煤种气化反应活性的重要指标之一.分别在自主设计的一套微型喷动床反应装置和热重分析仪上采用等温和非等温的方法对煤焦-CO2气化反应动力学进行探讨.结果表明:神华焦和大雁焦CO2气化反应符合混合反应模型,其采用非等温分析方法由Coats-Redfern近似函数和Doyle近似函数得到的反应活化能...     

微型流化床反应分析的方法基础与应用研究

准确测试气-固反应特性、求算动力学参数和推导反应机理是能源、化工、冶金等过程工程领域的重要研究课题。通过分析现有气-固反应分析测试方法与测试仪器优缺点,本文作者提出了利用微型流化床(MFB,micro fluidized bed)实现低扩散、快速升温条件下的反应微分化和等温分析的测试方法,系统研究了反应器内的流体力学特性,研制了微型流化床反应分析仪(MFBRA,micro fluidized bed reaction analyzer),验证和展示了其对热解、燃烧(氧化)、气化、还原、催化、吸收等典型气-固反应的应用,充分揭示了微型流化床反应分析仪强化传热传质、降低扩散抑制、实现实时在线微分分析的特性,尤其为快速复杂反应提供了有效的研究分析手段,并且拓展了水蒸气气氛、在线颗粒采样、串联反应解耦等系列气-固反应研究与表征功能,形成了与热重分析互补的气-固反应分析方法和分析仪。     

微型流化床反应分析仪中煤半焦水蒸气气化反应特性

制备了在液氮中急速冷却和在氩气中自然冷却的两种半焦,采用扫描电镜(SEM)、N2吸附仪、红外光谱分析仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)等方法系统比较了两种半焦的结构,并利用中国科学院过程工程研究所研发的微型流化床等温反应分析仪(MFBRA)研究包括动力学在内的水蒸气气化反应特性。研究发现:急速冷却半焦(Char-Q)具有更大的比表面积和更小的平均孔径,而自然冷却半焦(Char-S)的石墨化程度更高。在MFBRA中进行的气化反应结果揭示了Char-Q具有更快的反应速率。且比较通过等转化率法算出的活化能发现:Char-S水蒸气气化反应的活化能更大。利用MFBRA不仅求得了半焦水蒸气气化的总C转化的反应活化能(总体动力学),而且获得了生成各气体组分的反应(实际上为多个反应构成的体系)的活化能,实现了半焦水蒸气气化反应分析。因此,选择Char-Q作为分析试样更能反映真实热态半焦的气化行为,而MFBRA为深入研究涉及水蒸气参与的微分反应特性提供了有效的仪器与方法。     

微型流化床反应分析仪中煤半焦水蒸气气化反应特性

制备了在液氮中急速冷却和在氩气中自然冷却的两种半焦,采用扫描电镜（SEM）、N₂吸附仪、红外光谱分析仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）等方法系统比较了两种半焦的结构,并利用中国科学院过程工程研究所研发的微型流化床等温反应分析仪（MFBRA）研究包括动力学在内的水蒸气气化反应特性。研究发现：急速冷却半焦（Char-Q）具有更大的比表面积和更小的平均孔径,而自然冷却半焦（Char-S）的石墨化程度更高。在MFBRA中进行的气化反应结果揭示了Char-Q具有更快的反应速率。且比较通过等转化率法算出的活化能发现：Char-S水蒸气气化反应的活化能更大。利用MFBRA不仅求得了半焦水蒸气气化的总C转化的反应活化能（总体动力学）,而且获得了生成各气体组分的反应（实际上为多个反应构成的体系）的活化能,实现了半焦水蒸气气化反应分析。因此,选择Char-Q作为分析试样更能反映真实热态半焦的气化行为,而MFBRA为深入研究涉及水蒸气参与的微分反应特性提供了有效的仪器与方法。     

微型流化床反应动力学分析仪的研制与应用

本文首次研发了一种用于测定气固反应速度、求算反应动力学参数的微型流化床反应分析仪器（MFBK）。该仪器利用流化床强化反应过程的热量与质量传递过程,通过气体脉冲输送在给定温度下瞬时进样,根据在线监测的气体组分浓度变化,测试反应速度、推导反应动力学参数和分析反应机理。利用该仪器测定氩气气氛中碳酸钙的分解反应表明：其表观活化能与指前因子分别为142.73kJ.mol^-1和399777s^-1,活化能在文献报道范围之内,且小于热重分析仪测定的184.3kJ.mol^-1,并建立了反应模式函数f(α)=(1-α)0.86,对应的拟合线性相关系数达到0.99。测定煤和生物质热解反应过程表明：MFBK测试的反应完成时间在15s左右,且揭示了生成气关键组分具有不同的释放时间和生成量,为深入探讨热解反应机理提供了新的证据。     

