基于铁基载氧体的神东煤热解半焦气化反应特性研究

作     者：宣乐 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐龙;李大鹏

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：神东煤 半焦气化 TG 动力学 载氧体 

摘      要：煤气化技术是煤炭深度加工生产合成气的关键技术,是煤炭清洁高效利用的核心内容,因此,大力发展煤气化技术是社会发展的需要。发展以煤热解、气化为主的多联产技术是实现煤综合利用的有效手段,半焦作为煤热解的固体产物,具有非常重要的研究价值。首先,本文以神东煤热解半焦为研究对象,考察了半焦的热解特性和气化反应特性。研究发现:随着热解终温的升高,半焦的失重率降低,失重速率增大,DTG曲线向高温区移动。半焦以10°C/min、30°C/min、50°C/min升温速率热解时,失重率在15%-16%之间,基本保持一致,但随着升温速率的提高,半焦的最大失重速率增大,DTG曲线向高温区移动。以30°C/min、300°C/min升至终温气化时,快速升温气化有助于气化反应的进行,提高了半焦的气化反应活性,但高温时,受煤中灰分的影响,半焦的反应活性降低。由等温气化反应动力学可知,均相模型更能准确地描述气化反应过程,慢速升温和快速升温气化时的反应活化能分别为192.65 kJ/mol和185.16 kJ/mol,比较可知,指前因子减小,快速升温气化相比于慢速升温气化反应活化能降低了7.49 kJ/mol。其次,本文采用沉淀法制备了铁基载氧体,分析了添加载氧体在载氧体/半焦混合气化过程中的作用。研究发现,在氮气气氛和二氧化碳气氛下,载氧体与半焦都发生了反应,载氧体既催化了反应的的进行,提高了反应速率,并且为气化过程提供了氧介质;惰性组分AlO为载氧体提供了载体支撑,提高了反应的活性面积,载氧体Fe7Al3与半焦的反应效果最好,失重峰随着载氧体中惰性组分AlO含量的减小向右侧移动;由于受到载氧体物理性质的影响,载氧体与半焦在900℃反应时,失重量最大,反应效果最好;由固定床实验可知,氮气气氛和二氧化碳气氛下,载氧体均参与了反应,气体产物以CO和CO为主,半焦热解过程中产生的CH被消耗,检测不到CH产生,反应过程中伴随着半焦的缩聚过程,产生了少量氢气。