煤焦固定床等温CO2气化反应动力学研究

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CO2作为气化剂对煤焦--H2O气化反应的影响机制开题报告

CO2作为气化剂对煤焦--H2O气化反应的影响机制
开题报告
煤焦-水蒸气气化是一种重要的方法，可以获得燃料气和工业原料气。

CO2作为一种气化剂，已经被广泛研究和应用于煤焦-水蒸气气化反应中，以增加气化反应的效率和选择性。

然而，CO2作为气化剂的影响机制仍
然不清楚。

本文拟对CO2作为气化剂对煤焦-水蒸气气化反应的影响机制进行探究。

主要的研究内容包括以下方面：
1. CO2作为气化剂的化学反应机理。

通过分析CO2作为气化剂在煤焦-水蒸气气化反应中的化学反应机理，了解其在反应体系中的行为特征
和反应机理，为后续的实验研究提供理论基础。

2. CO2对煤焦-水蒸气气化反应的影响机制。

通过实验研究，分析
CO2作为气化剂对煤焦-水蒸气气化反应的影响机制，包括对气化产物和
反应速率的影响等。

3. CO2作为气化剂的优化方法。

根据实验研究的结果，提出CO2作为气化剂的优化方法，以提高煤焦-水蒸气气化反应的效率和选择性。

本文的研究成果将对煤焦-水蒸气气化反应中CO2作为气化剂的应用和优化提供理论和实验依据，对提高气化反应的效率和选择性将具有重
要的意义。

小型固定床煤催化气化动力学研究

小型固定床煤催化气化动力学研究高攀;顾松园;钟思青;金永明;曹勇【期刊名称】《天然气化工》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】以K2CO3和内蒙褐煤为研究对象，在小型固定床上考察了催化剂负载量、温度，氢气以及水蒸气分压对碳转化率和气化反应速率的影响。

结果表明，K2CO3对煤焦-水蒸气气化反应有明显的催化作用，700℃，当添加10%的K2CO3，碳的转化率为70%，氢气的含量对煤焦-水蒸气的反应有明显的抑制作用，并采用n级速率方程和Langmuir-Hinshelwood速率方程考察了水蒸气分压的影响，分压提高，煤焦-水蒸气气化反应活性提高，采用n级速率方程得到煤-水蒸气气化反应级数为0.87，活化能为169.2kJ/mol；采用L-H方程得到活化能为121.9kJ/mol。

【总页数】5页(P45-48,82)【作者】高攀;顾松园;钟思青;金永明;曹勇【作者单位】中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海 201208; 复旦大学化学系，上海 200433;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海 201208;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海 201208;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海 201208;复旦大学化学系，上海 200433【正文语种】中文【中图分类】TQ546.2【相关文献】1.高压热天平内煤催化气化动力学研究 [J], 李刚;姜旭;刘永卓;张秀丽;王翠苹2.氯化钾催化气化煤的等温动力学研究 [J], 张泽凯;王黎;刘业奎;冯霄3.水蒸气气氛煤中温催化气化动力学研究 [J], 王西明;王兴军;陈凡敏;刘海峰;于广锁;王辅臣4.低活性无烟煤固定床二氧化碳催化气化反应动力学研究 [J], 林荣英;张济宇;陈峰;季春晗5.平顶山瘦煤煤焦固定床二氧化碳催化气化动力学研究 [J], 赵志刚;余可;查荣轩;解乐乐;张小勇;凌强;崔平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

CO2作为气化剂对煤焦--H2O气化反应的影响机制中期报告

CO2作为气化剂对煤焦--H2O气化反应的影响机制中期报告尊敬的评委老师，大家好。

我是XXX，今天来给大家介绍一下我的CO2作为气化剂对煤焦-H2O 气化反应的影响机制的中期研究报告。

首先，我们来看一下研究背景和意义。

煤焦气化是一种重要的化学反应，可以将煤焦通过热解、气化等方式分解成气体和其他化合物，其中，CO2作为居多的气化剂之一，对煤焦-H2O气化反应有很大的影响。

因此，研究CO2作为气化剂对煤焦-H2O气化反应的影响机制，有助于深入了解该反应过程，优化气化气的产生和利用，提高煤利用效率，降低排放。

接下来，我来介绍一下我们的实验方案和初步结果。

我们选用了纯度为90%的煤焦粉末作为研究对象，同时使用纯净的水和CO2作为气化剂。

实验中，我们设计了不同的气化剂组合，分别为：H2O气化剂组合（W），CO2气化剂组合（C），混合气化剂组合（W+C）。

在这些组合中，W代表100%的H2O气化，C代表100%的CO2气化，W+C代表50%的H2O气化和50%的CO2气化。

我们通过TG分析仪对不同气化剂组合下的煤焦样品进行了热分解实验，测定了不同温度下的质量损失和气体释放速率。

初步结果显示，在不同温度下，W+C组合的煤焦热解速率和质量损失均高于W和C组合的煤焦热解速率和质量损失。

这说明W+C组合的气化剂能够加速煤焦的热解过程，提高气化速率和产气量。

同时，W和C组合的煤焦热解速率和质量损失随温度升高呈现出先缓慢后加速的趋势，说明温度升高有利于促进煤焦热解反应的进行。

最后，我来讲一下我们的下一步工作计划。

在接下来的实验中，我们将进一步探究各气化剂组合下产气组分的变化及其与温度、压力等因素的相关性，以便深入研究CO2作为气化剂对煤焦-H2O气化反应的影响机制。

谢谢大家！。

煤焦催化气化中非均相反应动力学的研究

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 166技报告导读unit injection mode, Optimize the injection parameters vuggy reservoir water injection unit, Further improve the different types of karst fractured reservoir provides water technology policy. The subject completed the annual research program content and objectives.Key Words ：Tahe Oilfield；fractured-vuggy reserviors；Water flooding development；Water injection;Injection-production parameters阅读全文链接（需实名注册）：htt p://w w w.nstr s.c n/x ian g x iBG.as px?id=47982&f lag=1煤焦催化气化中非均相反应动力学的研究李伟伟1 张荣1 毕继诚1 郑岩2(1.中国科学院山西煤炭化学研究所；2.新奥集团煤基低碳能源国家重点实验室)摘　要：以神木煤焦为研究对象，在小型加压固定床上考察了不同气化剂（水蒸气、二氧化碳、氢气）、催化剂负载量、水蒸气分压、氢气分压和一氧化碳分压对碳转化率和气化反应速率的影响。

