煤中灰含量对气化反应活性的影响

本文分别以H_2O(g)、CO_2为气化剂,在固定床反应器中对沈北、大同、晋城煤进行了各种条件的气化实验。比较了在不同温度、压力及不同灰含量下各种煤焦的气化反应活性。实验结果表明,随气化温度、压力提高,各煤焦的气化反应活性均相应提高。脱灰后的大同、晋城煤焦的反应活性明显增加;沈北煤焦则是:随脱灰程度加深,其气化反应活性先降低而后增加。各煤焦水蒸汽气化反应的气相组成亦随温度的变化而变化。沈北、大同、晋城原煤焦水蒸汽气化反应的表观活化能分别为71.77kJ/mol,104.25kJ/mol,157.00kJ/mol。     

用气相色谱法研究煤与半焦的特性 Ⅲ.半焦与水蒸汽和二氧化碳的反应活性

应用脉冲进样的微型反应器与色谱系统联用技术,对前两报在N_2、H_2气氛下、于620—850℃热解制成的半焦进行了水蒸汽和CO_2反应活性的研究。半焦与水蒸汽和CO_2的反应活性顺序与所用原煤的变质程度有很好的相关性,即褐煤>烟煤>贫煤。在同一气化温度下,反应活性均是有规律地随制备半焦的热解温度增高而降低,且一般与微孔变化规律相吻合。对同一半焦,活性随气化温度增加而增加。同时测得了这三种煤的半焦与水蒸气反应的表观活化能(E_(H_2O))约为63kJ/mol。褐煤半焦与CO_2反应的表观活化能(E_(CO_2))约为121kJ/mol。并探讨了半焦与水蒸汽反应过程中初次产物的生成机理。     

碳和水蒸汽反应过程的初步研究

本文报导在固定床小型装置上,于650°～900℃,大气压下测定的一系列焦和炭与水蒸汽的气化反应速率。试验征明,反应的初次产物是CO,而CO_2是由水煤气转换反应生成的。在实验范围内,所测得的活化能约为60kcal/mol左右。所用一系列焦样和水蒸汽的反应能力大致与其原料煤的变质程度成反比,高温焦的反应能力比低温焦小。阳泉煤的焦脱灰后反应能力增加,而低级别煤的焦脱灰后反应能力却降低。文中并探讨了煤中灰份对水煤气转换反应的催化效应。     

从铁状态的变化研究球性活性炭中孔形成的机理

利用穆斯堡尔谱、透射电子显微镜等表征手段研究了添加二茂铁后酚醛树脂基球形活性炭中孔形成的机理。结果表明,添加到酚醛树脂中的二茂铁在炭化阶段被还原为单质铁。单质铁对炭－反应有催化气化作用。在活化阶段,铁粒子周围的炭基体与水蒸汽的活化反应速率快,被刻蚀掉更多的炭,所以在其周围形成中孔。     

碱金属碳酸盐在煤气化中的催化作用——(Ⅱ) 在C-H_2O反应中Na_2CO_3的催化活性

本文研究了气化温度、Na_2CO_3载量和煤(焦)粒度对水蒸汽与几种焦反应的影响。实验室结果表明,当气化温度为750—950℃时,加入Na_2CO_3能使水蒸汽的分解率α从53%提高到100%。水蒸汽分解率的提高几乎同碳一汽反应转变成CO和H_2的化学计量一致。在考察Na_2CO_3对不同试样的活性影响后认为,冶金焦反应性最差。     

生物质与石油焦共气化特性的研究

在内径为50mm,高约950mm的固定床反应器上对生物质与石油焦共气化特性进行了研究。研究了气化模式、石油焦添加比例、添加方式、粒径大小及气化温度对气化效果及焦油量的影响。结果表明,石油焦可以起到催化裂解生物质焦油的作用。随着氧气的体积分数从2%增加到15%时,气体的热值从5.35MJ/m³降低到2.98MJ/m³。在气化温度为700℃时,四种氧气含量下生物质单独气化时焦油产率平均值为6.4%,气体热值为4.31MJ/m³;生物质和石油焦混合气化时焦油产率平均值为2.9%,气体热值为5.19MJ/m³。石油焦的最佳添加比例为1∶1。生物质和石油焦不混掺焦油的产率最大,混掺其次,石油焦提前加入效果最好。随着添加石油焦粒径的增大,石油焦对生物质气化焦油的裂解率逐渐降低。在两种气化模式下,随着气化温度的升高,焦油的产率均逐渐降低。     

