现代煤气化技术的开发与进展

评述了现代煤气化技术开发现状，对加压固定床气化，流化床气化，水煤浆气流床气化和干粉气流床气化典型代表技术的发展进行分析。结合热力学和动力学分析提出了未来煤气化技术发展的原则。鉴于目前制氧成本仍然是制约煤气化技术发展的最大因素，认为一方面应加速高效廉价的大规模制氧技术的开发，另一方面要注重氧耗低的气化技术的开发，重视过程集成概念和技术经济的优化。理论分析和已有研究表明粉煤/块煤双粒级进料液态排渣固定床气化、两段（多段）进料干粉气流床气化、流化床部分气化与气流床气化或CFB燃烧集成技术具有各自特点和良好的发展前景。  

煤气化动力学模型研究

煤的气化动力学是煤气化技术研究开发和模型化的基础 ,对实现煤的高效利用具有重要指导意义。目前 ,有关煤气化动力学的模型很多 ,但还未见有将这些模型进行详细的分析与比较的文章。本文总结了目前常用的煤气化动力学模型 ,提出了两种新的半经验模型 ;并运用这些模型处理了彬县、神木、王封煤的气化数据。通过各模型的相关系数及对各模型进行的分析与比较发现 ,所提出的下述煤气化动力学模型简单、适用、精度高。dxdt=k0 ynH2 O exp( EaRT) (1 x) m ,m =a bT　　在模型中 ,把m定义为煤种与温度的函数。此模型不但能有效地描述气化过程 ,同时它还能很好地描述煤气化在不同温度下的不同阶段性。  

中国无烟煤焦气化活性的研究——水蒸气与二氧化碳气化活性的比较

在常压和920℃-1050℃下，采用热重方法，进行了六种中国典型无烟煤焦水蒸气与二氧化碳气化活性比较的研究。结果表明，无烟煤焦与水蒸气气化反应的活性与无烟煤的煤化程度相对应，无烟煤煤化程度越高，水蒸气气化反应活性越小。无烟煤焦与二氧化碳气化反应的活性与煤中矿物质的催化作用有密切关系，煤中矿物质的催化作用越大，二氧化碳气化反应活性越大。无烟煤焦与二氧化碳气化反应活性明显小于与水蒸气气化反应活性，后者比前者大10倍左右。初步探讨了无烟煤焦与水蒸气和二氧化碳的气化机理。  

阳泉高硫无烟煤热化学法预脱硫的试验考察

以阳泉高硫无烟煤为考察对象，在马福炉及Φ50mm流化床中考察其热化学条件下的预脱硫效果，以期为粉煤电站提供洁净煤气及低硫半焦，控制硫排放污染，本试验中采用的热化学法包括低温氧化，高温热解及部分气化以及煤，甲烷共气化。研究结果表明：由于阳泉无烟煤变质程度高，硫分中有机硫含量高且主要是稳定的噻吩硫，采用常规高温热解部分气化方法较难脱出，处理后挥发分损失较大，高温操作又造成了较高能耗；采用低温氧化法可使原煤挥发分大部分保留，满足电站对入炉原料的要求，煤样处理后失重小，硫分脱出率较高，但失碳较多，热值损失较大，高硫煤，甲烷共气化法可利用过程提供的高硫煤，甲烷共气化法可利用过程提供的高氢气氛条件促进煤中硫分析出，处理后煤样热值损失较小，硫分脱出效率较高。  