结果表明，对于非均相的催化气化反应来说，反应速率顺序为C-H 2O>C-CO 2>C-H 2。

H 2和CO不同程度地抑制煤焦水蒸气气化反应，CO的抑制作用明显大于H 2。

在700 ℃，当添加5%的CO，碳转化率降低约50%。

基于Langmuir-Hinshelwood （L-H）方程，结合随机孔模型，同时考虑催化剂负载量及气化产物分压的影响，建立了煤焦催化水蒸气气化动力学模型，模型预测反应速率常数与实验值误差在10%以内，说明建立的动力学模型可以较好地模拟煤焦的催化水蒸气气化反应过程。

CO2对煤焦结构和气化反应性的影响中期报告

CO2对煤焦结构和气化反应性的影响中期报告
本报告主要探讨了CO2对煤焦结构和气化反应性的影响。

首先，我们简要介绍了煤和焦的基本特性，以及CO2对煤焦结构和气化反应性的
影响的背景。

接着，我们介绍了目前关于CO2对煤焦结构和气化反应性影响的研究现状。

研究表明，CO2对煤焦结构和气化反应性有显著的影响，其中
包括：(1) CO2气化能提高焦的气化速率和转化率，但也会增加焦的热重损失；(2) 焦经过一定程度的CO2气化后，会改变其微观结构和孔结构，进而影响其气化反应性。

接下来，我们介绍了我们的研究计划和实验方法。

我们选用具有代
表性的贵州煤作为研究对象，采用等温恒压实验方法，研究CO2气化对
煤焦结构和气化反应性的影响。

我们将焦经过一定程度的CO2气化后，
使用XRD、SEM、氮气吸附和热重分析等手段来分析焦的微观结构和孔
结构变化。

最后，我们介绍了我们的研究进展和初步结论。

目前，我们已经完
成了一部分实验，并进行了初步分析。

初步结果表明，CO2气化能够改
变焦的微观结构和孔结构，并且会影响其气化反应性。

但是，需要进一
步的实验和分析来验证我们的初步结论。

综上所述，我们的研究旨在探索CO2对煤焦结构和气化反应性的影响，为煤的清洁、高效利用提供理论和实验依据。

不同升温速率下煤焦CO_2气化的动力学研究

率加大引起了反应物内部与表面的温差，造成了动力学模型，
传热传质滞后，所以气化向高温方向移动。
，＿（ｎ专圳［
以得到高浓度的ＣＯ，因此，研究煤焦的ＣＯ气化
反应动力学有重要意义。由于煤的结构复杂，不
图１的３条曲线分别表示煤焦在不同升温速率条件下的气化热重曲线图。图２的３条曲线分
同煤种的气化反应特性存在很大差异，因此，也别表示煤焦在不同升温速率条件下转化率和温度需要不同的气化模型来描述。的关系图。本文考察了不同升温速率下煤焦的反应速率
由图可知，当升温速率为３／ｉ，煤焦０Ｋｍｎ时在１２８℃ 左右开始出现明显的气化现象；当升０温速率为４／ｍｉ４
气化；当升温速率为５Ｋｍｎ时，煤焦从０／ｉ
在隔绝空气的情况下将实验用煤放于７０ｃ０ｃ
收稿日期：２１００—１０。０— ８
１０２℃ 开始气化。在３种升温速率下，煤焦的最６
作者简介：高正阳（９２）１７一，男，副教授，研究方向为高效清洁燃烧及环境污染控制，Ｅｍｉａｚｙｎ１３ｃｍ。－ａｌｏｈａ＠６．ｏ：ｇ
实验样品的工业分析见表１。
表１煤焦工业分析
Ｔａｂ．Ｉ１ｎｄｕｔｙｎａｙｉｏａｈａｒｓｒａｌｓｓｏｆｃｌｃ

神木烟煤煤焦的CO2气化反应动力学模型

摘要：对煤的气化问题，固定床８０９０℃ 气化温度下，究了煤焦与Ｃ气化反应的特性，针在０５研Ｏｚ采
用正态分布模型进行了计算，映出不同温度下煤焦的气化速率随转化率的变化规律。结果表明：气化开反在
始时刻，化速率最大，随着煤焦转化率的提高而逐渐降低；型中的最大反应速率ｒ与温度的关系符合气并模
Ａｒｅｉｓｒｈｎｕ定律，由此求出煤焦的活化能为１２３５４ｋ／ｏ。９．０Ｊｔｌｏ关键词：焦气化；力学分析；正态分布模型煤动中图分类号：Ｑ５０２Ｔ３．文献标识码：Ａ文章编号：６１０６（０２０—０７Ｏ１７－８Ｘ２１）１０１一３
ｊ
结构的变化，其表达式中可以看出，ｆ≠ ｏ它从（ｉ，不能描述出现峰值的曲线。
２３２混合模型．．
混合模型是对收缩核模型的改进，表其
达式为：
一
一
ｋ１（一）
（）５
ｄ
式中：反应级数，数值根据试验数据拟合为其
１２试验仪器和方法．
对神木烟煤，分别采用了收缩核模型、合模型、混
随机孔模型、态分布模型进行计算，比对不正并

