一种褐煤煤焦水蒸气和CO2气化活性的对比研究

面向循环流化床褐煤热解-部分气化-残炭燃烧分级转化工艺,以宁夏石沟驿褐煤为原料,采用水平管式炉在700～950 ℃,以快速热解和慢速热解方式制备煤焦,考察煤焦表面形貌和结构随制焦条件的变化。利用热分析技术研究气化温度、热解温度和热解速率对煤焦水蒸气和CO2气化反应活性的影响。结果表明：煤焦气化反应速率主要受气化温度影响,受热解温度的影响相对较小;煤焦分别与水蒸气和CO2气化的活性有较大差异,差异随着气化温度的升高而减小;与煤焦的水蒸气气化相比,热解条件对煤焦的CO2气化活性影响更大;煤焦水蒸气气化和CO2气化的反应性指数之间的关系可用二次曲线进行描述,在10%～80%碳转化率范围内分布活化能存在良好的线性关系。     

煤变质程度对高温气化反应性的影响

采用高温固定床,在1 200℃～1 400℃内,对比分析了褐煤、烟煤和无烟煤的气化反应性,详细探究了煤变质程度对高温气化反应性的影响。实验结果表明:3种煤的气化反应性均随气化温度的升高而增加,在1 400℃下煤的反应性差异仍然可见;煤的变质程度对高温气化反应性的影响明显,反应性的大小依次为褐煤、烟煤和无烟煤。     

热重法研究煤焦H2O气化反应动力学

利用热天平实验装置对霍林河、义马、兖州、平朔、神华、大同6种煤焦进行了水蒸气气化反应性实验，实验温度为850～1050℃．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，利用这些参数对煤焦水蒸气气化的反应活性进行分析比较后得出，温度是影响煤焦气化活性的因素之一，对同一煤焦而言，其碳转化率、反应速度常数、反应性指数和平均比气化速率等这些表征煤焦的气化反应性的参数，均随温度的升高而增加；6种煤焦的反应活性顺序为：霍林河、义马、神华、兖州、大同、平朔．     

升温速率及水蒸气分压改变对煤焦气化反应性的影响

用非等温热重法考察了神华煤焦、平朔煤焦及潞安煤焦的水蒸气气化反应性,分析了升温速率、水蒸气分压改变对煤焦气化反应性的影响,即水蒸气分压越大,煤焦的气化反应速率越快;随升温速率的提高,热失重曲线向高温区偏移,最大失重速率相应增大。利用最大反应速率法和半衰期法评价了所选样品的气化反应性。试验结果表明,在相同的气化反应条件下,随着变质程度的提高,煤焦的气化反应性逐渐减小,其气化反应性顺序为神华煤焦>平朔煤焦>潞安煤焦。     

煤焦与水蒸气及CO2共气化反应性研究

采用常压热天平实验装置,在温度为1 173～1 323 K条件下,研究了3种煤焦与水蒸气、CO₂及二者不同配比混合气体的气化特性.结果表明：气化反应温度越高,煤焦的气化反应性越好;气化剂配比中水蒸气的含量越高,煤焦的反应性越好.3种煤焦与水蒸气及CO₂共气化反应性顺序为：神东>宝一>王坡;同一气化剂配比下,3种煤焦的平均比气化速率随温度的升高而增大,同一气化温度下,3种煤焦的平均比气化速率随气化剂中水蒸气含量的增加而增大;3种煤焦在与水蒸气及CO₂混合气体共气化过程中表现出的交互作用不同.     

