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《华东理工大学》 2011年
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煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究

许慎启  
【摘要】:煤气化动力学作为煤气化技术的基础,其研究的深入与否,直接影响到煤的洁净转化和利用,掌握各种因素对煤气化反应的影响并建立准确的动力学模型,对解决煤气化技术面临的一些问题具有重要意义。因此,研究煤气化动力学具有重要的意义。本论文研究的目的在于掌握中国典型煤种及气化渣中残碳在高温高压条件下热解及气化反应过程中的物理和化学结构变化,探讨煤焦在复杂气氛下的反应规律及机理,建立适应于高温高压不同反应气氛的气化反应动力学模型,为开发适合中国煤种的大规模高效气化技术提供理论依据和基础数据支持。 本文以中国典型煤种(神府煤、北宿煤、淮南煤和贵州煤)及其气化残渣为研究对象,研究高温高压条件下煤焦与CO2、水蒸汽的气化反应规律、影响煤焦气化反应活性的因素,探寻煤焦的气化反应活性与煤种之间的定量关系,建立煤焦气化反应的动力学模型;探讨气化渣中残碳的气化反应特性、及渣/灰的熔融对煤焦气化反应的影响。主要研究内容可分为如下几点: (1)考察了热解温度、热解速率及灰的熔融对煤焦孔隙结构的影响。根据四种典型煤种及其煤焦的N2吸附/脱附等温线的类型可知:原煤颗粒以层状孔为主,快速热解煤焦以筒状孔为主,而慢速热解煤焦以瓶状孔为主。灰的熔融特性显著影响慢焦的孔隙结构,堵塞煤焦的部分孔隙,降低煤焦的比表面积,而快焦的孔隙结构受挥发分的影响更为显著。通过CO2吸附分析得到的原煤及煤焦的微孔比表面积远大于由N2吸附分析得到的大中孔比表面积。煤焦孔隙结构特点是:0-1nm的微孔为主,2-200 nm的大中孔为辅。运用分形维数描述了煤焦的孔隙及表面特性。 (2)建立了煤焦气化反应的正态分布模型,能较好地描述煤焦的气化反应速率随时间的变化关系。研究了高温高压下神府、贵州和淮南煤焦与CO2、水蒸汽的气化反应;考察了不同分压下CO和H2对煤焦气化反应的抑制作用;通过L-H模型和幂函数模型对煤焦的气化反应动力学数据拟合,得到了煤焦气化反应的L-H模型和幂函数模型参数。 (3)定量分析了煤焦的气化反应活性与原煤中固定碳、挥发分、灰分及灰分组成之间的关系,煤焦-CO2和煤焦-水蒸汽气化反应与原煤组成的关系存在一致性。将煤焦的气化反应性与煤种组成相关联,定义了反应特性常数Rc=(Vm)/(FC)·B·100,建立了煤焦的气化反应活性和煤种之间的定量关系,可由式R0.5=A·RcD表示。为判别煤种气化反应活性的优劣,提供了一个简单而实用的准则。 (4)考察了粒度对煤焦气化反应的影响,并采用缩芯反应模型对煤焦-CO2和煤焦-水蒸汽的气化反应过程进行了分析。在850-1000℃,四个粒度范围(20-40目、60-80目、100-120目和大于325目)的煤焦与C02、水蒸汽气化反应均为化学反应控制。在低温化学反应控制区,得到了煤焦-C02和煤焦-水蒸汽气化反应的表观活化能,分别为148-171 kJ/mol和149-190 kJ/mol;在高温扩散控制区,分析了粒度对煤焦气化反应的影响。 (5)研究了碱金属Na和K对煤焦的气化催化作用;在热解阶段,碱金属的存在导致更加无序的碳微晶结构的形成,生成煤焦的气化反应活性更好。定量地表示了碱金属在热解和气化阶段对煤焦气化催化作用的贡献。将煤焦的催化气化反应定义为催化反应和非催化反应的共同作用,建立了煤焦的催化气化反应模型,模型能较好地描述煤焦的催化气化反应过程;通过气化动力学参数△rcg,0,可判定气化催化作用的大小 (6)以多组气流床煤气化的粗渣和细渣为对象,着重研究干粉煤气化生成的粗、细渣残碳的气化反应活性,并与由滴管炉快速热解制得的煤焦的气化反应活性进行了比较;结合SEM和XRD/EDX,深入研究了影响渣中残碳气化反应活性的主要因素,如渣的表面孔隙结构及渣中残碳的石墨化程度、矿物质晶体存在形式等。粗渣含有的具有催化作用的金属元素Al、Ca、Fe和Mg较细渣丰富,以及碳的石墨化程度较细渣低是粗渣残碳的气化反应活性高于细渣的主要原因。 (7)将原煤与气化渣和煤灰以不同比例混合,在渣/灰的熔融温度范围(950-1380℃),考察了渣/灰熔融特性对煤焦气化反应的影响。渣/灰熔融会堵塞煤焦的部分微孔,显著降低煤焦的比表面积,阻碍气化剂与煤焦颗粒的接触,抑制煤焦气化反应的进行。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ541