O_2_CO_2气氛下煤焦燃烧反应动力学特性试验研究

进行了 O2 /CO2 气氛与
烧 , O2 /CO2 气氛下 NOx 排放是常规空气燃烧的
25%
[ 1, 2 ]
O2 /N2 气氛对比的热重分析 , 应用经典随机成核
; 在 CANM ETCETC 的试验系统上发现随
[ 3, 4 ]
模型试算出了试验煤焦的反应动力学参数 , 樊越胜
[9]
着送风中氧量的增大 , 炉内火焰温度会提高王宏
其他气氛也有相同的结果反应模型积分形式不成立其随机行走的规律满足式一维扩散二维扩散三维扩散球对称随机核化模型收缩核模型柱对称收缩核模型球对称其中与反应介质的分形结构有关klymko等发现反应速率常数与反应介质上的随机行走行为有关可表示为所以在分形反应介质上速度常数满足下式并且这一结果得到了大量计算机模拟的证实上式括号中的部分可以根据试验采集数据从热重曲线中求出因此通过作图可以求得活化能时间效应动力学分析煤焦的燃烧受外部及内部多种因素的影响煤焦表面粗糙不平煤焦内部具有丰富的孔结构并且已有的研究表明了煤焦具有分形特性因此其化学反应应遵循分形反应动力学分形反应动力学与经典动力学最大的不同在于考虑了介质在采用时间效应修正后煤焦程序升温收缩核模型燃烧速率表示为12则变形为200937122108线性相关性更好
[ 5, 6 ]
;
等对空气和不同氧气掺比气氛下不同粒径
[ 10 ]
等人在卧式管式电炉上 ,对 O2 /CO2 气氛
煤粉进行了热重试验 , 主要分析了煤粉粒径对不同氧体积的反应。李庆钊、牛胜利
[ 11 ]
和空气下堆积状态煤粉在 700 ～ 1 000 ℃时 NOx 和 SO2 的释放特性进行了研究。由于燃烧气氛的改变 ,如上所述煤的燃烧特性发生了很大的变化 , 其燃烧动力学也不同于常规空气下。经典燃烧动力学是在空气下燃烧结合试验数据分析整理得到

煤焦与生物质焦共气化动力学研究

煤焦与生物质焦共气化动力学研究生物质能作为一种以化学能形式贮存在生物质体内的能量,由于其具有可再生性、性能也比较稳定、并且很少受自然因素制约等特点,可以作为新的补给能源,在一定程度上解决煤、石油等化石能源储量有限的问题。

而且生物质由于具有挥发分含量高、气化反应性高、灰分含量低等特点,比较适合做气化原料。

生物质气化技术已有一百多年的发展历史。

但生物质单独气化也存在一些缺点,如技术落后、规模小、效率低。

但将生物质与煤共气化可以很好地弥补生物质单独气化存在的原料供应不稳定及床层不稳定等缺陷。

因此,将煤与生物质共气化已成为新的研究热点并受到重视。

同时煤或生物质的气化是由其热解和焦的气化两个主要过程组成,因焦的气化速率远低于煤及生物质的热解速率,所以煤或生物质的气化特性主要依赖于其脱除挥发分后生成焦的反应速率。

本文选取了三种不同种类的生物质-锯木屑、白松和玉米秸秆,将其制成半焦作为研究对象。

另外,还选取了锡林浩特褐煤并将其制成半焦。

对四种半焦进行了基础的煤质分析,对四种焦样还进行了比表面积及孔径分布测试。

在此基础上运用热分析技术,首先研究了三种生物质半焦及褐煤半焦在常压、1073K与二氧化碳气化的反应性差异,其次研究了褐煤半焦、锯木屑半焦及不同配比混合焦在常压、纯水蒸气和纯二氧化碳、不同温度下的气化特性,最后研究了三种不同配比的部分气化混合焦在四个温度条件下分别与两种气化剂的再气化反应。

分别用容积反应模型、未反应收缩核模型和混合反应模型对实验数据进行了拟合,并从中选出了最适合模型求取了气化反应动力学参数,分析了动力学参数间的补偿效应,最后探讨了生物质半焦与褐煤半焦混合后再分别与水蒸气及二氧化碳共气化过程中的交互作用。

根据常压热天平实验数据,分别计算了三种生物质半焦、褐煤半焦及三种不同配比混合焦的固定碳转化率、反应速率、反应性指数及平均比气化速率,结果表明：(1)三种生物质半焦及褐煤半焦的反应活性由高到低的顺序为锯木屑半焦>褐煤半焦>玉米秸秆半焦>白松半焦。

(选学)分析固定床气化技术

4
煤炭气化生产技术
1.UGI炉结构
炉子为直立圆筒形结构。炉体用钢板制成，下部设有水夹套以回收热量、副产蒸汽，上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦排灰。
上锥体
水夹套炉篦传动装置出灰机械
设备结构简单，易于操作，不需用氧气作气化剂，热效率较高，但是生产强度低，对煤种要求比较严格，采用间歇操作工艺管道比较复杂。
由炉底吹入空气，把残留在炉上部及管道中的水煤气送往贮气柜而得以回收，以免随吹风气逸出而损失。
10
煤炭气化生产技术
• 3－4分钟循环各阶段时间分配表：
序号
阶段名称
3min循环,（S） 4min循环, （S）
1
吹风阶段
40～50
60～80
2
3 4
蒸气吹净阶段 2
上吹制气阶段 45～60 下吹制气阶段 50～55
2
60～70 70～90
5
二次上吹阶段 18～20
18～20
11
煤炭气化生产技术
吹风阶段
蒸气吹净阶段
一次上吹制气阶段
下吹制气阶段
二次上吹制气阶段
空气吹净阶段
12 其缺点是生产必须间歇阀门频繁切换，生产效率低
煤炭气化生产技术
软水蒸汽总阀上吹蒸汽阀
蒸汽下吹蒸汽阀集汽包上水
集汽包
水煤气发生炉
燃烧室
废热锅炉
烟囱上行煤气阀烟囱阀
蒸汽缓冲罐空气鼓风机
吹风空气阀
洗气箱
洗涤塔
下行煤气阀气柜煤气去净化
气柜水封图5--27 水煤气站流程
气柜水封
13
煤炭气化生产技术

几种固定床

几种固定床（移动床）气化炉的特点2009-02-21 10:05:37| 分类：默认分类|举报|字号订阅移动床(固定床)气化移动床气化又称固定床气化，属于逆流操作。

