我國低階煤煤焦低溫氣化反應性的研究

《我國低階煤煤焦低溫氣化反應性的研究》是依託哈爾濱工業大學，由邱朋華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：我國低階煤煤焦低溫氣化反應性的研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邱朋華

項目摘要

我國以褐煤和次煙煤為代表的低階煤儲量占55%以上，開展低階煤氣化的基礎研究十分必要。煤階特性決定了低階煤可以通過低溫氣化提高效率，其核心是煤焦的氣化反應性。 本項目以我國準東煤為代表的高灰熔點低階煤樣為對象，研究低溫氣化中煤焦的氣化反應性，分析該典型煤質在熱解、煤焦氣化反應過程中氣態揮發物和煤焦的相互作用規律，以及AAEM對煤焦氣化反應性的影響規律，重點研究AAEM的催化作用與AAEM賦存、遷徙、揮發分析出過程和煤焦結構之間的相互關係，揭示氣化溫度、停留時間、煤焦物理化學結構對煤焦氣化反應性的影響，以期望在煤結構化學和化學動力學的層面對煤焦的氣化反應性有更加深入的認識。 通過本項目研究，有望進一步豐富和完善現有的關於低階煤焦炭氣化反應動力學的理論，為低階燃料氣化科學的發展提供新的科學數據，並填補國際上對次煙煤低溫氣化過程研究的空白，為未來我國低階煤或者高灰熔點煤氣化技術的研發提供理論基礎。

結題摘要

我國以褐煤和次煙煤為代表的低階煤儲量占55%以上，開展低階煤氣化的基礎研究十分必要。低階煤可以通過低溫氣化提高效率，其核心是如何提高煤焦氣化的反應性。本項目以準東煤為對象，分析了煤熱解和煤焦氣化反應過程中揮發分和煤焦的相互作用規律，AAEM對熱解和氣化反應性的影響規律，重點研究了煤熱解氣化反應性與AAEM賦存、遷徙、揮發分析出和煤焦結構之間的相互關係，揭示了煤焦熱解氣化分級轉化過程中，影響熱解-氣化分級轉化的主要因素，建立了描述煤及煤焦熱解氣化過程的化學動力學模型，形成了準東煤熱解-氣化分級轉化技術的初步工藝方案。 研究發現：採用FTIR含氧官能團參數建立的半焦綜合結構指數S可以很好地表征半焦結構和熱解反應性的關係。在600 ℃以下的熱解中，離子可交換態Ca和Mg的富集使半焦氣化反應性隨熱解終溫的升高而提高；而600 ℃以上的熱解中，加熱速率的提高降低了半焦氣化反應性。將該溫度作為準東煤熱解-氣化分級轉化的分界溫度，能夠極大改善煤焦氣化階段的反應性。採用分布活化能模型能夠很好地預測準東煤的熱解反應動力學特性，而廣泛採用的單一速率掃描法對準東煤熱解反應動力學特徵的預測偏差較大。煤焦-H2O 氣化全周期內，Na含量和分布的影響對氣化初始階段的反應性影響最大，而Ca的含量、分散性及遷徙性對氣化後期的反應性影響更為重要。Ca是影響氣化反應性和氣化產物成分變化的最關鍵因素。揮發分-煤焦相互作用對焦中AAEM組分含量以及煤焦結構都會產生影響，而這兩方面都會對煤焦的氣化反應性產生影響。當Na釋放達到平衡後，揮發分-煤焦的相互作用會使氣相AAEM重新附著於煤焦表面，從而提高煤焦的氣化反應性。因此，將燃料分級，在煤焦氣化階段送入原煤，形成原煤熱解和煤焦混合氣化的方式有利於提高煤焦後期氣化的反應性。 本研究進一步豐富了準東煤氣化反應動力學理論，填補了國際上對次煙煤低溫氣化研究的空白，為我國低階煤解耦氣化技術、低活性煤焦燃燒技術的研發提供了理論基礎。