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【引证文献】
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1 程煜;铁基载氧体/煤化学链气化反应及动力学研究[D];青岛科技大学;2013年
【参考文献】
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1 王洋;房倚天;黄戒介;马小云;吴晋沪;;煤气化技术的发展——煤气化过程的分析和选择[J];东莞理工学院学报;2006年04期
2 朱子彬,马智华,林石英,平户瑞穗,二宫善彦;高温下煤焦气化反应特性(Ⅰ)灰分熔融对煤焦气化反应的影响[J];化工学报;1994年02期
3 朱子彬,马智华,林石英,平户瑞穗,堀尾正■;高温下煤焦气化反应特性(Ⅱ)细孔构造对煤焦气化反应的影响[J];化工学报;1994年02期
4 胡松,孙学信,向军,李培生,金峰,李敏,马新灵;淮南煤焦颗粒内部孔隙结构在燃烧过程中的变化[J];化工学报;2003年01期
5 唐黎华,王建中,吴勇强,朱学栋,蒋德军,朱子彬;低灰熔点煤的高温气化反应性能[J];华东理工大学学报;2003年04期
6 唐黎华;胡思飞;倪燕慧;朱学栋;朱子彬;;制焦温度对煤焦特性的影响[J];华东理工大学学报(自然科学版);2007年02期
7 成玉琪,杜铭华,余洁,吴立新,史明志;中国洁净煤技术发展述评[J];洁净煤技术;1999年01期
8 雍永祜;展望2000年我国煤化工技术[J];煤化工;1996年04期
9 肖新颜,李淑芬,柳作良;煤焦与水蒸气加压气化反应活性的研究[J];煤化工;1998年04期
10 李淑芬,刘厚斌;未反应芯收缩模型用于煤焦与CO_2加压气化反应的研究[J];煤气与热力;1993年05期
【共引文献】
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1 李鸿利,郑秀婷,吴大鸣,牟勇强;利用分形评定高聚物/无机粒子体系的分散效果[J];工程塑料应用;2004年12期
2 秦绍清,朱仁发,李承烈;FCC脱硫助剂还原分解非等温反应动力学研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2002年03期
3 冯敏;方磐;张仕兰;陈双喜;罗健民;;蒙脱石的IR、DTA特征与分类[J];安徽地质;1993年02期
4 刘安中,刘一华;计算断口分形维数的改进二维变差法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1997年01期
5 郭宏栋;杨一青;周敏;张媛;童丹;陈慧;;黄河兰州段沉积物对DAP吸附特性研究[J];安徽农业科学;2007年31期
6 潘守奇;朱莉萍;孙军;董静;刘孟孝;;气相色谱法测定水果和蔬菜中嘧霉胺·氟硅唑·抑霉唑残留量[J];安徽农业科学;2008年17期
7 吴志斌;李媚;廖安平;;颗粒活性炭对4-氯酚模拟废水吸附研究[J];安徽农业科学;2010年24期
8 陈丽萍;段毅文;陈艺红;;向日葵秸杆对铜离子的吸附特征研究[J];安徽农业科学;2011年03期
9 关炜;王园园;;水处理中活性炭对有机物的吸附性能与二者结构和性质的关系[J];安徽农业科学;2012年17期
10 马飞,程遐年;害虫预测预报研究进展(综述)[J];安徽农业大学学报;2001年01期
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1 范文武;;劣质煤混烧热解特性实验研究[A];2010年云南电力技术论坛论文集(优秀论文部分)[C];2010年
2 谭连江;陈宇晗;潘鼎;;X射线小角散射对黏胶基碳纤维微孔分形的研究[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
3 孙长顺;奇庭;秦莉红;郭新超;刘新宇;;EDTA络合铜在天然膨润土上的吸附研究[A];第二届重金属污染监测风险评价及修复技术高级研讨会论文集[C];2008年
