開(kāi)題報(bào)告-用滴管爐研究煤等物質(zhì)的氣化過(guò)程(編輯修改稿)
2025-06-27 17:33 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 間短，使裝置檢修工作量大，而且一般采用 2 臺(tái)或更多的備用爐。而且，裝置環(huán)境污染較大， 現(xiàn)場(chǎng)粉塵量較大，操作環(huán)境差，工藝相對(duì)落后。 流化床氣化 流化床氣化又稱沸騰床氣化。它以小顆粒煤為氣化原料，這些小顆粒煤在自下而上的氣化劑的作用下，保持著連續(xù)不斷的混合和熱交換并始終處于懸浮狀態(tài)。流化床氣化能得以迅速發(fā)展的主要原因在于：生產(chǎn)強(qiáng)度較固定床大、直接使用小顆粒碎煤為原料，適應(yīng)采煤技術(shù)發(fā)展、對(duì)煤種煤質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，可以利用如褐煤等高灰劣等煤作原料。有代表性的的流化床 氣化技術(shù)有常壓的德國(guó) Winkler氣化工藝，加壓條件下的高溫溫克勒氣化工藝 HTW、美國(guó)的 UGas 氣化法、 KRW氣化工藝等。 氣流床氣化 氣流床氣化是一種并流式氣化。氣化劑 (氧與蒸汽 )將煤夾帶人氣化爐，在l500— 1900℃ 高溫下將煤進(jìn)一步轉(zhuǎn)化 CO、 H CO2等氣體，殘?jiān)匀墼问脚懦鰵饣癄t。也可以粉制成煤漿，用泵送人氣化爐。在氣化爐內(nèi)，煤炭細(xì)粉顆粒與氣化劑經(jīng)特殊噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室，會(huì)在瞬間著火，直接發(fā)生火焰反應(yīng)，同時(shí)處于不充分的氧化條件下。因此，其熱解、燃燒以及吸熱的氣化反應(yīng)幾乎是同時(shí)發(fā)生的。用滴管爐研究煤等物質(zhì)的氣化過(guò)程 8 隨氣 流的運(yùn)動(dòng)，未反應(yīng)的氣化劑、熱解揮發(fā)物及燃燒產(chǎn)物裹挾著煤焦粒子高速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行著煤焦顆粒的氣化反應(yīng)。氣流床氣化工藝具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，包括：煤種適應(yīng)范圍較寬；產(chǎn)品氣可適用于化工合成，制氫和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等； 煤氣化動(dòng)力學(xué) 煤氣化動(dòng)力學(xué)研究采用的基本方法是數(shù)學(xué)模擬法，就是建立起反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)，用模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)擬合，已達(dá)到優(yōu)化模型的最佳效果。在研究煤氣化動(dòng)力學(xué)過(guò)程中，我們主要考察擴(kuò)散 (傳質(zhì) )對(duì)反應(yīng)的影響，兼顧傳熱，一般不用考慮傳能的問(wèn)題 [6] 煤氣化主要反應(yīng) 煤氣化，就是 將煤與氣化劑 (如空氣、氧氣、二氧化碳或水蒸氣等 )在一定溫度和壓力下進(jìn)行反應(yīng)，使煤中可燃部分轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w (如一氧化碳、氫氣和甲烷等 )的工藝過(guò)程，即將煤中的有機(jī)質(zhì)最大限度地轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫臍鈶B(tài)產(chǎn)品。煤氣化過(guò)程分為兩步：一是煤在高溫下熱解脫除揮發(fā)分生成煤焦；二是煤焦與氣化劑反應(yīng)生成煤氣。煤焦的氣化過(guò)程遠(yuǎn)比成焦過(guò)程慢，原煤的氣化反應(yīng)可看作煤焦的氣化反應(yīng)。 