煤焦與H2O和CO2的氣化反應(yīng)特性及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、H2O/CO2共氣化技術(shù)的開發(fā)能夠很大程度上實(shí)現(xiàn)煤的清潔高效利用并滿足節(jié)能減排要求。為合理指導(dǎo)CO2替代部分水蒸氣實(shí)現(xiàn)H2O/CO2共氣化，需要相應(yīng)的煤焦與 H2O/CO2共氣化反應(yīng)機(jī)理及相關(guān)基礎(chǔ)理論的支撐。由于現(xiàn)階段在氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬方面仍存在一些限制和不足，共氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究還處于起步階段，所以針對(duì)特定煤種進(jìn)行共氣化動(dòng)力學(xué)的研究很有必要。
　　本研究利用多功能綜合熱分析儀對(duì)伊寧（YN）煤焦與 H2O和 CO2的氣化反應(yīng)特性

2、及動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究。首先探討了導(dǎo)致煤焦氣化初期出現(xiàn)最大氣化反應(yīng)速率的原因，發(fā)現(xiàn)最大氣化反應(yīng)速率的出現(xiàn)與氣體吸附行為有關(guān)，因此建立了吸附修正動(dòng)力學(xué)模型（Modified-VM）用于模擬煤焦-H2O、煤焦-CO2在全部碳轉(zhuǎn)化率范圍內(nèi)的氣化反應(yīng)行為。其次，考察了不同氣化分壓下煤焦等溫氣化反應(yīng)特性，闡明了在不同氣化劑分壓下的動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)，并證實(shí)了隨氣化溫度的升高，本征氣化反應(yīng)速率對(duì)氣化劑種類及分壓的依賴性減弱。當(dāng)氣化溫度超過(guò)等動(dòng)力學(xué)溫度時(shí)

3、，反應(yīng)速率只取決于溫度（氣化劑濃度需達(dá)到覆蓋全部活性位點(diǎn)的最低限）。n級(jí)速率方程的反應(yīng)指數(shù) n體現(xiàn)了隨氣化溫度變化時(shí)氣化反應(yīng)速率對(duì)氣化劑濃度的依賴程度。另外，為比較單獨(dú)氣化和共氣化行為之間的差別，提出了修正混合模型（eICM），通過(guò)分析其動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，闡明了不同氣化劑對(duì)氣化反應(yīng)過(guò)程的作用機(jī)制。最后，研究了非等溫氣化反應(yīng)特性與等溫氣化反應(yīng)特性之間的差別。通過(guò)對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析和比較，揭示了非等溫氣化與等溫氣化反應(yīng)行為的本質(zhì)區(qū)別，為共

4、氣化反應(yīng)中存在協(xié)同效應(yīng)機(jī)理的解釋提供了客觀依據(jù)。本研究所得的主要結(jié)論如下：
　?。?）YN煤焦在氣化反應(yīng)初期表現(xiàn)出的最大氣化反應(yīng)速率與氣化劑在煤焦表面的吸附行為有關(guān)，吸附修正動(dòng)力學(xué)模型（Modified-VM）能夠很好地?cái)M合全部碳轉(zhuǎn)化率范圍內(nèi)的煤焦氣化反應(yīng)性，其表達(dá)式為：（此處公式省略）
　?。?）修正混合動(dòng)力學(xué)模型（共氣化動(dòng)力學(xué)模型）對(duì)YN煤焦與H2O和CO2單獨(dú)氣化及共氣化行為有較好擬合效果，該動(dòng)力學(xué)模型（eICM）表達(dá)

5、式如下：（此處公式省略）利用eICM計(jì)算出不同氣化劑分壓下的YN煤焦與H2O或CO2氣化反應(yīng)遵循同一動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償機(jī)制，其等動(dòng)力學(xué)溫度點(diǎn)為Tiso=1109oC(eICM)。趨于該溫度時(shí)，反應(yīng)速率受氣化劑分壓及氣化劑種類的依賴性減弱，n級(jí)速率方程的反應(yīng)指數(shù)n趨于零；當(dāng)溫度高于Tiso時(shí)，反應(yīng)速率只受溫度影響的條件為氣化劑分壓大于0.3（煤焦所有活性位點(diǎn)被氣化劑覆蓋的最低分壓）。
　?。?）共氣化動(dòng)力學(xué)的研究表明，H2O和CO2在共氣化