4 许英霞;秦克章;丁奎首;缪宇;方同辉;徐兴旺;孙赫;;东疆红山Cu-Au矿床氧化带中铜叶绿矾和高铁叶绿矾的首次发现及其矿物学特征[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第六卷)[C];2008年
5 王贯春;邹从沛;;D301树脂吸附硼同位素的热力学研究[A];中国核学会核材料分会2007年度学术交流会论文集[C];2007年
6 顾炳伟;王培铭;;煅烧煤矸石活性组分溶出研究[A];固体废弃物在城镇房屋建筑材料的应用研究——中国硅酸盐学会房建材料分会2006年学术年会论文集[C];2006年
7 郑举功;陈泉水;杨婷;;一种制备碳纳米管的新方法[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(6)[C];2007年
8 罗平;李新怀;李耀会;吕小婉;李小定;;液相脱氯技术研究进展[A];第四届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2007年
9 王建正;柏子龙;;催化裂化柴油碱性氮的脱除[A];上海市化学化工学会2007年度学术年会论文摘要集[C];2007年
10 袁海宽;许振良;施江焕;郑金花;;复合固体酸催化剂PFSA/SiO_2的孔结构分析[A];上海市化学化工学会2007年度学术年会论文摘要集[C];2007年
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1 王桂芳;铝柱撑蒙脱石的制备、结构及其吸附性能研究[D];山东科技大学;2010年
2 杨敏建;镁基储氢材料的制备及对二硫化碳、噻吩的加氢性能研究[D];山东科技大学;2010年
3 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
4 肖知国;煤层注水抑制瓦斯解吸效应实验研究与应用[D];河南理工大学;2010年
5 徐远纲;大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用[D];华中科技大学;2010年
6 石金明;典型煤种热解气化特性研究[D];华中科技大学;2010年
7 鞠付栋;煤的气化反应行为及气化为基础的先进能源动力系统研究[D];华中科技大学;2010年
8 梁运涛;煤自然发火期快速预测研究[D];浙江大学;2010年
9 杨建国;电站锅炉煤粉空气富氧直接点火技术的理论及应用研究[D];浙江大学;2010年
10 李社锋;低挥发份劣质燃料循环流化床燃烧特性研究[D];浙江大学;2010年
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1 许亚坤;构造煤的微观和超微观结构特征研究[D];河南理工大学;2010年
2 陈攀;水分对构造煤瓦斯解吸规律影响的实验研究[D];河南理工大学;2010年
3 谷小虎;义马煤气化反应性研究[D];河南理工大学;2010年
4 于宝种;阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究[D];河南理工大学;2010年
5 伍修锟;呼吸性煤尘物理化学特性的研究及应用[D];山东科技大学;2010年
6 郭喜亮;褐煤对含染料废水的吸附与絮凝作用研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 刘伟娜;自制改性TiO_2可见光降解亚甲基蓝的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 高晓荣;糠醛渣与改性糠醛渣的制备、表征及吸附特性研究[D];沈阳理工大学;2010年
9 张晓辉;拒绝服务攻击检测与响应的研究[D];长春工业大学;2010年
10 宋丽芸;垃圾焚烧飞灰的资源化研究[D];华东理工大学;2011年
【同被引文献】
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1 吴俊升;李晓刚;公铭扬;张志华;;催化裂化催化剂机械强度与磨损行为[J];北京科技大学学报;2010年01期
2 秦翠娟;沈来宏;肖军;高正平;;化学链燃烧技术的研究进展[J];锅炉技术;2008年05期
