金属盐对煤及石油焦—CO2气化反应影响的研究

摘要

本文利用热失重分析仪分别研究了煤和石油焦的催化气化反应特性，考察了金属盐种类、及其添加量对气化反应的影响。
　　NaCl、CaCl2和FeSO4对煤及石油焦CO2气化均有一定的催化作用，且随着添加量的增加，煤及石油焦气化反应活性越大，气化反应速率最快。对于煤来说三种金属盐的添加量为15％时，煤的气化反应速率越快，且NaCl、CaCl2添加量在10％～15％之间变化时，煤的气化反应速率和反应性指数增加的幅度不大，有达到饱和的趋势;而FeSO4对煤CO2气化的催化效果，随着添加量的变化相对均匀。三种金属盐催化剂对石油焦的催化作用相对于煤来说要弱，反应性指数增大的幅度也较平缓。
　　利用缩核模型对煤及石油焦的CO2气化过程进行了动力学分析，得到的化学反应速率常数ka的变化趋势与热重实验得出的反应速率dxt/dt、反应性指数R0.5的变化趋势相同，说明缩核模型可以模拟煤与石油焦CO2催化气化过程。
　　利用模型求出的化学反应速率，反算出碳转化率，得出了碳转化率随时间的变化曲线。将计算碳转化率与实际碳转化率进行比较，发现计算值与实际值并不是完全相符的。两条曲线在反应时间内有交点，在交点之前计算值与实际值差距较大，计算值大于实际值;在交点之后，计算值与实际值差距小，且随着催化剂添加量的增加，交点对应时间点提前，交点后计算值与实际值差距更小。依据此，提出了针对于脱灰煤（或低灰煤）及石油焦的催化气化反应机理。实际的反应颗粒是不规则的，且催化剂分布在表面和颗粒微孔的内部，随着反应的进行，催化剂对反应颗粒表面的侵蚀开凿作用、反应过程中未反应核表面的坍缩和催化剂作为“灰层”聚积在未反应核外，使得反应过程趋近于缩核模型。

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摘要

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引言

1 文献综述

1．1 煤气化的发展

1．2 煤气化过程分析

1．2．1 热解反应

1．2．2 气化反应

1．3 煤气化反应的影响因素

1．3．1 原煤性质对煤气化反应的影响

1．3．2 热解条件对煤气化反应的影响

1．3．3 气化条件对煤气化反应的影响

1．4 催化剂对煤气化反应的影响

1．4．1 煤气化催化剂的研究进展

1．4．2 煤催化气化机理研究

1．5 煤气化反应动力学研究

1．5．1 煤气化反应动力学模型

1．6 主要研究内容

2 样品的制备、分析及实验方法

2．1 样品的制备、分析及表征

2．1．1 样品的制备

2．1．2 样品的分析及表征

2．1．3 金属盐催化剂以及催化剂的负载方法

2．1．4 催化气化实验

2．1．5 气化热重实验的相关计算

3 金属盐对煤-CO2气化反应的影响研究

3．1 碱金属盐NaCl对煤-CO2气化反应的影响

3．2 碱土金属盐CaCl2对煤-CO2气化反应的影响

3．3 过渡金属盐FeSO4对煤-CO2气化反应的影响

3．4 小结

4 金属盐对石油焦-CO2气化反应的影响研究

4．1 碱金属盐NaCl对石油焦-CO2气化反应的影响

4．2 碱土金属盐CaCl2对石油焦-CO2气化反应的影响

4．3 过渡金属盐FeSO4对石油焦-CO2气化反应的影响

4．4 小结

5 煤及石油焦-CO2气化反应动力学分析

5．1 煤催化气化反应动力学研究

5．1．1 煤添加NaCl的气化反应动力学

5．1．2 煤添加CaCl2的气化反应动力学

5．1．3 煤添加FeSO4的气化反应动力学

5．2 石油焦催化气化反应动力学研究

5．2．1 石油焦添加NaCl的气化反应动力学

5．2．2 石油焦添加CaCl2的气化反应动力学

5．2．3 石油焦添加FeSO4的气化反应动力学

5．3 小结

6 金属盐催化作用的机理初探

6．1 金属盐催化剂对煤CO2气化催化作用机理探究

6．2 金属盐催化剂对石油焦CO2气化催化作用机理探究

6．3 金属盐催化剂对煤及石油焦热解过程的影响

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果