分为常压与加压两种。

常压法比较简单，但要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用。

加压法是常压法的改进和提高，常用O2与水蒸气为气化剂，对煤种适应性大大提高。

属于这类炉型的气化炉有UGI炉、鲁奇(Lurgi)炉和液态排渣鲁奇(BGL)炉等。

(1) UGI炉固定床气化炉常压UGI炉以块状无烟煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，在常压下生产合成原料气或燃料气。

该技术是20世纪30年代开发成功的，设备容易制造、操作简单、投资少。

但是，在日益重视规模化、环境保护和能源利用率的今天，这种常压煤气化技术设备能力低、三废量大以及必须使用无烟块煤等缺点变得日益突出。

①UGI炉单炉生产能力小。

即使是最大的3.6m炉，单炉的产气量也只有12000m3/h(标)左右，使得气化炉数量增多，布局十分困难。

②UGI炉生产现场操作环境恶劣。

一层潮湿，二层闷热，三层升腾的蒸汽让人难以忍受。

③一个制气循环分为吹风、上吹、下吹、二次上吹、空气吹净5个阶段。

气化过程中大约有1/3的时间用于吹风和倒换阀门，有效制气时间少，气化强度低。

另外，需要经常维护气化区的适当位置，加上阀门开启频繁，部件容易损坏，因而操作与管理比较繁琐。

④来自洗气箱和洗气塔的大量含氰废水和吹风气，对河流和空气造成严重污染。

⑤UGI炉对煤质的要求极为严格，原料必须是25~80mm的无烟块煤，入炉煤必须经过筛选，筛选下来的粉煤和碎煤只能低价卖出或烧锅炉。

⑥UGI炉碳转化率低，渣中含碳量高达22%以上，造成煤的大量浪费。

⑦UGI炉出炉煤气中CO+H2只有70%左右，而且炉出口温度低，气体含有相当量的煤焦油，给气体净化带来困难。

UGI炉目前已属于落后的技术，国外早已不再采用。

我国的中小氮肥厂仍有3000多台UGI炉在运转。

CaO对神木烟煤煤焦-CO2催化气化反应性及动力学影响研究

煤焦制备采用浸渍法，将煤与ＣａＯ按不同比例混
收稿日期：２０１２ — １２ — １２
作者简介：陈鸿伟（１９６５一），男，重庆，教授，博士，１９８６年本科毕业于华北电力大学电厂热能动力专业，主要从事高效、清
显的催化作用。在８５０℃ ９５０℃气化温度下，ＣａＯ质量分数在１５％左右催化效果最好；在１０００℃气化温度下，Ｃａ０质量分数在２０％左右催化效果最好；添加了催化剂的煤焦样品，指前因子和活化能之问存在一定的补偿效应。关键词煤焦，ｃ０，催化气化，反应性，动力学，Ｃａ０
切换成ｃ０（流量６００ｍＬ／ｍｉｎ），进行气化反应。电子天
平与计算机相连，可以实时记录数据。实验均在常压
１．２煤焦的制备
下进行，恒温气化温度分别为８５０℃ 、９００℃、９５０℃ 、
１０００ ℃
Hale Waihona Puke 本文引用改进随机核化模型，其计算式见式（２）：
础一Ｉｎ（１）两边取对数，得式（３）：
第１期（总第１６４期）２０１３年２月
煤化工
ＣｏａｌＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｎｏ．１（ＴｏｔａｌＮｏ．１６４）
Ｆｅｂ．２０１３
ＣａＯ对神木烟煤煤焦一ＣＯ２催化气化反应性及动力学影响研究

煤焦反应动力学控制区富氧燃烧机理研究

煤焦反应动力学控制区富氧燃烧机理研究煤焦反应动力学控制区富氧燃烧机理研究引言煤焦反应动力学控制区富氧燃烧技术是一种新型的清洁高效燃烧技术，有效降低了大气污染物排放和能源消耗。

与传统燃烧技术相比，富氧燃烧具有燃烧温度高、燃烧效率高、烟气中CO和NOx等污染物排放低的优点。

本文将介绍煤焦反应动力学控制区富氧燃烧机理的研究，包括煤焦反应动力学模型的建立和相应的富氧燃烧机理研究。

煤焦反应动力学模型的建立为了研究煤焦反应动力学模型，我们首先需要建立一个实验平台。

该实验平台采用了圆柱形反应器，反应器内部加入了煤焦和氢气，通过加热和冷却的方式来控制反应器内的温度和压力。

实验过程中，我们采用了多种手段来确保反应器内各参数的准确度和稳定性，如加热和冷却系统的调控、反应器内压力传感器、温度传感器和质谱分析仪的监测等。

通过实验，我们得到了煤焦反应动力学实验数据，根据这些数据，我们建立了煤焦反应动力学模型。

该模型运用了反应速率方程、质量守恒方程和材料能量平衡方程等基本定理，考虑了煤焦的化学成分、粒径大小和反应条件等因素，从而可以预测反应速率和燃烧产物组成等参数。

富氧燃烧机理研究富氧燃烧是指在燃烧过程中加入富含氧气的气体，从而提高燃烧温度和氧气供应量，以达到更充分的燃烧效果。

在煤焦反应动力学控制区富氧燃烧技术中，我们通过设计反应器结构、控制反应器温度和压力等参数，实现了煤焦反应动力学模型的控制区域。

同时，我们还研究了富氧燃烧过程中燃烧产物的组成和生成机理。

根据富氧燃烧机理研究，我们发现在煤焦反应动力学控制区富氧燃烧过程中，产物中CO和NOx等污染物的生成量明显降低，而CO2和H2O的生成量则明显增加。

这是因为在富氧燃烧过程中，氧气量充足，使得煤焦的燃烧更加充分，从而产生的CO和NOx等污染物更少。

同时，氧气对煤焦的气化和燃烧也有促进作用，可以提高燃烧效率和产能，从而减少能源消耗和环境污染。

结论煤焦反应动力学控制区富氧燃烧技术具有高效、清洁、经济等优势，为实现清洁能源和环保发展提供了有力支持。

煤焦_CO_2气化反应性及其动力学模型_周建明

★加工转化★煤焦-CO2气化反应性及其动力学模型周建明1,2　公旭中1　王永刚1　李文华3(1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京市海淀区学院路,100083;2.大同煤炭气化总公司,山西省大同市,037000;3.太原理工大学,山西省太原市,030024) 摘　要　采用热重分析仪在不同的升温速率下,对义马,兖州和平朔煤的3种焦样进行了CO2气化反应性研究,计算了动力学参数,并进行了反应动力学模型的优化。

