胜利褐煤水蒸气气化历程及动力学解析

发布时间：2020-11-09 05:15

　　 褐煤是煤化程度较低的煤,具有高水分、大孔隙度、高挥发分、低热值、易自然,热加工易碎等特点,所以通常作为劣质电煤。本文选用胜利褐煤为研究对象,采用工业分析、红外光谱等对煤样进行基础表征;对煤样进行盐酸处理,并对盐酸处理煤样进行矿物质添加。本文重点考察原煤、盐酸处理煤和添加矿物质煤的程序升温在不同气氛下水蒸气气化性能,并对气化反应过程进行热力学和动力学分析,提出了矿物质原位催化胜利褐煤水蒸气气化反应机理。研究结果表明,各煤样表面官能团无明显差别,盐酸对煤样内部Si O2无明显洗脱能力。盐酸处理煤样水蒸气气化反应性极差,矿物质添加对盐酸处理煤样水蒸气气化反应有明显的催化作用,不同矿物质催化能力不同。Ca可有效催化胜利褐煤中低温区(600℃-750℃)水蒸气气化反应,Na和K可有效催化胜利褐煤中高温区(650℃-800℃)水蒸气气化反应;而Fe在低温区(500℃-650℃)对WGSR有很强的催化能力,但对碳直接气化反应催化效果不明显,使得Fe对水蒸气气化总反应无明显催化作用;Ni在中高温区(700℃-850℃)对碳直接气化反应有一定催化能力,但对WGSR催化能力并不理想,使得Ni同样表现出对水蒸气气化总反应催化能力较差。矿物质的催化作用主要是通过催化水蒸气气化过程中的碳直接气化反应和WGSR来实现,可有效降低气化温度,节省能耗。Ca、K和Na对胜利褐煤水蒸气气化反应性有显著提高,对工业煤转气有很好的利用价值。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ541
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 研究背景
    1.2 煤气化性能
        1.2.1 燃烧性能
        1.2.2 水蒸气与二氧化碳气化性能
        1.2.3 热解性能
    1.3 煤水蒸气气化反应
    1.4 煤气化反应动力学模型
        1.4.1 均相反应模型
        1.4.2 收缩未反应芯模型
        1.4.3 混合反应模型
    1.5 研究内容和意义
第二章 实验部分
    2.1 主要试剂及实验仪器
    2.2 煤样选取及制备
        2.2.1 原煤煤样选取
        2.2.2 盐酸处理煤样制备
        2.2.3 添加矿物质煤样制备
    2.3 煤样表征
        2.3.1 工业分析
        2.3.2 红外光谱
        2.3.3 拉曼光谱
        2.3.4 X射线衍射
    2.4 气化反应性测试
        2.4.1 气化反应性测试装置及数据处理方法
        2.4.2 动力学模型
        2.4.3 空白对照实验
第三章胜利煤基础表征与气化条件测定
    3.1 胜利褐煤基础表征
        3.1.1 工业分析
        3.1.2 红外光谱
        3.1.3 拉曼光谱
        3.1.4 X射线衍射
    3.2 气化条件测定
        3.2.1 不同湿气空速生成速率与累积量
        3.2.2 不同湿气空速WGSR进度 ξ
        3.2.3 不同湿气空速碳收率X
        3.2.4 不同水分压生成速率与累积量
        3.2.5 不同水分压WGSR进度 ξ
        3.2.6 不同水分压碳收率X
    3.3 小结
第四章 添加矿物质胜利褐煤Ar气氛水蒸气气化性能
    4.1 添加矿物质胜利褐煤升序升温水蒸气气化性能
        4.1.1 生成速率与累积量
        4.1.2 合成气成分与H2/CO
    4.2 添加矿物质胜利褐煤气化反应热力学
        4.2.1 WGSR进度 ξ
        4.2.2 平衡指数β1、β2和β3
    4.3 添加矿物质胜利褐煤气化反应动力学
        4.3.1 碳收率X
        4.3.2 反应动力学
        4.3.3 合成气生成率Y
        4.3.4 生成动力学
    4.4 小结
第五章 添加矿物质胜利褐煤CO2气氛水蒸气气化性能
    5.1 添加矿物质胜利褐煤升序升温水蒸气气化性能
        5.1.1 生成速率与累积量
        5.1.2 合成气成分与H2/CO
    5.2 添加矿物质胜利褐煤气化反应热力学
        5.2.1 WGSR进度 ξ
        5.2.2 平衡指数 β1、β2和 β3
    5.3 添加矿物质胜利褐煤气化反应动力学
        5.3.1 碳收率X
        5.3.2 反应动力学
        5.3.3 合成气生成率Y
        5.3.4 生成动力学
    5.4 小结
第六章 添加矿物质胜利褐煤CO气氛水蒸气气化性能
    6.1 添加矿物质胜利褐煤升序升温水蒸气气化性能
        6.1.1 生成速率与累积量
    6.2 添加矿物质胜利褐煤气化反应热力学
        6.2.1 WGSR进度 ξ 与合成气组成
        6.2.2 平衡指数 β2
    6.3 添加矿物质胜利褐煤气化反应动力学
        6.3.1 合成器生成率Y
        6.3.2 生成动力学
    6.4 矿物质催化胜利褐煤气化机理
    6.5 小结
结论
参考文献
致谢

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本文编号：2875943