氢气存在下煤焦水蒸气气化： II 修正随机孔模型的建立

采用热天平对神府煤1200℃快速热解焦进行常压水蒸气/惰性气气化及水蒸气/氢气气化。考察神府煤焦在875℃~950℃时与水蒸气/惰性气的气化反应和水蒸气/氢气的气化反应特性,两者的特征曲线明显不同。不加氢的水蒸气气化反应速率随碳转化率的增加缓慢而均匀地下降;加氢水蒸气气化反应速率随碳转化率的增加先迅速降低,而后降低较缓慢。此种形式的气化曲线以往的动力学模型很难进行模拟,研究根据随机孔模型提出了一个新的气化动力学模型。此模型拟合的数据与实验数据比较,证明了修正的随机孔模型可以更好的模拟煤焦的加氢水蒸气气化,相关系数达到0.996以上。用修正模型求得的神府煤焦加氢水蒸气气化的活化能为251.990kJ/mol,指前因子为5.97877×10⁹min^-1。     

添加CaO的准东煤中温水蒸气气化特性的研究

以内在碳捕集气化为背景,利用加压热重分析仪开展CaO对准东煤中温(700-750℃)水蒸气气化反应动力学特性的影响研究,采用氮气吸附仪对准东煤焦的比表面积进行测定,并对煤中不同赋存形态碱金属含量采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行测定。结果表明,准东煤中的可溶性碱金属元素能有效催化气化反应,引入的二氧化碳吸收剂CaO与碱金属间表现出协同催化作用。水洗后的准东煤焦活性最高,添加CaO后的气化活性最好。Ca/C物质的量比对准东煤气化特性的影响研究表明,CaO的添加存在饱和量,Ca/C物质的量比为1.0较为合适。利用均相模型(HM)、缩核模型(SCM)以及修正体积模型(MVM)对反应动力学实验数据进行拟合,结果表明,修正体积模型可以较好地体现添加CaO的准东煤中温水蒸气气化反应动力学特性,由此获得反应活化能为160.90 kJ/mol。     

含油污泥与配合煤共热解煤焦的微观结构与气化反应特性

以含油污泥与配合煤为原料在850-1150℃热解制得焦样,采用N₂吸附-脱附和X射线衍射(XRD)分析煤焦孔隙结构及碳微晶结构,并运用热重分析(TGA)考察热解温度和含油污泥添加量对煤焦气化反应活性的影响。结果表明,提高热解温度和添加含油污泥能促进煤焦形成更加丰富的孔隙结构,强化煤焦-CO₂气化反应接触并抑制煤焦石墨化进程,从而提高煤焦气化反应活性;然而,热解温度过高或添加油泥量过多则会致使煤焦结构致密或孔隙堵塞,气化反应活性反而降低。     

热重法福建无烟煤二氧化碳催化气化的研究

采用纸浆黑液为催化剂在一热重分析仪中及常压与750℃～950℃下进行了福建无烟煤二氧化碳催化气化的研究以给出催化剂浓度,即在不同3%、5%、8%、10% 钠黑液添加量时对碳转化率的影响。实验表明,在750℃～950℃催化剂浓度8%钠黑液添加量的催化活性比其他浓度更好。在反应控制条件下测定了三种福建高变质无烟煤的碳转化率与气化反应时间的关系。应用均相模型和缩芯模型分别关联了这三种煤的转化率与时间的关系并得出不同温度下的反应速率常数k,进而采用阿累尼乌斯方程 预测了实验所用三种煤的反应活化能Ea 和指前因子A。在适宜催化剂浓度8% 钠 黑液添加量时,其 Ea＝76.18kJ/mol～104.22kJ/mol明显小于无催化剂纯煤气化时的Ea＝150.93kJ/mol～185.44kJ/mol数值范围,这明显地表明纸浆黑液是一个廉价和有效的煤气化催化剂。     