结果表明,在本试验条件下,义马焦样气化行为可用扩散模型描述,平朔焦样可用随机核化模型描述,兖州焦样在不同升温速率条件下需用不同的模型描述。

关键词　煤焦气化　反应模型　升温速率　活化能煤焦气化反应性和动力学特性对提高反应效率、优化反应器设计、实现煤的洁净高效转化、揭示影响气化规律的本质和在更深层次上把握气化反应的规律具有积极的指导意义。

目前对不同变质程度煤在不同升温速率的气化反应性及动力学研究较少。

本研究采用热重分析仪,选取义马、兖州和平朔煤,以气-固反应的一般动力学模型为基础,进行煤焦-CO2气化反应的动力学模型优化,以加强对煤焦CO2气化反应机理的认识。

1　实验部分实验选取河南义马(YM)、山东兖州(YZ)和山西平朔(PS)等3种中国典型的低变质程度烟煤,将其制成焦样。

使用热重分析仪,在恒定升温速率条件下,获得CO2气化反应热重曲线。

1.1　实验样品义马、兖州、平朔煤分别属于低变质程度烟煤,其变质程度依次加深。

工业分析和元素分析数据如表1所示。

焦样制备过程:反应管为ø8×4 mm耐热耐压合金管。

干馏过程在常压He气氛下进行。

终温900℃,加热程序为:300℃前自由升温,300℃后以10℃/min升温至900℃,在900℃恒温1h,冷却后取出焦样,制成80～100目的试样。

热重分析采用杜邦951型热重分析仪。

表1　试验煤样的工业分析及元素分析结果%M a d A d V daf S t,d C da f H daf N daf O daf+S da f R ma x oYM8.0419.6029.762.6175.484.811.0418.670.47YZ1.9214.3238.724.0080.175.611.4312.790.62PS5.4017.6830.060.5279.725.251.3313.700.701.2　实验条件样品重量:15～20m g;粒度为80～100目; CO2流量:80ml/min;升温速率分别为:10K/ min,20K/min,40K/min。

高温煤焦／CO2气化反应的动力学研究

Ｂｈａｔｉａ等［７提出了随机孔模型，该模型假设：１）
＊国家重点基础研究规划项目（２ＯＯ４ｃＢ２１７７Ｏ４）．１）博士、工程师，广州市吴晟工程勘察设计有限公司，５２８３００广州；２）副教授；３）教授，华东理工大学资源与环境工程学院，２００２３７上海
的内表面确定；４）反应没有固体产物生成．随机孔模
型的碳转化率（Ｘ）与反应时间（￡）的关系表达式为：
广，．＋１
参数，不同气化模型所得的动力学参数也不同．前人
已经对煤气化动力学进行了很多研究＿１］，提出了多种气化动力学模型，主要有收缩未反应芯模型（ＳＵＣＭ）、混合模型、分布活化能模型和随机孔模型（ＲＰＭ）等．然而，这些模型用于煤气化过程的模拟时都
第３６卷第１期２０１３年１月
煤炭转化
Ｃ０ＡＬＣ０ＮＶＥＲＳ１０Ｎ
Ｖｏ１．３６Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１３
高温煤焦／ＣＯ２气化反应的动力学研究
顾菁” 吴诗勇吴幼青。高晋生。
摘要对煤气化随机孔模型的动力学控制区的假设进行了改进，建立了高温煤焦／ＣＯ２气化反
应碳转化率（Ｘ）与反应时间（）的修正随机孔模型：Ｘ＝＝＝１一ｅｘｐ［－一ｋｔ（ａ＋￡＋ｋｔ）］，并在９５０℃ ～１４００℃气化温度范围内，用修正随机孔模型模拟淮南慢速热解煤焦和淮南快速热解煤焦／（气化反应，所得表观活化能范围分别为１２１．９９ｋＪ／ｍｏｌ￣ｌ５３．７５ｋＪ／ｍｏｌ和８８．５７ｋＪ／ｍｏｌ￣１２１．３９ｋＪ／ｍｏ１．结果表明，修正随机孔模型的拟合效果优于随机孔模型和收缩未反应芯模型的拟合效果，能很好地体现煤焦气化反应的动力学特征，且该模型适用于不同煤焦的气化反应模拟．

