煤焦與H2O和CO2的氣化反應特性及動力學研究.pdf

1、H2O/CO2共氣化技術的開發(fā)能夠很大程度上實現(xiàn)煤的清潔高效利用并滿足節(jié)能減排要求。為合理指導CO2替代部分水蒸氣實現(xiàn)H2O/CO2共氣化，需要相應的煤焦與 H2O/CO2共氣化反應機理及相關基礎理論的支撐。由于現(xiàn)階段在氣化反應動力學模擬方面仍存在一些限制和不足，共氣化反應動力學研究還處于起步階段，所以針對特定煤種進行共氣化動力學的研究很有必要。
　　本研究利用多功能綜合熱分析儀對伊寧（YN）煤焦與 H2O和 CO2的氣化反應特性

2、及動力學行為進行了研究。首先探討了導致煤焦氣化初期出現(xiàn)最大氣化反應速率的原因，發(fā)現(xiàn)最大氣化反應速率的出現(xiàn)與氣體吸附行為有關，因此建立了吸附修正動力學模型（Modified-VM）用于模擬煤焦-H2O、煤焦-CO2在全部碳轉化率范圍內(nèi)的氣化反應行為。其次，考察了不同氣化分壓下煤焦等溫氣化反應特性，闡明了在不同氣化劑分壓下的動力學補償效應，并證實了隨氣化溫度的升高，本征氣化反應速率對氣化劑種類及分壓的依賴性減弱。當氣化溫度超過等動力學溫度時

3、，反應速率只取決于溫度（氣化劑濃度需達到覆蓋全部活性位點的最低限）。n級速率方程的反應指數(shù) n體現(xiàn)了隨氣化溫度變化時氣化反應速率對氣化劑濃度的依賴程度。另外，為比較單獨氣化和共氣化行為之間的差別，提出了修正混合模型（eICM），通過分析其動力學參數(shù)的變化規(guī)律，闡明了不同氣化劑對氣化反應過程的作用機制。最后，研究了非等溫氣化反應特性與等溫氣化反應特性之間的差別。通過對動力學參數(shù)分析和比較，揭示了非等溫氣化與等溫氣化反應行為的本質(zhì)區(qū)別，為共

4、氣化反應中存在協(xié)同效應機理的解釋提供了客觀依據(jù)。本研究所得的主要結論如下：
　?。?）YN煤焦在氣化反應初期表現(xiàn)出的最大氣化反應速率與氣化劑在煤焦表面的吸附行為有關，吸附修正動力學模型（Modified-VM）能夠很好地擬合全部碳轉化率范圍內(nèi)的煤焦氣化反應性，其表達式為：（此處公式省略）
　?。?）修正混合動力學模型（共氣化動力學模型）對YN煤焦與H2O和CO2單獨氣化及共氣化行為有較好擬合效果，該動力學模型（eICM）表達

5、式如下：（此處公式省略）利用eICM計算出不同氣化劑分壓下的YN煤焦與H2O或CO2氣化反應遵循同一動力學補償機制，其等動力學溫度點為Tiso=1109oC(eICM)。趨于該溫度時，反應速率受氣化劑分壓及氣化劑種類的依賴性減弱，n級速率方程的反應指數(shù)n趨于零；當溫度高于Tiso時，反應速率只受溫度影響的條件為氣化劑分壓大于0.3（煤焦所有活性位點被氣化劑覆蓋的最低分壓）。
　?。?）共氣化動力學的研究表明，H2O和CO2在共氣化