开题报告-用滴管炉研究煤等物质的气化过程(编辑修改稿)

开题报告-用滴管炉研究煤等物质的气化过程(编辑修改稿)内容摘要：

间短，使装置检修工作量大，而且一般采用 2 台或更多的备用炉。 而且，装置环境污染较大， 现场粉尘量较大，操作环境差，工艺相对落后。 流化床气化 流化床气化又称沸腾床气化。 它以小颗粒煤为气化原料，这些小颗粒煤在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断的混合和热交换并始终处于悬浮状态。 流化床气化能得以迅速发展的主要原因在于：生产强度较固定床大、直接使用小颗粒碎煤为原料，适应采煤技术发展、对煤种煤质的适应性强，可以利用如褐煤等高灰劣等煤作原料。 有代表性的的流化床 气化技术有常压的德国 Winkler气化工艺，加压条件下的高温温克勒气化工艺 HTW、美国的 UGas 气化法、 KRW气化工艺等。 气流床气化 气流床气化是一种并流式气化。 气化剂 (氧与蒸汽 )将煤夹带人气化炉，在l500— 1900℃ 高温下将煤进一步转化 CO、 H CO2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。 也可以粉制成煤浆，用泵送人气化炉。 在气化炉内，煤炭细粉颗粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。 因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应几乎是同时发生的。 用滴管炉研究煤等物质的气化过程 8 随气 流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。 气流床气化工艺具有显著的优点，包括：煤种适应范围较宽；产品气可适用于化工合成，制氢和联合循环发电等； 煤气化动力学 煤气化动力学研究采用的基本方法是数学模拟法，就是建立起反应动力学模型，通过实验采集数据，用模型对数据进行计算机拟合，已达到优化模型的最佳效果。 在研究煤气化动力学过程中，我们主要考察扩散 (传质 )对反应的影响，兼顾传热，一般不用考虑传能的问题 [6] 煤气化主要反应 煤气化，就是 将煤与气化剂 (如空气、氧气、二氧化碳或水蒸气等 )在一定温度和压力下进行反应，使煤中可燃部分转化成可燃气体 (如一氧化碳、氢气和甲烷等 )的工艺过程，即将煤中的有机质最大限度地转变为有用的气态产品。 煤气化过程分为两步：一是煤在高温下热解脱除挥发分生成煤焦；二是煤焦与气化剂反应生成煤气。 煤焦的气化过程远比成焦过程慢，原煤的气化反应可看作煤焦的气化反应。 煤气化主要进行的反应有： 2 2C CO CO ΔH=+(21) 22C H O CO H   ΔH=+(22) 22C O CO ΔH=－ (23) 2 2 2CO H O CO H   ΔH=－ (24) 242C H CH ΔH=－ (25) 公式 (21)和 公式 (22)分别是煤的二氧化碳气化和水蒸气气化的主要反应，产物为 CO 和 H2。 公式 (23)反应 中 消耗一部分原料产生的热量为两个基本气化反应提供能量以维持反应的连续反生。 (24)反应为产物气体 CO 与过量水蒸气反应生成 CO2和 H2，并放出一定热量， (25)反应主要发生在煤加氢制天然气工艺过程中。 煤气化反应机理 研究者对煤与 CO2, H2O, O2等气化反应进行了 大量的研究工作，提出了碳氧表面复合物的概念。 在气化过程中，首先碳表面上的一个空位吸附氧原子形成碳氧复合物中间体，然后中间体脱出一个 CO，这样使得原来的碳表面失去氧原子，但是又恢复了一个空位，碳表面的空位又可以重新吸附氧原子，如此循环。 不论用滴管炉研究煤等物质的气化过程 9 氧原子的来源是 CO2, H2O 还是 O2, 可以认为碳氧复合物结构没有差异。 如下图所示： C fC(O)COCOCO 2C fC(O)COH 2H 2O2C f2C(O)2CO O 2 图 2. 1 煤与 CO H2O、 O2 气化反应机理示意图 Fig. Schematic mechanism diagram of coal gasification withCO2, H2O and O2 影响煤焦气化反应的因素 由于影响煤气化反应的因素很多，由于考察的内容有限，在本次 的 实验过程中主要考察的包括煤阶，热解条件，气化条件。 其中热解条件 分为热解终温和热解气氛 等的影响。 气化条件 分为气化剂种类和气化终温 等 的影响。 煤阶 王鹏等 [7]用热天平装置研究了 3种 不同变度煤焦在 CO2及水蒸气气氛下的反应活性．发现煤焦反应性一般随煤化程度的提高而降低，反应活性的顺序为：褐煤 烟煤 无烟煤，这与文芳等 [8]训研结果一致．这种结果目前已被多数研究学者所接受．但也有学者持疑义， Takarada 提出了低煤种的气化反应性不一定总是高于高煤化程度煤种，认为煤焦的反应性不仅与煤阶有关，还与煤焦中含氧官能团和无机化合物的含量有关． 热解条件 （ 1） 热解终温 根据徐朝峰的研究 [9]，煤焦的非等温气化过程主要由煤焦的热解后期和 CO2气化阶段组成．当热解终温为 950℃时，煤焦热解 后期失重明显．且随热解终温的降低，失重量增大，这主要是由于热解终温相对较低时，有利于挥发分残留在煤焦颗粒内部或表面；当热解温度升高时，挥发分快速析出，而由于升温速度较快，煤焦颗粒的失重量较小．随着热解温度的降低，煤焦的气化速率快速增加，最大气化速率从 %/min 变化到 %/min，而且只有 １个明显的失重速率蜂，这是因为对高温焦而言，挥发分的裂解气化和煤焦的 CO2气化接近，使得气化失重速率曲线只有１个较宽的峰，且随着热解温度的降低，失重速率峰逐渐变尖，主要因为煤焦在快速升温过程中，挥发分残留部 分析出，使得煤焦表面孔隙增大，从而增加了挥发分和煤焦与 CO2接触反应的机会，进而加快了煤焦颗粒的气化速度． 用滴管炉研究煤等物质的气化过程 10 （ 2） 热解气氛 根据比对氢气和氮气中热解所制煤焦的半反应时间与热解压力的关系可见，在相。