热重法研究煤焦-CO的催化气化反应性

摘要

随着我国经济的长期高速发展，对能源的需求也日益增长。作为洁净煤技术之一的煤气化工艺历来备受青睐，为了进一步提高煤气化效率，降低气化温度，出现了许多有关煤催化气化实验室规模的研究。但到目前为止，该技术仍尚未应用于工业过程。本研究利用热重分析仪对三种煤的催化气化行为进行了初步探索。 本文通过对黄土庙、锦界和张明沟煤焦分别担载相同量单组分催化剂的气化行为进行研究发现：除CaO外，所选催化剂都表现出了一定的催化活性。K2CO3和Na2CO3作为公认的煤气化最好的催化剂对这三种煤都表现出了很高的催化活性，而Li2CO3对降低气化峰温有一定作用。整体上来讲，碱金属催化剂的催化效果普遍高于过渡金属及碱土金属CaO，且不同催化剂对不同煤种有一定的选择催化性。一般来说，复合催化剂的催化效果高于组成它的任一单组分催化剂的催化效果，各单组分催化剂的催化活性越高，由它组成的复合催化剂的活性也就越高，且某一单组分催化剂的活性越高，所占比例越大，它对复合催化剂的贡献就越大。添加量相同的K2CO3、(K2CO3+Li2CO3)(1：1)及(Na2CO3+K2CO3+Li2CO3)(1：1：1)中，由于各单组分催化剂的活性温度差异，使得K2CO3对煤焦的催化效果最好。三组分催化剂的配比对煤焦气化反应性几乎没有影响，因此应根据要求及各催化剂的特性选择合适的催化剂种类和配比进行复合。 本文还考察了煤种、气化温度、催化剂担载量和灰分对催化气化反应性的影响，研究表明：催化剂对张明沟煤焦的催化气化反应性最好，说明催化剂对煤阶较高的煤种的催化效果要优于对低煤阶煤的催化效果；升高温度有利于碳转化率的提高和煤焦气化反应速率的加快，从而使气化活性增加；在一定范围内(约10％～20％)，随着催化剂加入量的增多煤焦的气化反应性增强，若催化剂量进一步增加，将使催化剂在煤焦表面沉积过多，阻碍了气化介质与活性中心的接触，最终导致气化反应性不再变化甚至降低；原煤焦由于灰分的催化作用使其在低温段的气化反应性高于脱灰煤焦，但在高温段脱灰煤焦的气化反应性却要高于原煤焦；担载催化剂时脱灰煤焦的气化反应性在绝大部分时间里高于原煤焦，因此灰分对煤焦气化的阻碍作用大于其催化作用。 本文还对部分煤焦的催化气化动力学参数进行了简单计算，所得动力学数据基本与前文的实验结果和结论相吻合。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1发展煤气化技术的必要性

1.1.1煤炭利用在我国能源中的地位

1.1.2煤炭气化的意义

1.1.3煤气化技术的发展及研究现状

1.2煤气化原理及其影响因素

1.2.1煤气化反应过程分析

1.2.2煤的气化反应机理

1.2.3气化反应的主要影响因素

1.2.4煤中矿物质对气化反应的影响

1.3煤-煤焦催化气化

1.3.1煤催化气化的研究现状和意义

1.3.2煤催化气化中催化剂的情况

1.3.3煤催化气化的前景

1.4本文的研究内容

第二章实验装置与方法

2.1煤样的选取与制备

2.2煤焦制备与催化剂担载

2.2.1脱灰实验

2.2.2煤焦制备

2.2.3实验所用催化剂

2.2.4煤担载催化剂的方法及步骤

2.3气化实验

2.3.1实验装置

2.3.2实验条件

2.4气化相关计算

第三章不同种类负载型催化剂的气化

3.1碱会属类催化剂

3.1.1黄上庙煤焦担载碱金属催化剂的气化行为研究

3.1.2锦界煤焦担载碱会属催化剂的气化行为研究

3.1.3张明沟煤焦担载碱金属催化剂的气化行为研究

3.1.4三种碱金属碳酸盐催化剂催化活性的比较

3.2碱土金属类催化剂

3.3过渡会属类催化剂

3.3.1黄土庙煤焦担载过渡会属催化剂的气化行为研究

3.3.2锦界煤焦担载过渡金属催化剂的气化行为研究

3.3.3张明沟煤焦担载过渡会属催化剂的气化行为研究

3.4碱金属、碱土金属与过渡金属催化剂的比较

3.4.1不同催化剂对失重率提高程度的影响

3.4.2不同催化剂对最大气化速率的影响

3.5煤种对催化气化反应性的影响

3.5.1三种煤焦担载Na2CO3的催化气化行为比较

3.5.2三种煤焦担载K2CO3的催化气化行为比较

3.5.3三种煤焦担载KCl的催化气化行为比较

3.6单组分催化剂担载量对黄土庙煤焦气化行为的影响

3.6.1 Na2CO3担载量对黄土庙煤焦气化行为的影响

3.6.2 K2CO3担载量对黄土庙煤焦气化行为的影响

3.6.3 Li2CO3担载量对黄土庙煤焦气化行为的影响

3.6.4 KCl担载量对黄土庙煤焦气化行为的影响

3.7担载复合催化剂的催化气化研究

3.7.1两组分复合催化剂的气化行为研究

3.7.2不同配比两组分复合催化剂的气化行为研究

3.7.3担载三组分复合催化剂的气化行为研究

3.8气化温度对黄土庙煤焦气化行为的影响

3.9本章小结

第四章灰分对煤焦催化气化行为的影响

4.1脱灰煤焦与原煤焦的气化行为比较

4.2脱灰煤焦担载催化剂的气化行为研究

4.2.1黄土庙脱灰煤焦的催化气化

4.2.2锦界脱灰煤焦的催化气化

4.2.3张明沟脱灰煤焦的催化气化

4.3脱灰煤焦与原煤焦担载催化剂的气化反应性比较

4.3.1黄土庙脱灰煤焦与原煤焦担载催化剂的气化反应性比

4.3.2锦界脱灰煤焦与原煤焦担载催化剂的气化反应性比较

4.3.3张明沟脱灰煤焦与原煤焦担载催化剂的气化反应性比较

4.4本章小结

第五章煤焦-CO2催化气化动力学的研究

5.1动力学模型

5.2计算结果与讨论

5.2.1黄土庙煤焦担载各单组分催化剂的气化反应动力学研究

5.2.2黄土庙煤焦担载不同量催化剂的气化动力学

5.2.3不同温度下黄上庙煤焦的气化动力学

5.2.4黄土庙脱灰煤焦的气化动力学

5.3本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