等温气化实验条件下温度对煤气化的影响

摘 要 本文利用热重分析法对褐煤进行等温气化，研究褐煤在CO2气氛下的气化特性，并且进行了相应的分析。实验结果表明，在等温气化条件下，煤样气化碳转化率随温度的升高而增大。

关键词 褐煤；煤气化；等温热重技术；热重分析

中图分类号O6-3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）89-0121-02

0引言

我国是以煤炭为主要燃料和原料的围家，煤炭作为能源消耗占到全同能源总耗量的72%左右[1]。现代煤气化技术发展的很快，技术先进性和成熟性都是史无前例的，煤炭气化是煤炭洁净转化的龙头和关键技术。

煤炭气化技术广泛应用于工业、生活的各个领域，包括工业燃气、民用煤气、化工合成和燃料油合成原料气、冶金还原气、联合循环发电燃气、作煤炭气化燃料电池、煤炭气化制氢、煤炭液化气源等[2]。

1煤气化原理

煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽、空气或氧气）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程[3]。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

不同的气化工艺对原料的性质要求有所不同[4]，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫含量等。

2实验样品

2.1样品的制备

本实验所采用的样品为神华低阶煤，实验过程中所需要样品的制备过程如下：

1） 将样品通过密封式破碎（缩分）机粉碎；

2） 把粉碎后的样品用自动标准振筛机取粒径为100-200目；

3） 将筛好的样品装袋，密封备用。

2.2样品的工业分析

3实验设备

电热鼓风干燥箱 BGZ-140 常州诺基仪器有限公司

密封锤式破碎机 PCI 180150 镇江市科瑞制样设备有限公司

自动标准震筛机 SCH-4 上海宝蓝有限公司

热重分析仪 Diamond TG/DTA6300 美国PE公司

4实验方法和实验内容

本实验采用等温热重分析法：

1）首先通入N2升温速度为100 ℃/min分别升温至800 ℃、900 ℃、1000 ℃；

2）等温实验：恒温10min后通入CO2进行气化，时间分别为240min。

5实验结果及分析

5.1等温条件下失重与时间的关系

根据试验结果所得数据使用origin软件做出的图像，反应出等温气化时失重与时间有直接关系，从图像中可以看出随着温度的增加失重是减少的，同时达到最大失重的时间也缩短。

5.2转化率与温度的关系

根据试验结果，当温度分别是是800℃时900℃、1000℃时，转化率达到50%所需要的时间大致为21.6h、12.1h、7.5h，因此可以看出随着温度的增加，时间明显缩短。

5.3活化能与温度的关系

5.3.1 k值的计算

对Prout-Tompkins方程

其中： α是转化率，%；k是气化速率，t是温度，℃。

根据试验数据分别采用origin软件对800℃、900℃、1000℃进行对k值的线性拟合，求出k值。800℃、900℃、1000℃下的k值分别是2.27、2.4、3.5。可以看出随着温度的升高气化速率是增大的。1000 ℃时增加的幅度非常大。可见高温对气化的影响比较大。

6实验结论

本实验通过对神华低阶煤在热重分析仪上的气化，结合动力学参数的计算得出以下结论：在等温气化实验中，恒温800℃、900℃、1000℃下的样品失重是随着温度的增加而增加的，当煤样转化率达到50%时，随着等温温度的增加，所需要的气化时间在缩短，各温度下的气化速率随着温度的升高是增大的，1000 ℃时增加的幅度非常大。可见高温对气化的影响比较大。

参考文献

[1]孙风伟.煤气化技术研究与发展[J].辽宁化工，20l0，35（5）：526-528.

[2]徐振刚.美国洁净煤技术项目中的IGCC[J].洁净煤技术，1995（2）：52-56.

[3]向英温，杨先林.煤的综合利用基本知识问答.北京：冶金工业出版社，2002.1.

[4]沙兴中，杨南星.煤的气化与应用[M].上海：华东理工大出版，1995：237-378.

[5]徐秀军.计算机网络安全思考[J].今口科苑，2009（24）：114-118.