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。     

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。     

煤焦与水蒸汽气化反应的动力学模型

在对３种中国煤焦与水蒸汽进行加压气化活性研究的基础上,采用未反应芯模型对煤焦气化反应过程进行了描述,提出了一个包括水蒸汽分压（ＰＨ２Ｏ）、基碳转化率（Ｘ）和反应温度（ｔ）的气化反应速率方程式,并进行了实验验证。     

金属氧化物对生物质半焦气化特性和反应动力学影响

为测试生物质半焦中金属氧化物的催化作用,本研究利用热重分析仪比较脱灰半焦(ALC)及负载金属氧化物半焦(ALC-K2O, ALC-Na2O, ALC-CaO, ALC-Fe2O3, ALC-MgO)的气化特性,并进行动力学计算。为提高结果准确性,采用等温和非等温实验方法,并利用分布活化能模型(DAEM)和Flynn-Wall-Ozawa (FWO)等转化率法求算动力学。结果表明,金属氧化物对半焦催化效果有明显差异。等温条件下,其气化活性依次为ALC-K2O>ALC-Na2O>ALC-CaO>ALC-Fe2O3>ALC-MgO>ALC。非等温条件下,相同升温速率下,各半焦的特征汽化温度(初始温度、最大速率下温度、结束温度)由小到大依次为ALC-K2O, ALC-Na2O, ALC-CaO, ALC-Fe2O3, ALC-MgO, ALC,低特征反应温度表明其高反应活性。动力学分析发现,无论是等温还是非等温气化,活化能数据依次为ALC-K2O相似文献   

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。     

Reaction kinetics of gasification of black liquor char

CO₂ gasification of black liquor char, prepared from kraft spent pulping liquor is studied thermogravimetrically up to 775°C. The gasification rate is described by Langmuir-Hinshelwood type kinetics and activation energy is similar to that found for alkali metal impregnated porous carbons. However the rate is about 20 times larger than that of coal char mixed with 10-20% Na₂ CO₃. CO inhibition is relatively small and the rate is first order in carbon up to 80% conversion. The behavior is explained by a fine and three-dimensional dispersion of sodium salts in the char. The rate is insensitive to pulping conditions over the range of industrial practice.     

Intrinsic kinetics and external diffusion of catalytic steam gasification of fine coal char particles under pressurized and fluidized conditions

Catalytic steam gasification of fine coal char particles was carried out using a self-made laboratory reactor to determine the intrinsic kinetics and external diffusion under varying pressures (0.1-0.5 MPa) and superficial gas flow velocities (GF Vs) of 13.8- 68.8 cm· s^-1. In order to estimate the in-situ gas release rate at a low GFV, the transported effect of effluent gas on the temporal gasification rate pattern was simulated by the Fluent computation and verified experimentally. The external mass transfer coefficients(kmam) and the effectiveness factors were determined at lower GF Vs, based on the intrinsic gasification rate obtained at a high GFV of 55.0 cm·s^-1. The kmamwas found to be almost invariable in a wider carbon conversion of 0.2-0.7. The variations of kmam at a median carbon conversion with GFV, temperature and pressure were found to follow a modified Chilton-Colburn correlation:Sh=0.311Re^2.83Sc1/3(P/P0)^-2.07 (0.04相似文献   

基于等转化率法的煤焦-CO_2气化动力学研究

为获得可靠的煤焦-CO_2气化反应动力学参数,采用Flunm-Wall-Ozawa(FWO)等转化率法进行煤焦-CO_2气化动力学研究。在3个不同升温速率下进行了煤焦-CO_2气化热重试验,计算不同碳转化率下的反应活化能,用主曲线法分析了气化机理模型,并采用拟合法对等转化率法的结果进行验证。结果表明,气化主反应区不同碳转化率下(α为0.2~0.8)活化能的变化较小,为(228.25±5.22)k J/mol。煤焦-CO_2气化反应为均相模型,该模型标准曲线与试验曲线重合度较好,并符合目前常用的煤气化动力学模型。拟合法计算的活化能仅与等转化率法相差0.74 k J/mol,说明等转化率法研究煤焦-CO_2动力学可行。     

热重分析煤焦恒温气化过程中气体切换的影响

利用热重分析仪研究恒温煤气化是实验室常用的气化活性评价流程,但该实验中气体切换过程的影响却较少报道。本文以一种煤焦CO₂气化反应为例,通过切换气体与全部采用CO₂气体气化实验对比,分析气体切换步骤对恒温气化实验的影响,并结合在线质谱检测了切换过程中气体逸出规律。研究发现,存在切气步骤时,尽管CO₂可快速扩散至反应区,但由于气体的置换过程并非简单的平推流,导致部分碳的气化是发生在变化着的反应性气体和惰性气体的混合气氛中。这极大地影响了煤焦样品的气化反应速率大小和趋势,进一步影响反应动力学模型的判断和选择,并将导致由此计算所得的活化能受扩散影响而偏低。因此,建议在应用热重分析仪采用气体切换流程研究恒温气固相反应时,应首先对其气体逸出规律进行检测,评估气体切换步骤对整个反应过程的影响,以减小实验误差。