3 李宝霞;张济宇;;无烟粉煤催化气化含碱灰渣的煅烧脱碱[J];化工学报;2006年11期
4 向军;陈伟;孙路石;石金明;;典型煤种的二氧化碳气化特性研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年06期
5 沈来宏;肖军;张辉;肖睿;;燃煤串行流化床置换燃烧分离CO_2机理研究[J];中国科学(E辑:技术科学);2007年03期
6 陈贵锋,俞珠峰,成玉琪;中国煤炭加工技术发展的思考[J];洁净煤技术;2001年01期
7 谷天野;;煤炭洁净加工与高效利用[J];洁净煤技术;2006年04期
8 成玉琪,杜铭华,余洁,吴立新,史明志;中国洁净煤技术发展述评[J];洁净煤技术;1999年01期
9 雍永祜;展望2000年我国煤化工技术[J];煤化工;1996年04期
10 闵凡飞,张明旭;热分析在煤燃烧和热解及气化动力学研究中的应用[J];煤炭转化;2004年01期
【二级参考文献】
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1 张健,张永春,柏巍,田荔;新型CO_2-PSA吸附剂的性能研究[J];低温与特气;2002年02期
2 修洪雨,黄镇宇,张堃,周俊虎,岑可法;CaO对煤灰主要成分熔融特性的影响[J];电站系统工程;2005年02期
3 李帆,邱建荣,郑瑛,郑楚光;煤燃烧过程矿物质行为研究[J];工程热物理学报;1999年02期
4 魏存弟,马鸿文,杨殿范,李益,三国彰;煅烧煤系高岭石的相转变[J];硅酸盐学报;2005年01期
5 李永国;煤灰熔融特性与锅炉安全运行平衡关系探讨[J];湖北电力;2004年01期
6 侯国良;Shell煤气化技术的发展与应用前景[J];化肥设计;1998年05期
7 金革,杨宝田,屈雪如,刘桂芬;煤焦的水蒸汽气化反应速率解析[J];化工学报;1987年02期
8 徐振刚,刘国海,于涌年;煤催化气化反应的收缩核模型[J];化工学报;1988年04期
9 马智华,张成芳,朱子彬,孙尔立;晋城煤蒸汽气化本征动力学研究[J];化工学报;1991年03期
10 朱子彬,马智华,林石英,平户瑞穗,二宫善彦;高温下煤焦气化反应特性(Ⅰ)灰分熔融对煤焦气化反应的影响[J];化工学报;1994年02期
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1 房倚天,陈富艳,王鸿瑜,张建民,王洋,张碧江;循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究Ⅱ.温度、氧含量及煤种对CFB气化反应的影响[J];燃料化学学报;1999年01期
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3 徐东海;王树众;张钦明;李;王亮;;生物质超临界水气化制氢技术的研究现状[J];现代化工;2007年S1期
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7 崔秀玉;;神木煤的气化与应用[J];煤化工;1993年02期
8 赵炜,李凡,谢克昌;英国煤显微组分的分离及常压CO_2气化动力学研究[J];煤炭转化;1996年04期
9 房倚天,吴晋沪,张建民,王洋;流化床气化炉飞灰气化反应性的研究 Ⅱ.飞灰气化动力学的研究[J];燃料化学学报;1996年03期
10 杨敏,崔平;煤对焦炭气化反应过程中微观结构的影响[J];煤炭科学技术;2005年08期
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1 李涛;解立平;吴霞;赵立新;;污水污泥空气气化特性的研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第一卷)[C];2009年
2 伊晓路;张晓东;张卫杰;郭东彦;;稻壳循环流化床气化实验研究[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集(上册)[C];2008年
3 康啸琦;孙启文;应卫勇;房鼎业;;煤间接液化油电联产中水煤浆气化炉的数值模拟[A];上海市化学化工学会2008年度学术年会论文集[C];2008年
