两种中国典型烟煤的CO_2气化反应动力学研究_段红宇.pdf
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1、两种中国典型烟煤的 气化反应动力学研究 段红宇, 陈 路, 刘 鑫, 周志杰 (江苏索普( 集团) 有限公司甲醇厂, 江苏镇江 ;华东理工大学煤气化教育部重点实验室, 上海 ) 关键词: 煤气化动力学; 滴管炉; 活化能 煤气化反应动力学是煤气化技术发展的基础。 研究煤的气化活性以及影响煤气化活性的因素可以 帮助人们认识煤的气化过程, 进而提高气化炉的运 行效率。气化炉的设计和模拟计算也需要准确可靠 的气化动力学参数, 因此煤的气化反应动力学研究 具有重要意义。由于煤的热解速率远远高于煤焦的 气化速率, 因此在进行煤的气化反应动力学研究时 主要是以煤焦为研究对象 。研究表明, 制焦条件 对煤焦
2、的气化反应性有重要影响 , 为了获得接近 实际气流床气化炉内反应条件的煤的气化反应动力 学参数, 本文利用滴管炉进行煤焦制取, 在热重分析 仪上进行煤焦的气化反应动力学研究。 实验部分 煤焦制备 实验选取我国两种典型的气化用煤, 即神府烟 煤和北宿烟煤, 利用球磨机和振动筛得到粒径在 的煤样作为热解原煤, 其工业分析和 元素分析见表。煤焦在滴管炉中制备, 制焦条件: 气氛, 压力 , 当炉温升至 时, 煤 粉连续自由下落经过反应器, 煤焦在底部收集器中 被快速冷却。 表 煤样的工业分析和元素分析 , , 神府煤 北宿煤 煤焦气化实验 实验 采用 德 国 公 司 生 产 的 热重分析仪, 采用等
3、温气化的方 法: 即约 煤焦样品在 的氮气气氛 下以 的升温速率升至气化温度, 随后将 氮气切换为 ( ) 进行气化直至 曲 线接近水平为止。整个过程由数据采集系统自动采 样并绘出 曲线。实验在常压下进行, 气化温度 范围为 。 气化实验数据处理 图所示是热重分析仪的数据采集示意图。实 验过程中当温度达到设定温度时将 切换为 的过程时由于气体混合及气体密度的不同常导致样 品质量波动, 因此选择气流稳定时的样品质量作为 气化初始质量, 即。则样品的气化转化率计算 式为: ( ) 样品的气化反应速率计算式为: 图 热重分析仪的数据采集示意图 ( ) ( ) 为煤焦气化转化率, 单位:;和 分别为
4、时刻时样品质量和气化完全剩余灰分的质量, 单 位: ( 气化不完全时, 以工业分析的灰分含量计算 灰分质量) ; 为煤焦气化反应速率, 单位为 。 实验结果与讨论 气化温度对煤焦气化反应性的影响 增刊化 学 世 界 从图中可以看出, 在较低的气化温度下, 温度 对煤焦的气化反应性影响显著, 且随着气化温度的 升高, 煤焦气化达到相同转化率的时间逐渐减小, 表 明煤 焦 的 气 化 反 应 性 逐 渐 增 大。而 当 温 度 高 于 时, 不同气化温度下煤焦的气化反应曲线趋 于重合, 这一方面是由于高温下煤焦的气化反应逐 渐过渡到扩散控制区, 此时温度对煤焦气化反应性 影响较小; 另一方面, 高
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