煤氣化反應機制及其過程的實驗和模擬研究.pdf

1、能源是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。鑒于我國富煤少油氣的能源國情，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g是實現(xiàn)我國能源安全的重要保證。本文綜合了煤氣化的基礎研究和應用研究兩個方面的內(nèi)容，重點對煤的氣化反應行為、高階煤的催化氣化反應特性、煤氣化反應器模型庫的建立以及催化氣化轉化代用天然氣（substitute naturAlgas, SNG）等主要方面開展了研究工作。
　　 在煤的氣化反應行為的研究中發(fā)現(xiàn)，壓力對煤熱解過程中的影響機制與該階段的熱解產(chǎn)物及煤

2、的熱物理性質(zhì)密切相關。實驗結果表明熱解壓力存在一最佳值使得煤焦表面結構的發(fā)展最為有利，對于神府煤來說最佳壓力為0.8MPa。同時，加壓熱解也對煤焦的化學結構產(chǎn)生了顯著的影響，主要表現(xiàn)為含氧官能團的減少以及骨架結構的生長。利用分形收縮核模型對煤焦的氣化反應動力學的分析發(fā)現(xiàn)煤焦的氣化反應性的影響關鍵在于表面結構特性，氣化反應動力學參數(shù)的變化與煤焦的表面結構特性的變化表現(xiàn)出一致性。而對氣化反應過程中不同轉化率的煤焦表面結構特征的分析發(fā)現(xiàn)高變質(zhì)

3、程度煤傾向于顯著的表面發(fā)展過程，而低變質(zhì)程度煤則更趨于立體發(fā)展的特點。為了描述煤焦表面結構特性發(fā)展的隨機性，本文利用分形理論對氣化過程中煤焦表面結構特性進行了分析，發(fā)現(xiàn)不同孔徑范圍的孔隙結構具有不同的分形維數(shù)和演變特征，主要表現(xiàn)為微觀孔隙的生長和宏觀孔隙的塌縮。此外，研究發(fā)現(xiàn)，灰分在煤焦表面結構發(fā)展中具有雙重作用，特別是低變質(zhì)程度煤。考慮到高階煤氣化反應性較差，利用添加催化劑研究高階煤的氣化反應動力學，發(fā)現(xiàn)不同的催化劑具有不同的適用溫度

4、范圍，且催化作用與添加量并不存在明顯的線性關系。對堿金屬、堿土金屬和過渡金屬三種金屬鹽催化劑的綜合比較來看，鈣鹽比較適合作為高階煤氣化反應的催化劑。
　　 在煤氣化反應器的模擬研究方面，本文建立了基于爐內(nèi)反應過程和綜合熱力過程的詳細氣化爐流程模型和模型庫，模擬了運行條件對各典型反應器的運行性能的影響，發(fā)現(xiàn)不同的氣化爐具有不同的運行性能，這也決定了其運行的經(jīng)濟性及應用領域。
　　 最后，圍繞國家能源形勢，本文綜合分析目前各