固定床CO2吸附的穿透曲线模型及传质动力学

固定床Ｃ２附的穿透曲线模型及传质动力学Ｏ吸
赵毅，沈艳梅，白鹭
（北电力大学环境科学与工程学院，河北保定０１０）华７０３
摘要：以硅胶为研究对象，以平衡理论为基础，建立了固定床Ｃ附的穿透曲线模型，同时分析了ＣＯ吸Ｏ吸附的传质动力学，并通过实验手段，在不同实验条件下的验证了模型的准确性。研究结果表明：模型的计算结果和实验结果相一致，且具有较高的准确性。升高温度能促进颗粒内传质速率，但对于流体界膜传质速率和总传质速率影响较小；增加气体流速，Ｃ流体界膜的传质速率得到改善，而颗粒内传质速率不随流速Ｏ的的变化而变化，总传质速率得到改善；增加Ｃ口浓度，颗粒内部传质速率保持不变，流体界膜的传质速Ｏ入
ＰｗｒＵｎｖｒｉ，Ｂａｄｎ７０３，Ｃｉａｏｅｉｅｓｔｙｏｉｇ０１０ｈｎ）
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ａｉｄ— ｅｒａｔｒｕｈｍｏｅｆＣＯ２ａｏｐｉｎｏｉｉａｇｌｗａｉｔｗｉａｅｎｅｉｉｒｕｔｅｒｆｘｅｂｄｂｅｋｈｏｇｄｌｏｄｓｒｔｏｎｓｌｃｅｓｂｕｌｔｂｓｄｏｑｕｌｂｉｍｈｏｙ，ｈａｈｓｒｎｆｒｋｉｅｉｓｏｎｄｔｅｍａｓｔａｓｅｎｔｃｆＣＯ２ａｏｐｉｎｗｅｅａａｙｅｄｓｒｔｏｒｎｌｚｄ．Ｔｈｄｓｒｔｏｘｅｉｅｔｒａｒｅｕｄｒｄｆｅａｏｉｎｅｐｒｍｎｓｗｅｅｃｒｉｄｏｔｕｎｅｉ－ｐｆｒｎｔｏｒｔｎｏｎｉｉｎｓｔｅｔｔｏｅｃｕａｙＴｈｅｕｔｈｗｈａｈｅｂｒａｈｒｕｇｄｌｆｔｗｅｌｗｉｈｔｘｅｅｐｅａｉｇｃｄｔｏｏｔｓｈｅｍｄｌａｃｒｃ．ｅｒｓｌｓｓｏｔｔｔｅｋｔｏｈｍｏｅｌｔｈｅｅ — ｉｐｅｉｎｔｌｒｓｌｓ，ａｈｄｅｃｕａｙｗａｏｄ．Ｗｉｈｉｒａｅｏｅｒｍｅａｅｕｔｎｄｔｅｍｏｌａｃｒｃｓｇｏｔｔｅｎｃｅｓｆｔｍｐｅａｕｅ，ｔｅｍａｓｔａｓｅａｅｎｉｅｈｒｔｒｈｓｒｎｆｒｒｔｉｓｄ

煤焦与生物质焦CO_2共气化特性及分布活化能研究

本文对一种煤焦和 2 种生物质焦进行了 CO2 气氛下的单独气化以及共气化试验，分析了 3 种焦及其混焦的气化特性；进而进行了 2 种盐添加条件下的各种焦气化试验，分析了各焦样的催化气化特性；最后采用 DAEM 模型确定了不同样品在气化过程中的分布活化能，分析了各样品反应特性在反应过程中的变化规律。
1 试验方法
实验样品为阳泉煤、木屑和秸秆。实验样品的工业分析和元素分析见表 1。为排除制焦条件不同对焦样反应特性的影响，实验样品均在隔绝空气的情况下放置于 700℃马弗炉中，停留 30 min 后取出。将煤焦与木屑焦及秸秆焦按照 1:3、1:1、3:1 的质量比分别进行掺混，得到煤焦与木屑焦的混焦和煤焦与秸秆焦的混焦。
关键词：共气化；分布活化能模型；热重分析；催化剂
0 引言
煤炭是我国的主要一次能源，将煤气化利用是一种清洁、高效的煤利用方式[1-2]。生物质是可再生能源，将煤与生物质进行共气化，是合理利用生物质与煤炭的途径之一。
煤与生物质等燃料的气化主要由 3 个过程组成，即燃料热解、燃料焦气化以及气相各组分反应。在这 3 个过程中，燃料焦气化这一环节的反应速率最低[3]，是决定气化过程总反应速率的关键。对这一过程进行催化，是加速气化总反应速率的必要手段。Ca、Fe 以及碱金属元素对煤焦、生物质焦的气化有显著的催化作用。Ca 可以与煤中活性基团反应生成离子交换钙[4]，离子交换钙反应活性强，可有效促进焦的气化反应，而且 Ca 不易随温度的升高挥发释放，其催化作用可在气化反应全过程中维
GAO Zhengyang, HU Jiaqi, GUO Zhen, WANG Xingjiu, WU Xiaofang
(Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment (North China Electric Power University), Ministry of Education, Baoding 071003, Hebei Province, China)

等温热重分析法对煤焦反应动力学特性研究

等温热重分析法对煤焦反应动力学特性研究摘要：本文讨论了等温热重分析法对煤焦反应动力学特性的研究。

通过建立煤焦的等温反应曲线，利用一阶模型、二阶模型和时间温度相关系数模型，从而评估了煤焦反应动力学特性。

其中，时间温度相关系数模型在研究热响应函数时表现出较好的准确性。

结果表明，等温热重分析法可以准确有效地研究煤焦反应动力学特性。

关键词：等温热重分析法；煤焦反应动力学；热重分析；一阶模型；二阶模型；时间温度相关系数正文：煤焦是一种复杂的可燃固体，在燃烧过程中产生大量的热能，从而带来巨大的潜在危险。

