粘结性烟煤的催化破粘和催化气化研究

发布时间：2020-08-26 12:21

【摘要】：我国焦化行业每年都会产生大量挥发分较低、灰分高、反应性较差并且具有一定粘结性的洗中煤。这些质量比较差的洗中煤一般都作为锅炉燃料廉价销售,运输成本高,经济性差。针对洗中煤具有一定粘结性的特点,本文以平顶山瘦煤和兖州气煤为研究对象,研究了不同催化剂(NaCl、KCl、Na_2CO_3、K_2CO_3和CaO)、不同催化剂负载量(0.001mol、0.002mol和0.003mol)以及煤样粒径(d0.2mm和0.5mmd1mm)对煤样破粘效果的影响。选择达到完全破粘效果的催化剂(K_2CO_3)以及对应粒径下的煤样在950℃条件下制成焦样进行固定床气化实验。在气化实验中,首先考察了煤焦量(2g、3g、4g和5g)以及二氧化碳气流量(0.5L·min~(-1)、0.75L·min~(-1)、1L·min~(-1)和1.25L·min~(-1))对内外扩散的影响,然后选取能够消除内外扩散的实验条件,研究不同温度(750℃、800℃、850℃和900℃)以及不同催化剂负载量对煤焦碳转化率的影响并建立反应动力学模型(均相模型和缩核模型)。研究结果表明:(1)不同催化剂对煤样破粘效果的强弱顺序为K_2CO_3Na_2CO_3KClCaONaCl,粒径小于0.2mm的煤样采用K_2CO_3负载后可实现完全破粘;催化剂负载量越大,破粘效果越好。(2)当煤焦量为3g,二氧化碳气流量为1L·min~(-1)时可消除固定床中二氧化碳气化内外扩散的影响。(3)温度越高,催化剂负载量越大,煤焦的碳转化率越高。其中,每克兖州气煤的K_2CO_3负载量为0.003mol,温度为850℃时,煤焦反应60min的碳转化率可达100%。温度为900℃时,反应40min,碳转化率即可达到100%。每克兖州气煤的K_2CO_3负载量为0.002mol时,煤焦反应50min时的碳转化率可达100%。(4)均相模型和缩核模型对平顶山瘦煤气化动力学预测的相关性较高,相关系数高达0.98以上;对兖州气煤气化动力学预测的相关性略低,相关系数在0.95左右。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ546
【图文】：

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-1。图3.1 固定床气化装置与石英管的照片Fig 3.1 Photo of fixed bed gasifier and quartz tube（a）固定床气化装置；（b）石英管3.2.2 气化活性的测定气化活性实验采用德国 NETZSCH 公司生产的 STA 449F3 常压热分析仪进行，实验样品用量为 5 15mg。首先用计算机设定相关程序，包括载气、天平吹扫气、反应气、反应温度、升温速率以及停留时间等等。待热分析仪衡重完毕，准备开始实验。实验开始时，先将煤样放入经高温煅烧的的氧化铝坩埚内，关闭反应器并抽真空（一般需要抽 2 次），然后通入载气、天平吹扫气和反应气，载气为高纯氩气（纯度为99.999％），天平吹扫气为高纯氮气（纯度为 99.999％），反应气为纯度为99.99％的二氧化碳

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4.1.1 平顶山瘦煤（1）同种负载量不同种催化剂的比较图4.1 平顶山瘦煤—原煤焦以及负载量为0.001mol 的不同催化剂种类的煤焦的SEM 照片Fig 4.1 PDS—SEM photographs of raw coal char and coal char with 0.001molloading capacity ofdifferent catalysts（a）：原煤焦；（b）NaCl（0.001mol）；（c）KCl（0.001mol）；（d）Na2CO3（0.001mol）；（e）K2CO3（0

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由图 4.2 可知碳酸钾的负载量越大，平顶山瘦煤煤焦的微孔结构越多，煤质也越疏松，煤的反应活性位点也就越多，因此气化活性越高。图4.2 平顶山瘦煤—原煤焦以及负载了K2CO3的不同负载量的煤焦的SEM 照片Fig 4.2 PDS—SEM photos of raw coal char and coal char loaded with different loading capacities ofK2CO3（a）原煤焦；（b）K2CO3（0.001mol）；（c）K2CO3（0.002mol）；（d）K2CO3（0.003mol）a bc d

【参考文献】