天然焦-H-,2-O氣化反應(yīng)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(chǔ)量豐富，尤其是在能源消費(fèi)集中地--華東地區(qū)。但天然焦的強(qiáng)熱爆性和著火難等特點(diǎn)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(fèi)。在當(dāng)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(shí)又防止其對環(huán)境造成的破壞，具有深遠(yuǎn)意義。 在國家自然科學(xué)基金“煤

2、焦催化氣化間接燃燒中的脫碳基礎(chǔ)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(yīng)特性，并尋找了能夠有效提高其氣化反應(yīng)性的催化劑。 采用SEM、XRD和氮吸附分析等技術(shù)觀測了天然焦的微觀結(jié)構(gòu)。通過SEM圖像發(fā)現(xiàn)，天然焦的孔隙結(jié)構(gòu)比較發(fā)達(dá)；從比表面積和孔容分析結(jié)果看，天然焦的氣化反應(yīng)性介于無煙煤和石油焦之間；XRD結(jié)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(jìn)行了天然焦-H2O氣化反應(yīng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣化溫度升高，氣化反應(yīng)明顯加快；隨著H2O流量加大，碳轉(zhuǎn)化率有所增大，但H2O流量達(dá)到0.07ml/min后，碳轉(zhuǎn)化率不再隨H2O流量的進(jìn)一步增加而變化；在氣化劑中加入少量純氧能有效促進(jìn)氣化反應(yīng)；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(zhuǎn)化率略有降低。選用n=2的隨機(jī)核化模型對天然焦-H2O氣化反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)該模型能使F(X)

4、～t曲線達(dá)到很高的線性度，得出天然焦-H2O氣化的活化能Ea=147.25kJ/mol。 運(yùn)用Aspen Plus軟件平臺(tái)建立了天然焦-H2O氣化反應(yīng)模型并進(jìn)行模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)RYIELD模塊中反應(yīng)碳份額不同，氣化結(jié)果不同；水蒸汽流量1.16kg/h是天然焦完全氣化的臨界點(diǎn)；高溫有利于氣化，且能改善煤氣的品質(zhì)；加壓和在氣化劑中添加少量氧氣均能有效促進(jìn)氣化；不同的反應(yīng)氣氛下，天然焦氣化反應(yīng)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(zhì)；天然焦、石油焦和無煙煤的氣化反應(yīng)活性不同，按其氣化反應(yīng)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(yīng)特性，結(jié)果表明，流化床氣化技術(shù)可以很好地克服天然焦的缺點(diǎn)；Ca基、Fe基和Cu基硝酸鹽均能有效地促進(jìn)氣化反應(yīng)，但催化效果有所差異，有好到差的順序?yàn)镃u基>Fe基>Ca基；Fe/Ca比和Cu/Ca比對氣化反應(yīng)的影響相似，煤氣產(chǎn)量、碳轉(zhuǎn)化率和小時(shí)產(chǎn)氣熱值均隨著它們比值