加压下煤焦与水蒸气的催化气化动力学研究.pdf

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1、第34卷第3期煤炭转化Vo1．34NO．32011年7月C0ALCONVERS10NJu1．201l加压下煤焦与水蒸气的催化气化动力学研究康守国u李金来郑岩。朱学艳。’毕继诚摘要以KCO。为催化剂，利用自行设计的加压固定床反应器进行了神木煤焦一水蒸气催化气化反应动力学研究，并采用级速率方程和Langmuir—Hinshelwood速率方程考察了水蒸气分压的影响．系统压力为3．5MPa．气化反应温度分别为600。C，650℃和700℃，其中600℃下水蒸气分压分别为1．24MPa，1．83MPa和2．88MPa；650℃和700。C下的水蒸气分压分别为1．24MPa，1．83MPa和2

2、．34MPa．研究发现，随气化温度的提高和水蒸气分压的增加，煤焦的水蒸气气化反应活性明显提高．采用级速率方程得到煤焦与水蒸气的反应级数为0．732，活化能为102．63kJ／tool；采用L—H方程得到活化能为109．23kJ／mol，其速率方程可以更精确地描述反应气体压力对气化反应的影响．关键词煤焦，催化气化，加压，动力学中图分类号TQ541和2520不锈钢反应管组成，不锈钢管的长度和内径0引言分别为900mm和20mm，采用三段电加热，反应系煤气化是实现煤炭洁净和高效利用的主要方统流程见第32页图1．超纯水和氮气分别由双柱塞法，是发展现代煤化工的关键技术之一．但当前的微量泵和质量

3、流量计定量控制输入反应系统．水首气化技术存在反应温度高、生成气净化困难、能耗大先在预热器内气化生成水蒸气，与载气N混合后和设备要求高等问题，由此直接促使了煤催化气化进人加热器升温至450℃，以保证水蒸气的温度和的研究．[1添加催化剂可以降低反应温度，提高反流量均匀稳定．水蒸气及少量焦油经过气液分离器应速率和改善煤气组分．国内外学者对煤催化气化冷凝，气体产物通过湿式气体流量计后收集，由岛津进行了广泛的研究，其中包括基础理论的研究和催GC一2014气相色谱仪分析气化产物组成．化气化新工艺的开发．r2。但由于实验的复杂性，煤1．2焦样制备焦一水蒸气的催化气化研究要比煤焦一二二氧化碳的研实验

4、采用神木煤，其工业分析和元素分析见表究少很多，并且大多是在常压下进行[5]，煤水蒸气i。采用浸渍法将1O(质量分数)碳酸钾催化剂负催化气化通过改变反应温度、压力及催化剂可以调载到原煤中，105℃干燥15h，在常压氮气气氛下，整气体产物组成，而水蒸气催化气化的动力学研究于700℃热解90rain后制得焦样．利用红外碳氢分可以为气化炉的设计、模拟和工业放大过程提供重析仪检测焦样中碳元素和氢元素含量．要的基础数据．鉴于此，本实验以KCO。为催化剂，表1神木煤工业分析和元素分析I’，ad)利用自行设计的加压固定床反应器进行神木煤焦的TablelProximateandultimateanal

5、ysis水蒸气催化气化反应动力学研究，并分别采用Tt级ofShenmucoal(，ad)速率方程和Langmuir-Hinshelwood速率方程建立动力学方程，确定了水蒸气分压对气化反应的影响．1实验部分*Percentofweight．1．1加压固定床反应系统1．3气化实验煤焦的制备和水蒸气气化实验在自行设计的加分别对气化料量、粒径、气体流量和初始水碳比压固定床反应器中进行．固定床反应器由料仓、球阀等条件进行考察，确定反应动力学控制区域，当焦样*国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB201305)和国家科技支撑计划项目(2009BAA25B00)．1)硕士生，河北工

6、业大学，300130天津；煤基低碳能源国家重点实验，065001河北廊坊；2)教授级高级工程师；3)工程师；4)研究员，煤基低碳能源国家重点实验室，065001河北廊坊收稿日期：2011-03—10；修回日期：2011一O5—2O煤炭转化图1加压固定床反应系统流程Fig．1Schematicofthehigh—pressurefixed—bedgasifiersetup1——Keyreliefvalve；2——Gl。bevalve；3——Stopvalve；4——Checkvalve；5——Needlevalve：6——Backpressureregulator2．5g，粒度6O目～

7、8O目，气体总流量大于800mL／min别在600℃，650。C和700℃条件下，通过调整HO(标况)时，可消除内、外扩散对反应的影响使反应处和N流量，考察水蒸气分压对气化速率的影响．具于动力学控制区．保持系统压力为3．5MPa，温度分体反应条件见表2．表2动力学实验条件Table2ConditionsofreactionkineticexperimentsRunTemperature／℃Steamflowrate／(mL·h)N2flowrate／(mL