生物质灰添加对无烟煤煤焦气化特性的影响

以遵义无烟煤煤焦为气化原料,以稻草灰和棉秆灰为生物质灰添加剂,基于热重分析仪开展焦样-CO_2等温气化实验,以探究生物质灰添加对煤焦气化反应特性的影响,并基于气化过程焦样固体结构演变对其进行关联解释。研究表明,稻草灰和棉杆灰的添加有利于提高煤焦气化反应活性,这主要归因于生物质灰添加有利于气化过程煤焦活性矿物质含量增加和碳结构有序度降低。且稻草灰和棉秆灰的添加对焦样气化反应活性的增加幅度随气化温度升高而减小,这可解释为生物质灰添加对气化过程煤焦活性矿物质含量增加和碳结构有序度降低的幅度随气化温度升高而减小。此外,棉秆灰对煤焦气化反应活性的促进作用较稻草灰更为显著,这主要由于棉杆灰的添加对气化半焦中活性AAEM含量的增加作用以及碳结构石墨化进程的抑制作用更加明显。     

程序升温表面炭气化反应动力学研究

本文用程序升温表面反应(TPSR)方法,研究了甲烷裂解沉积在不同催化剂上的炭与水蒸汽反应的动力学。结果表明,炭与水蒸汽反应属一级反应,活化能在212.0—256.7KJ/mol之间。该法简便、迅速。所获得的动力学参数对研究在不同催化剂上的炭与水蒸汽反应性能差异具有实际意义。     

用热天平法研究煤的催化气化Ⅰ.几种碳酸盐在碳与水蒸汽气化中的催化作用

在热天平实验装置上,于600℃—750℃下考察了碳与水蒸汽在K_2CO_3、Na_2CO_3、CaCO_3三种催化剂存在下的气化反应,并对气化速率、转化率、气体组成与反应温度及气化时间的关系进行了研究。实验结果表明,采用催化气化方法,不但可以大大提高气化速率,降低反应温度,而且可以降低煤气中的CO含量。在本实验条件下,上述三种催化剂的活性顺序与文献报导不同,为:Na_2CO_3≥K_2CO_3>CaC_3。而CaCO_3在反应中表现出与钾、钠碳酸盐不同的催化特性。最后,根据实验结果对催化气化之反应机理进行了探讨。认为其反应历程为:     

硝酸钙对内蒙古褐煤热解和气化特性的影响

在小型固定床反应装置上开展了内蒙古褐煤原煤(RC)和脱灰煤(DC)以及分别负载钙盐的煤样的热解实验,并对热解所得焦样开展了焦样与水蒸气气化反应的实验研究。结果表明,硝酸钙的添加对煤的热解和气化阶段均有影响。在热解阶段,硝酸钙的存在能显著改变主要气相产物H₂、CO₂和CO等组分的逸出规律和累积生成量;在气化阶段,作为催化剂的碱土金属,降低了焦样的气化反应活化能,更有利于气化反应的进行。     

氧化钙对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响

研究了CaO对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响。脱除矿物质的胜利褐煤混合不同含量的CaO后在1 100 ℃下进行热解得到相应的煤焦,采用BET、XRD和Raman技术对其进行表征,同时在微型固定床反应器上对所制得煤焦进行水蒸气气化实验。比较添加CaO不同含量煤焦的反应性表明,添加2%(质量分数)的CaO对煤焦水蒸气气化的催化作用很小,而CaO添加量增大到5%时,煤焦的气化反应性能明显提高。煤焦比表面积随CaO添加量的提高而增大。XRD结果表明,在热解过程中,CaO能有效地抑制煤焦向石墨化方向发展趋势。煤焦002和100峰的峰强度随CaO添加量的增加而降低,且煤焦芳香度从66.8%降至39.9%。Raman光谱结果表明,随着CaO添加量的增加,I_D/I_G由1.363增加至1.541,I_G/I_all由0.423减少到0.394。意味着由于Ca的催化作用,煤中大芳香环结构的裂解速率明显增加,且随CaO添加量的增多,煤焦的无序化程度和晶格缺陷均增大。     

关于褐煤的催化气化研究

本文对褐煤的水蒸汽气化过程中Fe、Ca 及Na 化合物的催化作用进行了考察。主要考察了催化剂种类、添加量及添加方法对气化反应速度的影响。结果表明,通过与褐煤中表面官能团的离子交换添加到煤中的催化剂具有很高的催化效果。即使象Ca(OH)_2和NaCl 这样廉价的化合物也显示出高的催化活性。并利用高温X 射线衍射技术对气化反应机理,特别是催化剂与焦表面间的相互作用进行了详细的研究。     

