CaO对煤热解及水蒸气气化反应的影响研究

发布时间：2020-08-01 12:40

【摘要】：通过在煤热解或气化过程中加入CaO吸收剂,将煤热解或气化过程与C02分离过程耦合,实现煤气化直接制氢／甲烷同时捕集C02；其工艺流程短、效率高,有望大幅提高煤制氢效率、降低投资、降低C02捕集代价。本文基于固定床反应器针对煤热解动力学、不同操作条件下钙基吸收剂对煤热解气体产率及焦油成分的影响、CaO添加对煤水蒸气气化反应速度的影响以及加氢条件下CaO对煤水蒸气气化特性的影响进行了实验研究。论文具体工作如下：1.煤热解动力学研究针对内蒙古烟煤程序升温热解与等温热解特性进行了动力学分析,结果表明煤热解过程按温度不同主要可分为三个特征阶段,且第二及第三特征阶段的反应级数近似为1级；在确定的热解温度下,单位质量煤粉等温热解失重量随热解停留时间的增加近似呈对数关系增加。2.钙基吸收剂对煤热解产物影响研究利用内蒙古烟煤研究了以CaO为吸收剂时Ca/C摩尔比及热解终温对煤热解产气速率的影响；为进一步分析CaO对煤焦油的影响,针对添加钙基吸收剂促进张家口煤热解阶段原位加氢改善热解产物品质的效果进行了实验研究。结果表明钙基吸收剂能够显著提高煤热解反应速度和有效气(H2+CO+CH4+C2)产量。对于张家口煤种,H2气氛下单位质量煤热解产气速率明显高于N2气氛,产气中C H4、C2H4及C2H6含量显著增加,焦油轻质组分含量增加；CaO能够提高煤热解产物品质,但促进效果不如加氢条件。添加CaO或Ca(OH)2均有利于提高产气中有效气(H2+CO+CH4+C2)比例,改善焦油品质；而添加CaC03时有效气产量反而低于原煤,且对改善焦油品质无明显促进作用。3.CaO对煤水蒸气气化反应影响研究分析了三种CaO混合方式对内蒙古烟煤煤焦水蒸气气化反应速度影响,并对三种混合方式下煤焦／CaO混合物水蒸气气化反应速度差异原因进行分析；得到了煤焦与CaO混合程度越强CaO对煤焦水蒸气气化反应促进作用越好的结论；三种混合方式下煤焦水蒸气气化反应活化能为136.56～200.54 kJ/mol。进一步研究了Ca／C摩尔比、反应温度及水蒸气分压力对煤焦／CaO混合物水蒸气气化以及煤／CaO直接水蒸气气化反应的影响,并对煤／CaO直接水蒸气气化反应剩余固体物质形态进行了钙基物质低温共熔分析。4.加氢条件下CaO对煤水蒸气气化反应影响分别研究了加氢条件下CaO对内蒙古烟煤直接水蒸气气化及煤焦水蒸气气化反应的影响,结果表明加氢条件下CH4以及C2产量明显增加；此外随着系统H2压力的提高,煤／CaO直接水蒸气气化反应速度加快,CO和CO2产量均呈下降趋势,而CH4、C2H4及C2H6产量明显增加。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ530.2

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本文编号：2777470