煤氣化反應(yīng)機(jī)制及其過程的實(shí)驗(yàn)和模擬研究.pdf

1、能源是社會經(jīng)濟(jì)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(shù)是實(shí)現(xiàn)我國能源安全的重要保證。本文綜合了煤氣化的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩個方面的內(nèi)容，重點(diǎn)對煤的氣化反應(yīng)行為、高階煤的催化氣化反應(yīng)特性、煤氣化反應(yīng)器模型庫的建立以及催化氣化轉(zhuǎn)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(yīng)行為的研究中發(fā)現(xiàn)，壓力對煤熱解過程中的影響機(jī)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(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熱解壓力存在一最佳值使得煤焦表面結(jié)構(gòu)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(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著的影響，主要表現(xiàn)為含氧官能團(tuán)的減少以及骨架結(jié)構(gòu)的生長。利用分形收縮核模型對煤焦的氣化反應(yīng)動力學(xué)的分析發(fā)現(xiàn)煤焦的氣化反應(yīng)性的影響關(guān)鍵在于表面結(jié)構(gòu)特性，氣化反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的變化與煤焦的表面結(jié)構(gòu)特性的變化表現(xiàn)出一致性。而對氣化反應(yīng)過程中不同轉(zhuǎn)化率的煤焦表面結(jié)構(gòu)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(diǎn)。為了描述煤焦表面結(jié)構(gòu)特性發(fā)展的隨機(jī)性，本文利用分形理論對氣化過程中煤焦表面結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同孔徑范圍的孔隙結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)發(fā)展中具有雙重作用，特別是低變質(zhì)程度煤?？紤]到高階煤氣化反應(yīng)性較差，利用添加催化劑研究高階煤的氣化反應(yīng)動力學(xué)，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(guān)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(yīng)的催化劑。
　　 在煤氣化反應(yīng)器的模擬研究方面，本文建立了基于爐內(nèi)反應(yīng)過程和綜合熱力過程的詳細(xì)氣化爐流程模型和模型庫，模擬了運(yùn)行條件對各典型反應(yīng)器的運(yùn)行性能的影響，發(fā)現(xiàn)不同的氣化爐具有不同的運(yùn)行性能，這也決定了其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 最后，圍繞國家能源形勢，本文綜合分析目前各