4 吕鹏梅;王铁军;常杰;吴创之;陈勇;;生物质流化床空气-水蒸气气化模型研究[A];2005年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2005年
5 李朋;于庆波;;煤焦-CO_2高温气化反应动力学研究(Ⅰ)——等温热重法[A];2008全国能源与热工学术年会论文集[C];2008年
6 孟繁明;;含碳球团还原·渗碳·熔融机理的研究[A];2006年中国非高炉炼铁会议论文集[C];2006年
7 吴加奇;许慎启;周志杰;代正华;于广锁;;气化反应活性与煤种之间的通用关系[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C];2010年
8 赵沛;郭培民;;纳米冶金技术的研究及前景[A];2005中国钢铁年会论文集(第3卷)[C];2005年
9 许慎启;周志杰;于广锁;;煤催化气化反应机理研究[A];上海市化学化工学会2007年度学术年会论文摘要集[C];2007年
10 李朋;于庆波;;煤焦-CO_2高温气化反应动力学研究(Ⅱ)——程序升温法[A];2008全国能源与热工学术年会论文集[C];2008年
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1 廖建国;抑制焦炭在风口回旋区粉化的焦炭性状和高炉操作条件[N];世界金属导报;2008年
2 双文;煤气化现有问题的解决办法[N];中国化工报;2006年
3 廖建国;日本高炉炼铁工艺基础研究概况[N];世界金属导报;2008年
4 记者 李军;20个化工项目获陕西科技奖[N];中国化工报;2006年
5 特约记者 金彪;多喷嘴对置式装置通过考核[N];中国化工报;2006年
6 特约记者 金彪;多喷嘴对置式装置通过鉴定[N];农资导报;2006年
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1 许慎启;煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究[D];华东理工大学;2011年
2 鞠付栋;煤的气化反应行为及气化为基础的先进能源动力系统研究[D];华中科技大学;2010年
3 范冬梅;低阶煤热解半焦的气化反应特性研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2013年
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5 乌晓江;高灰熔点煤高温、加压气流床气化实验研究与数值模拟[D];上海理工大学;2007年
6 匡建平;黑液水煤浆催化气化机理以及气流床气化数值模拟研究[D];浙江大学;2007年
7 陈平;生物质流化床气化机理与工业应用研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 黄胜;石油焦的理化性质及其催化气化反应特性研究[D];华东理工大学;2013年
9 吴诗勇;不同煤焦的理化性质及高温气化反应特性研究[D];华东理工大学;2007年
10 吴幼青;不同热解过程产物炭的理化性质及石油焦催化气化反应特性研究[D];华东理工大学;2011年
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1 原志文;松木焦和慈竹焦CO_2气化反应特性研究[D];重庆大学;2013年
2 侯学成;射流床煤气化反应网络模型的构建与应用[D];太原理工大学;2010年
3 陈振兴;煤加氢气化反应的实验研究[D];北京交通大学;2011年
4 刘洋;新疆部分地区煤样气化反应的模拟与分析[D];新疆大学;2012年
5 黄桃花;两段组合式煤气化炉优化及流程模拟[D];华东理工大学;2011年
6 胡启静;铁系催化剂对煤和石油焦气化影响的研究[D];华东理工大学;2012年
7 吴加奇;高温下渣/灰熔融与矿物质行为对煤焦气化反应特性的影响[D];华东理工大学;2011年
8 彭康;两段炉内流场分布及二段物料反应特性研究[D];华东理工大学;2013年
9 高松;白云石对煤焦-CO_2气化反应特性影响的研究[D];华北电力大学;2012年
10 李岩;生物质与煤流化床共气化工艺的数值模拟[D];太原理工大学;2013年
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