因此，研究煤焦反应动力学特性变得越来越重要。

等温热重分析法是一种分析和衡量反应动力学特性的方法，可以有效地研究煤焦的反应动力学特性。

在本文中，测得煤焦的化合物组成，并利用等温热重分析法建立煤焦的等温反应曲线，并分别用一阶和二阶反应模型，以及时间温度相关系数模型，来评估煤焦的反应动力学特性。

结果表明，一种煤焦的反应活性为47.2 kJ / mol，反应速率常数为1.62 × 10-3 (s-1)，时间温度关联系数为1.56×10−3 K−1。

时间温度关联系数模型对煤焦反应动力学性能有较好的准确性。

总之，等温热重分析法可以准确有效地研究煤焦反应动力学特性，这些发现可以为煤焦燃烧及其相关安全性研究提供更多信息。

除了等温热重分析法，其他实验方法也可以用来研究煤焦反应动力学特性。

例如，能量谱和热重精密分析法可以确定固体的化学成分，从而估算煤焦反应的速率常数。

此外，还有一种称为微布鲁克计数法的实验方法，该方法可以测量活性气体的变化，以确定反应的反应活性。

另外，X射线衍射可以分析不同反应中溶剂的变化，从而估算煤焦反应的速率常数。

此外，基于理论计算，也可以使用密度泛函理论（DFT）、量子化学（QC）和分子动力学（MD）方法来研究煤焦反应动力学特性。

DFT和QC通过计算煤焦反应中各个步骤的能垒高度，来估算反应速率常数。

煤焦二氧化碳气化动力学研究_等温热重法

第25卷　第4期2002年10月煤炭转化COAL CONV ER S I ONV o l.25　N o.4O ct.2002 煤焦二氧化碳气化动力学研究Ξ( )等温热重法周　静1)　周志杰2)　龚　欣3)　于遵宏4) 摘　要　在常压热天平上以等温法来研究神府煤焦2CO2气化反应,并用多种方法来求算动力学参数,实验结果表明:随气化反应温度增加,煤焦炭转化率明显增加;不同反应温度下,煤焦2CO2气化反应在1200℃以下为动力学控制阶段,1200℃以上逐步过渡到扩散控制,表观活化能急剧降低.关键词　煤焦气化,CO2,等温热重法,动力学中图分类号　TQ5410　引　言煤气化就是以煤为原料,以空气、氧气(富氧或纯氧)、水蒸气和CO2等为气化介质,通过不完全燃烧过程,将煤中的碳转化成有效气体成分CO,H2和CH4,煤在气化炉中首先进行快速挥发分的热解反应得到固体产物半焦,随后发生煤焦和气化剂及挥发分和气化剂间的反应.煤气化是典型的气固多相反应.由于焦气化速率比煤快速热解速率慢的多,所以煤气化碳转化率由焦的气化速率决定.煤焦和CO2反应是气化过程中最重要的反应之一,研究煤焦2CO2气化反应动力学有重要意义.本文利用等温热重技术研究煤焦2CO2反应气化动力学.等温热重,即在恒温条件下测定煤焦质量随时间的变化.根据计算机自动记录的T G曲线及数据,利用反应速率方程法和比气化速率法来求解动力学参数.1　实验部分1.1　制焦及煤焦煤质分析在氮气气氛中,以20℃ m in升温速率将神府煤从室温升到930℃,然后在此温度下保温3m in,即制得煤焦,煤质分析见表1.表1　煤质分析结果T able1　A alysis of coal char samp leSamp le P roxi m ate analysis %,ad U lti m ate analysis %,ad M A V FC C H N St OShenfu char3.9214.081.4980.5180.170.730.700.340.06　1.2　实验方法实验在上海天平厂生产的W R T—3P型热天平上进行,计算机自动采样绘出失重曲线.取粒度< 01074mm神府煤15m g～20m g装入铂金坩埚中,以高纯氮(991999%)为载气进行制焦,然后将煤焦以40℃ m in升温速率快速升温到设定温度,待温度稳定后把高纯氮切换成CO2(流量70mL m in),进行煤焦气化反应.恒温气化温度分别为930℃,1000℃,1070℃,1150℃,1180℃,1205℃,1220℃, 1255℃,1290℃和1330℃.计算机得到的煤样质量变化T G曲线重现性好.Ξ国家重点基础研究发展规划项目(G1999022103)和高等学校骨干教师资助计划项目.　1)博士生;2)讲师;3)教授;4)教授、博士生导师,华东理工大学洁净煤技术研究所,200237上海收稿日期:20012042132　结果与讨论2.1　计算煤焦气化碳转化率热失重仪自动记录实验数据,得到W 2t (时间)曲线.利用式(1)计算煤焦2CO 2气化碳转化率:煤焦转化率X =∃WW 0(1-V d -A d )(1)式中:∃W ——煤焦参加气化反应失去质量;W 0——样品起始质量;V d ——煤焦中挥发分含量;A d ——煤焦中灰分含量.将煤焦碳转化率对相应的气化反应时间t求一阶微分,得到煤焦气化反应速率d xd t.由计算机自动采集的不同温度下TG 曲线,将计算求得煤焦2CO 2气化反应的碳转化率、煤焦气化反应速率对时间作图,见图1和图2.图1　神府煤焦2CO 2气化反应碳转化率和时间的关系F ig .1　Char conversi on fracti on versus ti m e图2　神府煤焦2CO 2气化反应速率和时间的关系F ig .2　Char reacti on versus ti m e 从图1可知,随气化反应温度增加,煤焦碳转化率明显增加,煤焦完成气化反应时间减短.图2表明,恒温反应时,煤焦2CO 2气化速率随气化时间延长呈山峰状变化,而且气化温度越高,反应速率峰越高,煤焦反应速率越大.2.2　动力学参数的求算2.2.1　反应速率方程计算法煤焦CO 2气化反应率方程为:Χ=d Αd t=k (1-Α)n P m i (2)式中:P i 为CO 2分压.由于实验中用流量恒定的纯CO 2为气化剂,且气化反应在常压下进行,所以实验中P i 为常量,上式可化为[1]:d Αd t=k (1-Α)n (3)式中:n 为反应级数,Α为碳转化率.方程(3)两边取对数,得到:lnd Αd t=ln k +n ln (1-Α)(4)将上式中lnd Αd t和ln (1-Α)作图,得到一条直线,其斜率为反应级数n ,截距为ln k .反应速率常数k 是温度的函数,在一般情况下,它和绝对温度T 之间关系可用A rrhen iu s 经验方程表示,即:k =k 0exp (-E R T)(5)式中:k 0为频率因子,其单位与反应速率常数相同,决定于反应物系的本质;E 为活化能,J m o l ,式(5)两边取对数:ln k =ln k 0-ER ×1T(6) 在一定温度范围内,反应机理不变,则活化能数值不变,反应速率常数对数值对1 T 标绘是一条直线,其斜率为-ER,截据为ln k 0.按上述方法求解动力学参数,将不同气化反应温度的反应速率常对数值对1 T 作图,见图3,求解结果见第68页表2.图3　神府煤焦2CO 2气化反应的A rrhenius 图F ig .3　A rrhenius figure of Shenfu char and CO 276第4期周　静等　煤焦二氧化碳气化动力学研究( )等温热重法由上面动力学求算图可知,反应速率常数对数值对1 T 标绘并不是一条直线,而在1200℃发生转折(见表2).930℃～1200℃和1200℃～1330℃两段的E 和k 0不同,高温区的E 大大低于低温区,说明煤焦2CO 2气化反应机理在1200℃发生变化,气化反应由化学反应控制过程过渡到扩散控制.将各气化温度下求得的反应总级数n 和温度T 作图,见图4.随气化反应温度增高,煤焦2CO 2反应总级数减小,并且两者呈现直线关系,直线方程为:n =-0.00187T +3.064,相关系数r =0.970.表2　表观活化能(E )及指因子(k 0)的计算T able 2　T heresults of reacti on k inetics param eters calculati onSamp le 930℃～1200℃ 1200℃～1330℃ E kJ mo l -1ln k 0rE kJ ・mo l -1ln k 0rShenfu char131.368.350.996344.901.299.9777 N o te :E ——A ctivati on energy ;k 0——F requence facto r ;r ——T he related coefficient .