无烟煤焦的气化反应特性研究

采用热重仪,考察了高平无烟煤焦的气化反应特性;考察了氧化钙和氧化铁对煤焦的催化作用。结果表明:在800℃~1 000℃内,高平煤焦的气化反应性偏低,随温度的升高,煤焦的气化反应性呈增加趋势;添加氧化钙和氧化铁后,煤焦的气化反应性有明显增加,催化作用十分显著。     

神木煤焦与CO 2和水蒸气反应后期动力学特性

采用等温热重法对比神木煤焦在900～1 050 ℃分别与CO 2和水蒸气气化的反应活性。为研究气化残炭反应性,分别采用均相模型、缩核模型、混合模型和修正体积模型对煤焦气化后期反应速率与碳转化率的关系进行拟合。结果表明：混合模型和修正体积模型对实验数据有很好的拟合效果;均相模型和缩核模型的拟合效果随气化温度和反应气氛而变化;不同模型预测煤焦分别与CO 2和水蒸气反应后期的活化能范围分别为200.65～231.00 kJ/mol和105.48～169.10 kJ/mol;修正体积模型预测神木煤焦在这两种气氛中反应后期的活化能都比前中期高36 kJ/mol左右;在实验温度范围内,神木煤焦气化后期以化学反应控制为主。     

低变质煤水热提质及气化特性研究

将低变质煤在高压反应釜中进行不同温度(100℃~250℃)的水热提质试验,然后采用非等温热重分析法对不同提质煤进行CO2气氛下的气化特性分析。分析结果表明,水热提质后煤样表面形貌发生较大变化,煤整体结构发生收缩,表面结构致密化并产生裂缝和断裂。原煤和提质煤在气化过程中均经历了热解和碳气化这2个主反应段。随着水热温度增加,提质煤由于挥发分含量减小使其热解段的反应速率明显下降,而碳气化段反应速率增加不明显;在碳气化段,提质煤的碳转化率随着水热温度的升高而有所增加,煤焦气化活性指数整体上略呈增大趋势。研究表明,该低变质煤提质后的气化活性受物理孔隙结构变化的影响可能超过煤阶和化学微晶结构等因素的影响。     

胜利褐煤外热式气流床温和气化建模研究:模型的求解及应用

针对建立的一维气流床温和气化模型,研究了其求解过程、对实验结果预测的准确性、对不同条件下气化结果的预测及对参数敏感性的分析。结果发现,92%预测值误差小于20%,75%预测值误差小于10%。模型预测不同条件下的气化结果,与前人的理论研究和实验/工业化实践吻合。预测结果显示,随停留时间延长,褐煤转化率、H_2和CO_2含量先快速增加后缓慢增加,CO先增加后减小,尤其在较高水蒸气浓度和温度下;在1%O_2气氛下,褐煤燃尽时间小于0.5 s,明显小于气化反应时间;大粒径褐煤气化煤气中CO+H_2含量较高,可能与不同粒径半焦的孔隙结构和反应性有关。氧化反应CO和CO_2分配系数α,单位反应体积内褐煤颗粒的初始含碳质量Γ及气固相有效接触(碰撞)面积Λ,3个参数的物理意义可以很好地解释参数变化时褐煤转化率和煤气组成的变化,褐煤转化率对参数Γ,Λ,α的的敏感性相同,CO+H_2含量对α的敏感性最强,Λ次之,Γ最弱。     

N_2热解气氛中煤种对C元素迁移规律的影响

为提供煤炭地下气化物料平衡模型气化阶段中参与反应的碳量的计算方法,对大雁褐煤、协庄烟煤和昔阳无烟煤在N2气氛中进行慢速热解实验,研究了煤种对C元素迁移规律的影响。结果表明,热解过程中C元素迁移规律与煤的变质程度有关,对于无烟煤,原煤中的C元素向气化阶段的纯碳中的迁移比例a(C,气化纯碳)远远大于褐煤和烟煤,保持在93.19%左右,后者均为78%,而C元素向其他热解产物的迁移比例均在0%~1%之间;对于褐煤和烟煤,a(C,焦油)在600℃时均达到最大,分别为10.36%和14.53%;烟煤中a(C,CH4)和a(C,C2H4)均大于褐煤,与原煤挥发分含量有关;褐煤中a(C,CO)和a(C,CO2)均大于烟煤,与原煤含氧量有关;烟煤中N和S的赋存稳定性较高,使烟煤中a(C,COS)小于褐煤,而且烟煤中a(C,HCN)增长速率逐渐减小。