水蒸汽对Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂上CO2-CH4反应积碳的影响

采用水热合成-负载法制备了Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂,进行了CO2重整CH4的反应,并采用X射线光电子能谱(XPS)、程序升温加氢(TPH)等方法表征了在反应过程中催化剂表面的积碳物种,考察了添加少量水蒸汽对积碳的影响以及水蒸汽和表面积碳物种的作用.TPH实验测得有两类碳物种,一类是在250～350℃出现的少量α-碳,应主要是活性高的CH4解离碎片;另一类是在700℃附近出现的β-碳,应是导致催化剂失活的趋于石墨化或已经石墨化的积碳.β-碳比α-碳更容易同水蒸汽作用,添加少量水蒸汽到反应气中能够明显抑制β-碳的生成.活性测试结果表明,Ni/Ce-Zr-Al-Ox催化剂显示了89%的CH4转化率和良好的稳定性,添加3.2%(ψ)的水蒸汽后活性提高到94%,由于对非活性积碳的抑制,可以预料其稳定性也将进一步提高.     

Co-gasification of petroleum coke and straw char

在热天平中采用等温热重法对石油焦、稻草焦、石油焦/稻草混合物以及石油焦/稻草焦混合物进行了CO2共气化研究,实验温度900～1050℃,添加稻草焦的质量比为0～0.5,考察稻草焦对石油焦的催化气化作用.结果表明,在一定气化温度下,石油焦和稻草焦混合物的共气化碳转化率高于各自气化碳转化率的简单加和,具有一定的协同效应,混合物的气化反应速率随着稻草焦添加比例的增加而升高.石油焦、稻草、稻草焦及其各个混合物的反应活性由大到小的顺序为:稻草半焦＞脱灰稻草半焦＞石油焦/稻草混合物＞石油焦/稻草焦混合物＞石油焦/脱灰稻草混合物＞石油焦/脱灰稻草半焦混合物＞石油焦.     

负载碳酸钠煤焦催化气化反应特性研究

基于热重分析仪开展负载碳酸钠神府烟煤/遵义无烟煤煤焦气化实验,并借助扫描电子显微镜和孔结构及比表面积分析仪表征焦样孔结构及表观结构变化,考察了反应温度(650-800℃)、气化剂(水蒸气、二氧化碳)及碳酸钠负载量(钠离子负载量2.2%、4.4%、6.6%,质量分数)对神府烟煤/遵义无烟煤焦样气化反应活性的影响。结果表明,碳酸钠有利于促进神府/遵义煤热解过程孔隙结构的发展。在二氧化碳气氛下,适宜催化剂负载量使神府烟煤反应活性提高,过多负载催化剂堵塞煤焦内部孔隙结构,使得气化反应活性降低,遵义无烟煤反应活性随负载量增加而提高,两者反应活性均随温度升高而提高。在水蒸气气氛下,神府烟煤/遵义无烟煤在一定条件下反应活性随催化剂负载量增大、温度升高而提高。碳酸钠的添加能够在保证气化反应性的前提下降低气化反应温度和活化能。     

纳米Pt/TiO2催化剂上气相CH3OH光催化分解制氢反应的研究

利用不同还原方法制备了不同纳米粒度的Pt/tiO2光催化剂,并且用脉冲氢氧滴定法测定了TiO2表面Pt的分散度.在气相连续流动装置中利用纳米Pt/tiO2作为光催化剂,对气相甲醇的脱氢反应进行了研究.研究了添加Pt和不添加Pt的纳米TiO2,Pt负载量、铂的不同还原方法、不同TiO2纳米粒度对气相甲醇光催化分解反应的影响,并对反应气的空速、光照时间、添加水蒸汽、改变甲醇浓度等与光催化分解甲醇制氢的关系进行了研究,在最佳反应条件下,产氢速率达到5.808 mmol/(g·h).研究了反应的动力学,得到该反应为一级反应,求得了该反应的活化能为8.53 kJ/mol,并讨论了反应机理.