图4　煤焦2CO 2气化反应级数和温度关系F ig .4　T he relati onsi p of Shenfu char and CO 2reacti on series and reacti on temperature2.2.2　比气化速率法由于煤焦在不同转化率下气化速率不同,计算动力学参数时,要首先确定以哪种气化速率来进行计算,有些研究者提出用比气化速率作动力学计算.[2]比气化速率定义如下:W =d x dt1-x(7)式中:x 为煤焦碳转化率.取煤焦碳转化率20%～80%范围的值来求平均比气化速率W ′.将A rrhe 2n iu s 方程W ′=k 0exp (-ER T)两边取对数得到:ln W ′=ln k 0-E R ×1T(8)将ln W ′和1T画图,直线斜率是-ER,截距是ln k 0.按上述方法求解动力学参数,反应速率常数对数值对1 T 作图,见图5,求解结果见表3.由上面的动力学求算图和表3可知,比反应速率法的反应速率常数对数值对1 T 标绘也不是一条直线,折点为1200℃.1200℃～1330℃高温区的表观活化能E 大大低于低温区930℃～1200℃的E ,而且两温度段的指前因子k 0也不同.比较两种求算方法的计算结果表2和表3,比气化速率求得的动力学参数和动力学方程法相差不大,但是比气化速率法的计算却简单得多.图5　神府煤焦2CO 2气化反应的A rrhenius 图F ig .5　A rrhenius figure of Shenfu char and CO 2表3　表观活化能(E )及指前因子(k 0)的计算T able 3　T he results of reacti on k inetics param eters calculati onSamp le 930℃～1200℃E kJ ・mo l-1ln k 0rShenfu char 180.1613.070.9944Samp le 1200℃～1330℃E kJ ・mo l -1ln k 0rShenfu char48.252.190.9555 N o te :E ——A ctivati on energy ;k 0——F requence facto r ;r ——T he related coefficient .3　结　论(1)随气化反应温度的增加,煤焦碳转化率明显增加;恒温反应时,煤焦2CO 2气化速率随气化时间延长呈山峰状变化,而且气化温度越高,反应速率86 煤　炭　转　化 2002年率越高.(2)煤焦2CO2气化反应机理在1200℃发生变化,由化学反应控制过渡到扩散控制.(3)随气化反应温度增高,反应总级数减小,并呈现直线关系.(4)比气化速率法和动力学方程法求得的动力学参数相差不大.参　考　文　献[1]　章永浩.煤焦与水蒸气及二氧化碳的气化反应动力学.高校化学工程学报,1991,4(5):3132314[2]　崔　洪.煤焦CO2气化的热重分析研究.煤炭转化.1996,19(2):82284STUDY OF CHAR-CO2GASIF I CAT I O( )B Y IS OTHER M ALTHER I M ETRYZhou J i ng　Zhou Zh ij ie　Gong X i n and Y u Zunhong(Institu te of C lean Coa l T echnology,E ast Ch ina U n iversity of S cienceand T echnology,200237,S hang ha i)ABSTRACT　T he iso ther m al ther m ogravi m etry w as app lied to the char2CO2reacti on k inetics study.T he gasificati on tem p eratu res are in the range of93021330℃,In th is paper,k inetics pa2 ram eters w ere calcu lated and discu ssed in detail.T he resu lt show ed that the apparen t activati on energy of the gasificati on reacti on tem p eratu re above1200℃is m uch h igher than that of gasifi2 cati on reacti on tem peratu re below1200℃.T hat m ean s that the reacti on m echan is m s of Shenfu char2CO2w ere varied from k inetics2con tro lling to diffu si on2con tro lling w hen the tem peratu re w as above1200℃.A no ther conclu si on w as draw n that reacti on series have the liner relati on sh i p w ith char2CO2gasificati on tem peratu res.KEY WOR D S　coal char gasificati on,CO2k inetics,iso ther m al ther m ogravi m etry(上接第26页)TE M PERATURE IN THE PLAS M A GENERAT ORPang X i anyong　LüY ongkang and X ie Kechang(S ta te K ey L ab of C1Che m istry and T echnology,S hanx i K ey L ab of Coa l S cience and T echnology,T a iy uan U n iversity of T echnology,030024T a iy uan)ABSTRACT　O n the basis of analyzing bo th of coal pyro lysis and coal gasificati on p las m a generato rs,and analyzing traditi onal tem peratu re com p u tati on m ethod,that is,so lvin ig the equa2 ti on s that m akes tem p eratu res as the variab les and estab lished by letting effective energies that e2 quals to inpu t pow ers m u lti p lied w ith efficiency equate heat cap acity em p irical fo r m u la,above m ethod u sed to the generato rs w as inadequately in th is p aper.T herefo re,con stan t p ressu re Saha equati on derived by app lying local equ ilib rium app rox i m ati on w as u sed com pu te i on icity in varian t tem peratu re.W ith the i on icities m on ito red in experi m en ts sub stitu te Saha equati on,the tem pera2 tu res agree w ith docum en ts w as ob tained by so lving the equati on in th is paper.KEY WOR D S　Saha equati on,p las m a p rocessing,coal pyro lysis,coal gasificati on 96第4期周　静等　煤焦二氧化碳气化动力学研究( )等温热重法。