天然焦-H-,2-O氣化反應制取煤氣的特性研究.pdf

1、天然焦是采煤過程中的副產(chǎn)品，是煤接觸巖漿巖受熱分解后的固體化石燃料，其熱值大都在18～30MJ/kg之間，在我國儲量豐富，尤其是在能源消費集中地--華東地區(qū)。但天然焦的強熱爆性和著火難等特點致使其在煤的開采過程中被棄置于大自然，造成巨大的能源浪費。在當今世界能源緊缺的形勢下，將天然焦氣化、為IGCC等系統(tǒng)提供氣體燃料，既有利于充分利用自然資源、緩解能源緊張問題，同時又防止其對環(huán)境造成的破壞，具有深遠意義。 在國家自然科學基金“煤

2、焦催化氣化間接燃燒中的脫碳基礎研究”課題背景下，本文以沛城煤礦天然焦為研究對象，本著高效合理利用天然焦的目的，主要研究分析了天然焦-H2O氣化反應特性，并尋找了能夠有效提高其氣化反應性的催化劑。 采用SEM、XRD和氮吸附分析等技術觀測了天然焦的微觀結構。通過SEM圖像發(fā)現(xiàn)，天然焦的孔隙結構比較發(fā)達；從比表面積和孔容分析結果看，天然焦的氣化反應性介于無煙煤和石油焦之間；XRD結果表明，天然焦的有序化程度較高。 在Ther

3、max500型加壓熱重分析儀上進行了天然焦-H2O氣化反應試驗，發(fā)現(xiàn)氣化溫度升高，氣化反應明顯加快；隨著H2O流量加大，碳轉化率有所增大，但H2O流量達到0.07ml/min后，碳轉化率不再隨H2O流量的進一步增加而變化；在氣化劑中加入少量純氧能有效促進氣化反應；天然焦-H2O的氣化速率明顯大于天然焦-CO2下的氣化速率；天然焦脫灰后碳轉化率略有降低。選用n=2的隨機核化模型對天然焦-H2O氣化反應進行動力學研究，發(fā)現(xiàn)該模型能使F(X)

4、～t曲線達到很高的線性度，得出天然焦-H2O氣化的活化能Ea=147.25kJ/mol。 運用Aspen Plus軟件平臺建立了天然焦-H2O氣化反應模型并進行模擬計算，發(fā)現(xiàn)RYIELD模塊中反應碳份額不同，氣化結果不同；水蒸汽流量1.16kg/h是天然焦完全氣化的臨界點；高溫有利于氣化，且能改善煤氣的品質；加壓和在氣化劑中添加少量氧氣均能有效促進氣化；不同的反應氣氛下，天然焦氣化反應的特性有很大差異，在水蒸汽氣氛下能獲得更好的

5、煤氣品質；天然焦、石油焦和無煙煤的氣化反應活性不同，按其氣化反應活性的高低排列，有如下順序：石油焦>天然焦>無煙煤。 在流化床氣化裝置上研究了天然焦-H2O催化氣化反應特性，結果表明，流化床氣化技術可以很好地克服天然焦的缺點；Ca基、Fe基和Cu基硝酸鹽均能有效地促進氣化反應，但催化效果有所差異，有好到差的順序為Cu基>Fe基>Ca基；Fe/Ca比和Cu/Ca比對氣化反應的影響相似，煤氣產(chǎn)量、碳轉化率和小時產(chǎn)氣熱值均隨著它們比值