煤氣化主要進(jìn)行的反應(yīng)有： 2 2C CO CO?? ΔH=+(21) 22C H O CO H? ? ? ΔH=+(22) 22C O CO?? ΔH=－ (23) 2 2 2CO H O CO H? ? ? ΔH=－ (24) 242C H CH?? ΔH=－ (25) 公式 (21)和 公式 (22)分別是煤的二氧化碳?xì)饣退魵鈿饣闹饕磻?yīng)，產(chǎn)物為 CO 和 H2。 公式 (23)反應(yīng) 中 消耗一部分原料產(chǎn)生的熱量為兩個(gè)基本氣化反應(yīng)提供能量以維持反應(yīng)的連續(xù)反生。 (24)反應(yīng)為產(chǎn)物氣體 CO 與過(guò)量水蒸氣反應(yīng)生成 CO2和 H2，并放出一定熱量， (25)反應(yīng)主要發(fā)生在煤加氫制天然氣工藝過(guò)程中。 煤氣化反應(yīng)機(jī)理 研究者對(duì)煤與 CO2, H2O, O2等氣化反應(yīng)進(jìn)行了 大量的研究工作，提出了碳氧表面復(fù)合物的概念。在氣化過(guò)程中，首先碳表面上的一個(gè)空位吸附氧原子形成碳氧復(fù)合物中間體，然后中間體脫出一個(gè) CO，這樣使得原來(lái)的碳表面失去氧原子，但是又恢復(fù)了一個(gè)空位，碳表面的空位又可以重新吸附氧原子，如此循環(huán)。不論用滴管爐研究煤等物質(zhì)的氣化過(guò)程 9 氧原子的來(lái)源是 CO2, H2O 還是 O2, 可以認(rèn)為碳氧復(fù)合物結(jié)構(gòu)沒(méi)有差異。如下圖所示： C fC(O)COCOCO 2C fC(O)COH 2H 2O2C f2C(O)2CO O 2 圖 2. 1 煤與 CO H2O、 O2 氣化反應(yīng)機(jī)理示意圖 Fig. Schematic mechanism diagram of coal gasification withCO2, H2O and O2 影響煤焦氣化反應(yīng)的因素 由于影響煤氣化反應(yīng)的因素很多，由于考察的內(nèi)容有限，在本次 的 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要考察的包括煤階，熱解條件，氣化條件。其中熱解條件 分為熱解終溫和熱解氣氛 等的影響。氣化條件 分為氣化劑種類和氣化終溫 等 的影響。 煤階 王鵬等 [7]用熱天平裝置研究了 3種 不同變度煤焦在 CO2及水蒸氣氣氛下的反應(yīng)活性．發(fā)現(xiàn)煤焦反應(yīng)性一般隨煤化程度的提高而降低，反應(yīng)活性的順序?yàn)椋汉置?煙煤 無(wú)煙煤，這與文芳等 [8]訓(xùn)研結(jié)果一致．這種結(jié)果目前已被多數(shù)研究學(xué)者所接受．但也有學(xué)者持疑義， Takarada 提出了低煤種的氣化反應(yīng)性不一定總是高于高煤化程度煤種，認(rèn)為煤焦的反應(yīng)性不僅與煤階有關(guān)，還與煤焦中含氧官能團(tuán)和無(wú)機(jī)化合物的含量有關(guān)． 熱解條件 （ 1） 熱解終溫 根據(jù)徐朝峰的研究 [9]，煤焦的非等溫氣化過(guò)程主要由煤焦的熱解后期和 CO2氣化階段組成．當(dāng)熱解終溫為 950℃時(shí)，煤焦熱解 后期失重明顯．且隨熱解終溫的降低，失重量增大，這主要是由于熱解終溫相對(duì)較低時(shí)，有利于揮發(fā)分殘留在煤焦顆粒內(nèi)部或表面；當(dāng)熱解溫度升高時(shí)，揮發(fā)分快速析出，而由于升溫速度較快，煤焦顆粒的失重量較小．隨著熱解溫度的降低，煤焦的氣化速率快速增加，最大氣化速率從 %/min 變化到 %/min，而且只有 １個(gè)明顯的失重速率蜂，這是因?yàn)閷?duì)高溫焦而言，揮發(fā)分的裂解氣化和煤焦的 CO2氣化接近，使得氣化失重速率曲線只有１個(gè)較寬的峰，且隨著熱解溫度的降低，失重速率峰逐漸變尖，主要因?yàn)槊航乖诳焖偕郎剡^(guò)程中，揮發(fā)分殘留部 分析出，使得煤焦表面孔隙增大，從而增加了揮發(fā)分和煤焦與 CO2接觸反應(yīng)的機(jī)會(huì)，進(jìn)而加快了煤焦顆粒的氣化速度． 用滴管爐研究煤等物質(zhì)的氣化過(guò)程 10 （ 2） 熱解氣氛 根據(jù)比對(duì)氫氣和氮?dú)庵袩峤馑泼航沟陌敕磻?yīng)時(shí)間與熱解壓力的關(guān)系可見(jiàn)，在相
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