钛酸锌高温煤气脱硫剂再生行为的研究

在热天平装置上研究了再生反应温度、反应气体中氧气体积分数、脱硫剂颗粒粒径对钛酸锌高温煤气脱硫剂再生行为的影响。实验结果表明,较高的反应温度和氧气体积分数,较小的颗粒粒径有利于提高脱硫剂的再生反应速率。由于二次反应的影响,脱硫剂再生过程中有硫酸盐生成,提高反应温度或降低反应气体的氧气体积分数可以减少硫酸盐的生成。利用收缩核模型对其动力学行为进行了分析,结果表明,脱硫剂的再生过程存在动力学控制步骤的转移。脱硫剂再生转化率较低(<65%)时,再生过程主要受化学反应控制;再生转化率较高(>75%)时,再生过程主要受颗粒内扩散控制。表观化学反应速率常数的指前因子为8.01×10-2m/s,活化能为19.11 kJ/mol;有效扩散系数的指前因子为3.12×10-4m2/s,扩散活化能为48.84 kJ/mol。  

氧化钙对流化床煤温和气化半焦性质的影响

在Φ4 8× 5 2 5mm小型流化床反应器中 ,于 4 5 0～ 75 0℃温度区间内 ,研究了氧化钙对煤温和气化产物半焦特性的影响。报道了在煤温和气化过程中添加氧化钙对所得半焦的工业分析、元素组成及热值的影响。采用等温吸附法研究了氧化钙对半焦孔结构和比表面积的影响 ,并给予了合理的解释。  

氧化钙脱硫可逆反应过程的研究

在热天平和固定床装置上研究了CaO脱除H2S过程中可逆反应的变化规律。实验结果表明，脱硫过程的最佳温度为Ca(OH)2分解温度(在二氧化碳不存在情况下)；水蒸气和H2是影响CaO脱硫可逆反应的两个重要因素，提高水蒸气体积分数无论热力学和动力学都有利于逆反应的进行，使得脱硫效率降低，提高H2体积分数可抑制逆反应进行，当H2的体积分数达到一定值时。由多个反应构成的逆反应变为单个反应，高温脱硫精度则由反应(CaO H2S=CaS H2O)决定。对通过CaS水蒸气反应实现CaS转化或再生也作了讨论。  

气氛对神木煤部分气化煤焦再气化动力学参数的影响

在小型固定床上制备了一系列的神木煤部分气化煤焦，运用热天平分析了它们在不同气氛下的再气化动力学行为。结果表明，部分气化煤焦再气化动力学参数随部分气化煤焦气化率的变化而有规律的变化。在H2O气氛下再气化时，随着部分气化煤焦气化率的增加，活化能、指前因子与气化剂分压指数减小；在CO2气氛下再气化时，结果则有所不同，随着部分气化煤焦气化率的增加，活化能与指前因子增加，气化剂分压指数减小；无论何种气氛下再气化时，部分气化煤焦的活化能与指前因子均具有补偿效应。  

钛酸锌脱硫剂硫化过程的动力学分析

利用固定床反应器对钛酸锌高温煤气脱硫剂硫化过程的动力学进行了研究,考察了硫化反应温度、H2S体积分数对脱硫反应过程的影响。结果表明,脱硫剂具有良好的脱硫反应活性,在400℃～600℃,脱硫剂的硫化反应速率随着硫化反应温度的升高、反应器入口H2S体积分数的增大而增大。在实验数据的基础上,利用等效粒子模型对其反应动力学进行了分析,发现该脱硫剂的硫化反应主要受固体内扩散控制,固体内扩散活化能为61.4kJ/mol,相应的频率因子为4.4×105m2/min。硫化反应后脱硫剂比表面积、孔体积显著减小,脱硫剂表面有颗粒聚集物存在,进一步验证了该脱硫剂的硫化反应主要是通过产物层的体相扩散控制的。  

粉尘对高温煤气脱硫反应的影响

研究了在400℃-550℃范围内粉尘对氧化铁高温脱硫剂的硫容和脱硫反应速度的影响。结果表明随着温度的升高，粉尘对脱硫剂的硫容和脱硫反应速度的影响增大。并利用收缩核模型计算比较了由于粉尘加入引起的H2S有效扩散系数的变化，发现有效扩散系数由于粉尘的作用，随温度升高显著降低。为脱硫除尘一体化工艺的开发提供了一定的理论依据。