煤氣化反應(yīng)機(jī)制及其過(guò)程的實(shí)驗(yàn)和模擬研究.pdf

1、能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。鑒于我國(guó)富煤少油氣的能源國(guó)情，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源安全的重要保證。本文綜合了煤氣化的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面的內(nèi)容，重點(diǎn)對(duì)煤的氣化反應(yīng)行為、高階煤的催化氣化反應(yīng)特性、煤氣化反應(yīng)器模型庫(kù)的建立以及催化氣化轉(zhuǎn)化代用天然氣（substitute naturAlgas, SNG）等主要方面開展了研究工作。
　　 在煤的氣化反應(yīng)行為的研究中發(fā)現(xiàn)，壓力對(duì)煤熱解過(guò)程中的影響機(jī)制與該階段的熱解產(chǎn)物及煤

2、的熱物理性質(zhì)密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱解壓力存在一最佳值使得煤焦表面結(jié)構(gòu)的發(fā)展最為有利，對(duì)于神府煤來(lái)說(shuō)最佳壓力為0.8MPa。同時(shí)，加壓熱解也對(duì)煤焦的化學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著的影響，主要表現(xiàn)為含氧官能團(tuán)的減少以及骨架結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。利用分形收縮核模型對(duì)煤焦的氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的分析發(fā)現(xiàn)煤焦的氣化反應(yīng)性的影響關(guān)鍵在于表面結(jié)構(gòu)特性，氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化與煤焦的表面結(jié)構(gòu)特性的變化表現(xiàn)出一致性。而對(duì)氣化反應(yīng)過(guò)程中不同轉(zhuǎn)化率的煤焦表面結(jié)構(gòu)特征的分析發(fā)現(xiàn)高變質(zhì)

3、程度煤傾向于顯著的表面發(fā)展過(guò)程，而低變質(zhì)程度煤則更趨于立體發(fā)展的特點(diǎn)。為了描述煤焦表面結(jié)構(gòu)特性發(fā)展的隨機(jī)性，本文利用分形理論對(duì)氣化過(guò)程中煤焦表面結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同孔徑范圍的孔隙結(jié)構(gòu)具有不同的分形維數(shù)和演變特征，主要表現(xiàn)為微觀孔隙的生長(zhǎng)和宏觀孔隙的塌縮。此外，研究發(fā)現(xiàn)，灰分在煤焦表面結(jié)構(gòu)發(fā)展中具有雙重作用，特別是低變質(zhì)程度煤?？紤]到高階煤氣化反應(yīng)性較差，利用添加催化劑研究高階煤的氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)不同的催化劑具有不同的適用溫度

4、范圍，且催化作用與添加量并不存在明顯的線性關(guān)系。對(duì)堿金屬、堿土金屬和過(guò)渡金屬三種金屬鹽催化劑的綜合比較來(lái)看，鈣鹽比較適合作為高階煤氣化反應(yīng)的催化劑。
　　 在煤氣化反應(yīng)器的模擬研究方面，本文建立了基于爐內(nèi)反應(yīng)過(guò)程和綜合熱力過(guò)程的詳細(xì)氣化爐流程模型和模型庫(kù)，模擬了運(yùn)行條件對(duì)各典型反應(yīng)器的運(yùn)行性能的影響，發(fā)現(xiàn)不同的氣化爐具有不同的運(yùn)行性能，這也決定了其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 最后，圍繞國(guó)家能源形勢(shì)，本文綜合分析目前各